Die Zukunft der Glasfaser ist sicherlich rosig

9. Februar 2022 / Allgemein, Norm und Zertifizierung, Industrienetzwerke

In einem anderen Blog haben wir einige der Vorteile von Glasfaser im Hinblick auf Nachhaltigkeit und intelligente Gebäude erörtert. Während die Glasfaseroptik langsam Einzug in das horizontale LAN hält, dominieren hier weiterhin verdrillte Kupferpaarkabel wie Kategorie 6 und Kategorie 6A aufgrund ihrer kostengünstigen, bewährten Installation, sowie ihrer Fähigkeit, Übertragungsgeschwindigkeiten von bis zu 10 Gig und eine Leistung von 100 W über Ethernet (PoE) zu unterstützen. Aber auch außerhalb der LAN-Umgebung lassen die Bandbreiten- und Entfernungsfähigkeiten der Glasfaser ihre Zukunft rosiger denn je erscheinen.

Blau und grün beleuchtete Glasfaserstränge vor schwarzem Hintergrund

^{Außerhalb der LAN-Umgebung lassen die Bandbreiten- und Entfernungsfähigkeiten der Glasfaser ihre Zukunft rosiger denn je erscheinen.}

Data Center Mainstay

Im Unternehmensrechenzentrum beginnen die Servergeschwindigkeiten über 10 Gig hinaus zu migrieren, wobei Switch-Uplinks über 40 und 100 Gig hinaus gehen. Wie bereits in einem anderen Artikel erwähnt, es wird erwartet, dass Switch-Port-Lieferungen von 400 Gig für große Unternehmensrechenzentren bis zum 2022 auf dem Markt erscheinen werden. Große Hyperscale- und Cloud-Rechenzentren migrieren bereits Serververbindungen zu 50 und 100 Gig, wobei Switch-Uplinks zu 400 Gig migrieren. Diese Trendsetter haben bereits Switch-Uplinks von 800 Gig im Auge, vor allem für Rechenzentrum-Verbindungen in Super-Spine-Architektur.

Während Kupferverkabelung der Kategorie 8 ursprünglich zur Unterstützung von 25 Gbps und 40 Gbps (25GBASE-T und 40GBASE-T) in horizontalen, 30 Meter langen Serververbindungen eingeführt wurde, sind diese Anwendungen in Wirklichkeit hauptsächlich wegen der Kosten und des Stromverbrauchs nicht zum Einsatz gekommen. Ausgenommen von Punkt-zu-Punkt-Verbindungen mit kurzer Reichweite, die SFP- und QSFP-Direktverbindungskabel oder schwer zu verwaltende, aktive Optikbaugruppen verwenden, ist Glasfaser deshalb die einzige Option für standardbasierte, strukturierte Datenzentrumsverkabelung, die über 10 Gig hinausgeht. Es ist kein Wunder, dass der globale Markt für Glasfaser laut verifizierter Marktforschung bis 2028 voraussichtlich fast 10 Milliarden US-Dollar erreichen wird, mehr als doppelt so viel wie in 2020.

Laufende Entwicklung von Faserstandards

Es stehen nun mehrere Glasfaseranwendungen zur Verfügung, um Geschwindigkeiten von 10 Gig bis 400 Gig zu unterstützen, sowohl über Multimodus- als auch über Singlemodus-Glasfaser bei verschiedenen Entfernungen, und IEEE arbeitet hart daran, zusätzliche Anwendungsstandards zu entwickeln. Mit der Einführung der PAM4-Codierung von 100 Gbps wird das IEEE voraussichtlich den Standard 802.3db 2022 freigeben, der einen 8-Faser-400GBASE-SR4 unter Verwendung einer 100-Gbps-Bahnrate unterstützen wird. Es handelt sich um die gleiche Logik, die in 40GBASE-SR4-, 100GBASE-SR4- und 200GBASE-SR4-Paralleloptikanwendungen verwendet wird. Diese Anwendungen unterstützen 40 Gig, 100 Gig und 200 Gig mit einer Bahnrate von 10 Gbps, 25 Gbps und 50 Gbps.

Der Standard 802.3db wird auch eine 100-Gig-Anwendung über eine Duplex-Multimodus-Glasfaser und eine 200-Gig-Anwendung über zwei Paare von Multimodus-Glasfasern umfassen, sowie 100-Gig-, 200-Gig- und 400-Gig-Versionen mit kurzer Reichweite bis 50 m für kostenoptimierte Serververbindungen. Diese Anwendungen mit kurzer Reichweite werden mit „VR“ und nicht mit „SR“ bezeichnet (d. h., 100GBASE-VR, 200GBASE-VR2 und 400GBASE-VR4). Die gute Nachricht ist, dass alle diese Anwendungen über bestehende Duplex- und MPO-Konnektivität unterstützt werden. Die Tests mit Fluke Networks CertiFiber^® Pro Optical Loss Test Set und MultiFiber™ Pro Optical Power Meter sind somit einfach.

In der Zwischenzeit arbeitet die 802,3 Beyond 400 Gb/s Ethernet Study Group von IEEE an der Einführung von 400-Gbps-Logik, um physikalische Layer-Spezifikationen für 800-Gig-Anwendungen basierend auf acht 100-Gbps-Bahnen zu definieren. Zu den aktuellen Zielen, die den Einsatz von Rechenzentren unterstützen, gehören:

800 Gig über 8 Paare von Multimodus-Glasfaser bis mindestens 50 m und 100 m.
800 Gig über 8 Paare von Singlemodus-Glasfaser bis zu 500 m.
800 Gig über 8 Wellenlängen auf einer Singlemodus-Glasfaser bis 2000 m.

