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Oct 13, 2023

Problemas de 400G: las incompatibilidades no realizadas

Rob Pocock, director técnico, Red Helix La conectividad de alta velocidad es imprescindible para impulsar las aplicaciones 5G, ML e IA El año pasado, el gobierno del Reino Unido publicó su Estrategia Digital 2022 con un gran enfoque en

Rob Pocock, director técnico, Red Helix

La conectividad de alta velocidad es imprescindible para impulsar aplicaciones 5G, ML e IA

El año pasado, el gobierno del Reino Unido publicó su Estrategia Digital 2022 con un gran enfoque en posicionar al país como una "superpotencia mundial de ciencia y tecnología".

No es una mala idea si se tiene en cuenta que, según un informe de Public First, la tecnología digital podría hacer crecer la economía del Reino Unido en más de £413 mil millones ($524 mil millones) para 2030. Sin embargo, queda mucho trabajo por completar. antes de llegar a ese punto.

Uno de los mayores requisitos para la transformación digital del Reino Unido es una actualización de su infraestructura digital, necesaria para adaptarse a las demandas de datos cada vez mayores.

Se están incorporando nuevos avances tecnológicos (como 5G, aprendizaje automático e inteligencia artificial) a redes inteligentes, manufactura avanzada y transporte autónomo, con un potencial casi ilimitado. Pero para que estas tecnologías funcionen de manera eficiente, debe estar disponible una conectividad de alta velocidad a nivel nacional.

Estas demandas, entre otros factores, han llevado a un salto de una infraestructura de 100 Gbps a 400 Gbps, superando en cierta medida el hito de 200 Gbps.

El problema es que todas las velocidades anteriores usaban modulación sin retorno a cero (NRZ), que no puede procesar una velocidad de 400 Gbps. Esto requiere el uso de un tipo de modulación completamente diferente.

Para lograr velocidades de datos más rápidas de 400 Gbps, es necesario transmitir más datos por el cable al mismo tiempo, que es donde entra en juego la modulación de amplitud de pulso de 4 niveles (PAM4).

Mientras que la modulación NRZ usa dos niveles de voltaje para representar datos binarios (un nivel representa un '0' y el otro representa un '1'), PAM4 usa cuatro niveles de voltaje diferentes (que representan '0-0' '0-1' '1 -0' y '1-1').

Esto permite que PAM4 transmita el doble de datos en cada ciclo de reloj, y cada nivel de voltaje representa dos bits de datos en lugar de uno, lo que efectivamente duplica la velocidad de transmisión de datos a través del mismo medio físico.

Sin embargo, tener estos dos esquemas de modulación distintos implementados significa que no pueden interoperar. El sistema de cuatro niveles de PAM4 no será comprendido por equipos diseñados para leer el sistema de dos niveles de NRZ, y viceversa.

Por lo tanto, los operadores de red que deseen actualizar a 400 Gbps, deben asegurarse de que ambos extremos de un enlace utilicen la misma modulación.

Este problema realmente entra en vigor cuando se utilizan cables de conexión (por ejemplo, dividir 400 Gbps en enlaces de 4 x 100 Gbps), ya que la mayoría de las ópticas de 100 Gbps en las redes actuales ejecutan modulación NRZ y, por lo tanto, son incompatibles.

Por lo tanto, los usuarios tendrían que cambiar sus ópticas de 100 Gbps por unas que utilicen modulación PAM4, suponiendo que el dispositivo en el que se insertan las ópticas haya sido certificado para funcionar con ópticas PAM4-100 Gbps.

No todos estos problemas son insuperables; sin embargo, es otro factor que los arquitectos e ingenieros de redes deben considerar antes de lanzarse a actualizar sus redes.

Debido a la incompatibilidad entre PAM4 y NRZ, cualquiera que desee comenzar a utilizar 400 Gbps deberá considerar reemplazar sus transceptores existentes. Los transceptores de 400 Gbps son caros, como suele ser el caso con la nueva tecnología, y si bien es cierto que el precio eventualmente bajará, los clientes deben ser conscientes de que no serán tan rentables como los transceptores más antiguos.

Hay dos razones para esto. En primer lugar, estos nuevos transceptores deben mantener la compatibilidad con los factores de forma Quad Small Form-factor Pluggable (QSFP) existentes y, como tales, deben caber en el mismo espacio físico que los transceptores anteriores basados ​​en NRZ.

Desarrollar un transceptor que sea capaz de transmitir y recibir señales PAM4, manteniendo el mismo tamaño que los transceptores anteriores, implica costos considerables, lo que encarece los nuevos transceptores.

En segundo lugar, los transceptores de 400 Gbps generan más calor que sus homólogos de 100 Gbps. Como el tamaño de un transceptor es el mismo, hay más calor que dispersar, lo que aumenta el riesgo de que el transceptor se distorsione.

Esto no sólo aumenta el costo de la investigación y el desarrollo, ya que se requieren pruebas adicionales para comprender los umbrales de temperatura, sino que también significa que se necesitan más inversiones en infraestructuras de refrigeración y energía.

El cambio de 10 Gbps a 40 Gbps y a 100 Gbps fue relativamente fácil ya que todos (en su mayor parte) usaban la misma modulación.

Esto significa que el uso de cables de conexión para dividir o combinar diferentes velocidades funcionó bien, proporcionándonos una ruta sencilla para movernos entre velocidades, lo que facilitó la migración. Con el cambio a PAM4, sólo necesitamos determinar qué puede y qué no puede interoperar.

Por supuesto, existe un gran entusiasmo por actualizar a redes de 400 Gbps. Pero antes de comenzar, es importante entender exactamente qué se requiere para que funcione una transmisión de 400Gbps y cuánto va a costar.

A medida que hacemos la transición a velocidades más altas, ya no se trata solo de considerar el tipo de fibras que se utilizan (monomodo o multimodo) y la longitud de transmisión de una tecnología en particular.

También debemos considerar cómo los dispositivos capaces de funcionar a estas velocidades más rápidas van a interoperar con las redes existentes.

Los operadores de red que reconocen estos desafíos pueden evitar errores costosos y hacer el uso más eficiente de los recursos, no solo ahora, sino también durante futuras actualizaciones, ya que es muy probable que nos encontremos con desafíos similares al actualizar a 800 Gbps, o incluso 1,6 Tbps. , redes.