Các đầu nối I / O có thể cắm được sẽ phát triển từ các thông số kỹ thuật Ethernet và EDR không dây 40G / 100Gb / s hiện tại lên 800Gb và các phiên bản cao hơn.
Trong 50 năm qua, tốc độ truyền dữ liệu đã tăng lên đáng kể. Khả năng tạo ra hàng tỷ bóng bán dẫn trên một con chip giúp tăng tốc độ và sức mạnh xử lý theo cấp số nhân. Đầu vào và đầu ra dữ liệu phụ thuộc vào kết nối của đầu nối I / O. Các đầu nối I / O đóng một vai trò quan trọng trong hệ thống. Nếu chúng không theo kịp tốc độ của luồng dữ liệu, chúng có thể gây ra tắc nghẽn nghiêm trọng. Kỹ sư phải đảm bảo rằng cổng I / O không hạn chế hiệu suất truyền tốc độ cao.
Ngoài khả năng hỗ trợ tốc độ dữ liệu tốc độ cao, các thành phần cũng cần cung cấp tính linh hoạt cho thiết kế sản phẩm, cho phép cấu hình hoặc nâng cấp hệ thống nhanh chóng. Là một thành phần trung chuyển cho cáp chủ động và thụ động và sợi quang, hiệu suất tuyệt vời là rất hấp dẫn.
Mật độ bảng I / O là một yếu tố quan trọng khác trong thiết kế hệ thống. Thiết bị tiêu chuẩn gắn trên giá đỡ yêu cầu kích thước của đầu nối I / O nhỏ nhất là 1RU (1,75" cao), chiếm ít không gian nhất có thể, tối đa hóa số lượng kênh và cung cấp không gian cho lỗ thông hơi làm mát. Không tắt hệ thống Khả năng kéo và cắm giao diện đặc biệt quan trọng trong các ứng dụng mạng.
Cần khuyến khích nhận ra khả năng tương thích của sản phẩm hoặc tiêu chuẩn hóa sản phẩm giữa các nhà cung cấp khác nhau. Các đầu nối I / O kích thước nhỏ có thể cắm được tiêu chuẩn cung cấp một giải pháp hiệu quả về chi phí.
Các giao diện I / O có thể cắm được, bao gồm SFP và QSFP nhỏ có thể cắm được, đã trải qua một quá trình lặp đi lặp lại liên tục và hiệu suất cũng như mật độ bảng điều khiển liên tục được nâng cấp. Chúng thường được cài đặt trên PCB của khung cố định, được cấu hình với mô-đun và có hiệu suất tốc độ cao, có thể thay thế nóng. Khái niệm mô-đun này cho phép các kỹ sư hoán đổi cáp đồng được kết nối trực tiếp, cáp quang hoạt động và bộ thu phát quang. Đầu nối này cung cấp khả năng hạn chế cơ học cho mô-đun và cung cấp hiệu suất tản nhiệt và cách ly tần số vô tuyến cho mô-đun.
Các đầu nối này đã nhanh chóng phát triển thành một mô-đun có thể cắm kích thước nhỏ, từ SFP ban đầu đến các cấu hình QSFP và OSFP mật độ kép mới nhất.
Các thông số kỹ thuật điện và cơ học đầu tiên của giao diện SFP được Ủy ban SFF phát hành vào năm 2001 và được quảng bá thông qua Tổ chức Thỏa thuận Đa nguồn (MSA) bao gồm người dùng trong ngành và các nhà sản xuất đầu nối. Được sử dụng để hỗ trợ các ứng dụng mạng trong Gigabit Ethernet và Fibre Channel. Mô-đun có thể thay thế nóng này cho phép tốc độ truyền dữ liệu lên đến 1,0Gb / giây trong phương tiện đồng và cáp quang. Đặc tả SFP ban đầu đã được nâng cấp lên SFP + với băng thông 10Gb / giây trong khi vẫn duy trì khả năng tương thích ngược. Các bản nâng cấp tiếp theo đã tăng băng thông lên 28Gb / s. Phiên bản mới nhất của SFP là bộ thu phát quang SFP56, sử dụng điều chế PAM4 để cung cấp kết nối Ethernet 50Gb / s.
Các đầu nối QSFP sẽ được phát triển thêm. QSFP cung cấp bốn kênh đồng tốc độ cao hoặc kênh quang. Các lồng xếp chồng lên nhau và theo nhóm làm tăng mật độ cổng.
Đánh giá ban đầu của QSFP là 1Gb / s. Thông qua nâng cấp, định mức của QSFP 4 kênh có thể là 10Gb / s và tổng băng thông là 40Gb / s. Bằng cách thiết kế chiều dài đường dẫn tín hiệu bên trong, bố cục EMI và PCB, tốc độ kênh QSFP28 có thể cao tới 25Gb / s. QSFP56 có thể đạt kênh 50Gb / s. Tổng băng thông của bốn kênh có thể hỗ trợ 40Gb, 100Gb và 200Gb Ethernet.
Đặc điểm kỹ thuật 400GbE được phát hành vào năm 2017. Hai giao diện có thể cắm mới hiện hỗ trợ 200Gb và 400Gb, dẫn đầu trong các ứng dụng Ethernet.
Đặc điểm kỹ thuật này hỗ trợ giao diện điện 8 làn và mỗi kênh có thể truyền tín hiệu điều chế 25Gb / s NRZ hoặc 50Gb / sPAM4. Tổng băng thông của mỗi mô-đun có thể đạt 200Gb hoặc 400Gb / s. Có thể cài đặt tối đa 36 đầu nối QSFP-DD trên bảng chuyển đổi 1RU tiêu chuẩn và tổng tốc độ dòng có thể đạt 14,4Tb / s.