Die Optik entwickelt sich weiter

Neben der Entwicklung von Glasfaserkabelstandards innerhalb von IEEE gibt es auch viel Arbeit im Bereich Multi-Source-Vereinbarungen (MSAs), die erstellt wurden, um die laufende Nachfrage nach Netzwerkkapazität zu decken. Diese Multi-Source-Vereinbarungen (MSAs) umfassen Geräte, Steckverbinder und Chip-Anbieter sowie Rechenzentrumsbetreiber wie Facebook, Google und Microsoft und konzentrieren sich auf die Optik, die zur Unterstützung von 800 Gig und darüber hinaus benötigt wird. Dazu gehört die Festlegung von Transceiver- und Optikspezifikationen, die Kosten, Stromverbrauch und Latenz minimieren und gleichzeitig die Reichweite maximieren. Wenn es um die Unterstützung von mehr als 800 Gig geht, gibt es zwei Ideen: steckbare Transceivermodul-Technologie und gemeinsam verpackte Optik.

Steckbare optische Transceivermodule sind in der Branche weit verbreitet und verfügen über SFP- und QSFP-Formfaktoren, welche die aktuellen steckbaren QSFP-DD- und OSFP-Transceiver für 400 Gig umfassen. Diese beiden Formfaktoren sind äußerst ähnlich, mit Ausnahme des OSFP, der mehr Leistung ermöglicht, und des QSFP-DD, der rückwärtskompatibel mit früheren QSFP-Formfaktoren ist, die für 40 Gig und 100 Gig verwendet wurden. Der QSFP-DD MSA hat eine Bahnrate von 100 Gbps genutzt, um das QSFP-DD-Transceivermodul auf den QSFP-DD800 für 800 Gig zu aktualisieren, während die MSA-Gruppe Octal Small Form Factor Pluggable (OSFP) eine Version des OSFP-Transceivers für 800 Gig freigegeben hat. Gleichzeitig entwickelt die 800G Pluggable MSA, die CommScope, US Conec, Sumitomo und andere umfasst, unabhängig vom Transceivermodul optische Schnittstellenspezifikationen. Alle diese MSAs arbeiten derzeit an der Entwicklung von Spezifikationen, die auf der Verwendung von steckbaren Transceivermodulen für 800 Gig und darüber hinaus basieren, wobei ihre größte Herausforderung darin besteht, den Stromverbrauch auf ein tragfähiges Niveau zu senken.

Grafikdiagramm zum Vergleich eines steckbaren Transceivermoduls mit einer gemeinsam verpackten Optik

^{Die gemeinsam verpackte Optik bringt die Glasfaser näher an die interne Schalterbaugruppe heran, was den Stromverbrauch erheblich senkt.}

Im Rahmen des Optical Internetworking Forum (OIF) verfolgt die gemeinsam verpackte Optik einen anderen Ansatz, um über 800 Gig hinauszugehen, und das mit reduziertem Stromverbrauch. Anstatt die Laserquelle in ein Transceivermodul einzubetten, bei dem das Signal in ein elektrisches Signal umgewandelt und über eine SerDes-Verbindung (Serializer/Deserializer) an die Switch-Engine (z. B. anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis, ASIC) gesendet werden muss, wird bei der gemeinsam verpackten Optik die Quelle in die Rechenelektronik integriert. Das bedeutet, dass die Faser näher an die interne Schalterbaugruppe herangeführt wird, entweder über eine steckbare Schnittstelle oder über ein fest angeschlossenes Anschlusskabel. Dadurch kann die elektrische Umwandlung neben der Schalterbaugruppe erfolgen, was den Stromverbrauch erheblich senkt.

Fluke Networks steht immer zur Verfügung

Während die Faserstandards und die Optikentwicklung im Gange sind, untersuchen Normungsgremien und MSAs auch das Potenzial für eine Bahnrate von 200 Gbps unter Verwendung der PAM4-Kodierungstechnologie, was hinsichtlich des Rauschens extrem schwierig sein und möglicherweise kürzere Entfernungen erfordern wird. Eine Bahnrate von 200 Gbps wäre jedoch ein wichtiger Wendepunkt, der die Anzahl der Bahnen im Wesentlichen halbiert. Dies würde es ermöglichen, 200 Gig über eine einzige Bahn, 400 Gig über zwei Bahnen, 800 Gig über nur 4 Bahnen und 1,6 Terabit über 8 Bahnen zu unterstützen.

Während man nur raten kann, ob sich steckbare Transceiver-Module oder gemeinsam verpackte Optiken über 800 Gig durchsetzen werden, oder ob eine Bahnrate von 200 Gbps jemals zum Tragen kommen wird, können Sie sich sicher sein, dass die Produktreihe Versiv™ von Glasfaserzertifizierungstestern und Inspektoren von Fluke Networks die Aufgabe erfüllen werden. Durch unsere ständige Mitarbeit in den Normungsgremien der Industrie haben wir das Auge auf deren Fortschritt, um sicherzustellen, dass wir bei der Freigabe von Anwendungsnormen die Grenzwerte in die aktuelle Versiv-Software aufnehmen und erforderliche, neue, austauschbare Testmodule einführen. Das ist das Schöne am modularen Design von Versiv.