Hệ thống kết nối QSFF-DD của Molex có giao diện điện 8 làn có thể truyền tải tới 28Gb / s NRZ hoặc 56Gb / sPAM-4, và tổng băng thông có thể đạt 200 hoặc 400Gb / s.
Lồng QSFP-DD mới tương thích với tất cả các mô-đun QSFP trước đó. Công suất tối đa của mô-đun lên đến 12 watt.
Lồng hỗ trợ mô-đun quang học dựa vào bộ tản nhiệt bên ngoài. Cáp thụ động QSFP-DD có thể kéo dài từ 3 mét đến 10 km. Đầu nối OSFP là vũ khí mới nhất cho các ứng dụng tốc độ cao trong trung tâm dữ liệu thế hệ tiếp theo.
Các đầu nối OSFP của Amphenol ICC tương thích với giao thức tín hiệu NRZ kênh làn 25Gb / s và giao thức tín hiệu PAM4 kênh 50G / kênh, cho phép cáp cung cấp tổng băng thông 200G và 400G cho mỗi cụm cáp.
OSFP tương tự như đầu nối QSFP-DD về hiệu suất và hình dạng, nhưng có một số khác biệt. Các đầu nối OSFP rộng hơn và sâu hơn một chút so với QSFP. Có thể cài đặt tối đa 32 cổng OSFP trong layout. Mô-đun quang OSFP có thể hỗ trợ tối đa 15 watt, trong khi QSFP-DD chỉ có thể hỗ trợ 12 watt. Tản nhiệt được tích hợp trên mô-đun OSFP. Cả hai giao diện đều có thể cung cấp 8 kênh ở tốc độ 50Gb / s PAM4.
Một số thông số kỹ thuật giao diện mới đã được phát hành để thúc đẩy sự phát triển của truyền tải quang 400Gb mạch lạc. Thông số kỹ thuật 400ZR do Diễn đàn Khả năng Tương tác Quang học (OIF) phát triển và phát hành vào năm 2020 xác định các yêu cầu đối với kết nối 400G điểm-điểm dài 120 km. OpenZR + MSA cung cấp thông số kỹ thuật cho tốc độ truyền của cáp quang 100G, 200G, 300G và 400G, với chiều dài lên đến 480 km. Cả hai thông số kỹ thuật đều xác định các yêu cầu của mô-đun thu phát có thể cắm QSFP-DD hoặc OSFP.
Dự kiến các kênh 400Gb sẽ cung cấp đủ băng thông để hỗ trợ các yêu cầu mạng, nhưng các dự báo gần đây của Ethernet Alliance chỉ ra rằng lưu lượng dữ liệu sẽ tăng đáng kể trong 5 năm tới. Do đó, IEEE đã thành lập một nhóm nghiên cứu Ethernet để xác định tính khả thi về mặt kỹ thuật, tiềm năng thị trường và thời gian của lần lặp tiếp theo của Ethernet. Hiện tại, 800GbE và 1,6TbE đang được xem xét. Google, Facebook, Microsoft, Intel, Cisco và Broadcom đang tranh cãi về điều chế (PAM4, 6, 8), số lượng kênh và băng thông tối đa, mức độ sửa lỗi cần thiết và quản lý nguồn / nhiệt.
Dự báo cho thấy lưu lượng dữ liệu thị trường sẽ đạt 51,2 Tb vào năm 2022, yêu cầu giao diện quang 800G.
MSA có thể cắm cáp quang 800G mới tập trung vào 2km kết nối trung tâm dữ liệu và sử dụng tín hiệu dựa trên PAM4 để thiết lập các kênh cáp quang 8X100Gb và 4X200Gb sử dụng QSFP112-DD hoặc OSFP32.
Các nhà thiết kế hệ thống phải đối mặt với sự cân bằng giữa việc tăng băng thông, tính toàn vẹn của tín hiệu, giảm công suất, quản lý nhiệt, tăng mật độ bảng điều khiển đầu vào / đầu ra, v.v. và tất nhiên là nhu cầu giảm chi phí. Việc sử dụng công nghệ truyền dẫn ghép kênh phân chia bước sóng dày đặc và mạch lạc (DWDM) sẽ làm nên cuộc cách mạng này.
Chúng tôi kỳ vọng rằng do nhu cầu về băng thông cao hơn, các đầu nối tương ứng sẽ tăng trưởng nhanh chóng. Sự phát triển bùng nổ của các sản phẩm điện tử di động, việc tiếp tục áp dụng các dịch vụ đám mây, Internet vạn vật, Công nghiệp 4.0, trí tuệ nhân tạo và các mạng 5G mới nổi sẽ đòi hỏi phải liên tục nâng cấp cơ sở hạ tầng trung tâm dữ liệu.
Trong tương lai, các công nghệ mới nổi như quang học đóng gói hợp tác có thể trở thành giải pháp tiên tiến hơn để truyền dữ liệu tốc độ cao. OIF gần đây đã công bố thành lập một dự án mới để nghiên cứu việc áp dụng quang học đồng đóng gói chung trong các trung tâm dữ liệu.
Phiên bản nâng cao của đầu nối I / O có thể cắm được sẽ đáp ứng nhu cầu Ethernet 40G / 100Gb / s hiện tại và các yêu cầu kỹ thuật trong tương lai của 800Gb trở lên.
