WHITEPAPER
SWDM: DIE LÖSUNG MIT DEN NIEDRIGSTEN GESAMTKOSTEN FÜR 40G/100G IM UNTERNEHMENSRECHENZENTRUM
Vipul Bhatt
VP Marketing, Datacom Vertical
Coherent
Große und mittelständische Unternehmen setzen 10G-Ethernet bereits seit einigen Jahren in großem Umfang ein. Die Infrastruktur ihrer Rechenzentren wurde primär mit einer Infrastruktur auf Basis von OM3- und OM4-Duplex-Multimode-Glasfaser (MMF) ausgestattet, weil die meisten Switch-Schnittstellen vom Typ Multimode 10GBASE-SR mit SFP+-Transceiver-Formfaktor sind. Folglich sind die für die Installation und den Betrieb von Rechenzentren verantwortlichen IT-Mitarbeiter (interne und externe) mit der Verwendung von Duplex-Patchkabeln mit dem zugehörigen LC-Stecker im Rack bestens vertraut. Der LC-Stecker ist mit seinem charakteristischen Klicken, das eine ordnungsgemäße Verriegelung bestätigt, sowie seiner einfachen Konfektionierung und Reinigung der bisher erfolgreichste optische Stecker auf dem Markt.
Die IT-Architekten müssen zu Beginn der Umstellung von Rechenzentren auf 40G und 100G Ethernet eine Entscheidung treffen:
- Sie können optische Transceiver (40GBASE-SR4 und 100GBASE-SR4) verwenden, die mittlerweile sehr kostengünstig sind, aber den Einsatz einer parallelen optischen Infrastruktur voraussetzen. Dies bedeutet, dass ihre LC-Duplex-Patchkabel durch parallele MPO-Patchkabel ersetzt und zusätzliche Trunks/strukturierte Verkabelungen installiert werden müssen (weil jede Vollduplexverbindung jetzt acht statt nur zwei Fasern benötigen würde). Diese Herangehensweise ist nicht nur kapitalintensiv, sondern kann auch die Betriebskosten erheblich steigern, da das IT-Netzwerkpersonal nicht mit der Handhabung/Reinigung des MPO-Steckers vertraut ist. In Abhängigkeit von der Größe des Rechenzentrums können sich weitere Nachteile ergeben, z. B. die kürzere Reichweite der IEEE-Schnittstellen (100/150 m für 40G und 70/100 m für 100G in OM3/OM4 MMF) im Vergleich zu den aktuellen 10GBASE-SR-Schnittstellen (300/400 m in OM3/OM4 MMF).
- Die andere Möglichkeit besteht darin, Single-Mode-Glasfaser zu installieren, um weiterhin die gewohnte Duplex-Glasfaser-/LC-Stecker-Struktur verwenden zu können. Dies macht den Einsatz optischer 40GBASE-LR4- und 100GBASE-LR4- (oder CWDM4)-Transceiver erforderlich, die deutlich teurer sind als Multimode-SR4-Transceiver. Dies ist ein sehr kapital- und betriebskostenintensiver Ansatz mit dem Vorteil, dass die Kosten für die Schulung des IT-Personals zur MPO-Verbindung entfallen. Zudem steigt die Verbindungsstrecke erheblich. Man könnte argumentieren, dass ein weiterer Vorteil dieser Single-Mode-Option die Zukunftssicherheit der Infrastruktur für Bereitstellungen über 100G Ethernet hinaus ist. Das IEEE standardisiert jedoch bereits Multimode-400G-Schnittstellen für Rechenzentren von Unternehmen, die voraussichtlich verfügbar sein werden, sobald der Großteil dieses Marktsegments für den Umstieg bereit ist.
Nutzung der vorhandenen Glasfaserinfrastruktur für Upgrades von Rechenzentren
Keine der oben beschriebenen Optionen ist besonders attraktiv. Unternehmen würden ihre Rechenzentren vorzugsweise von 40G/100G Ethernet upgraden, ohne die vorhandene, für 10G Ethernet verwendete Duplex-Multimode-Glasfaserinfrastruktur modifizieren zu müssen.
Viele möchten zudem die gleichen Verbindungsstrecken wie für 10G Ethernet nutzen können.
Steckbare optische Transceiver mit SWDM (Shortwave Wavelength Division Multiplexing) erfüllen diesen Bedarf. Die Lösung besteht aus mehreren VCSELs, die mit unterschiedlichen Wellenlängen im 850-nm-Bereich (für den die Multimode-Glasfaser optimiert ist) arbeiten. Die Vier-Wellenlängen-Implementierung von SWDM wird SWDM4 genannt. Für diese vier Wellenlängen erfolgt im QSFP-Transceiver das Multiplexing/Demultiplexing in ein Paar Multimode-Glasfasern (eine Faser in jede Richtung, also Duplex-Standardschnittstelle). Jede der vier Wellenlängen arbeitet entweder mit 10G oder 25G und ermöglicht die Übertragung von 40G (4 × 10G) oder 100G (4 × 25G) Ethernet über vorhandene Duplex-Multimode-Glasfaser unter Verwendung von LC-Standardanschlüssen. Beachten Sie, dass die Herangehensweise der für LR4 und CWDM4 ähnelt, jedoch für Multimode-Glasfaser optimiert wurde. Blockdiagramm für 100G SWDM4.
Abbildung 1: Blockdiagramm für 100G SWDM4 QSFP28 Transceiver
Abbildung 2: SWDM4-Wellenlängen (gemäß SWDM MSA-Definition)
Folgende Reichweiten werden mit SWDM4-Transceiver von Coherent unterstützt:
- 40G SWDM4 QSFP+-Transceiver bieten bis zu 300 m Reichweite in OM3- und 400 m in OM4-Legacy-Multimode-Glasfaser.
- 100G SWDM4 QSFP28-Transceiver bieten bis zu 100 m Reichweite in OM3- und 150 m in OM4-Legacy-Multimode-Glasfaser.
40G SWDM4 QSFP+- und 100G SWDM4 QSFP28-Transceiver entsprechen denselben elektrischen, mechanischen und thermischen Standards wie alle anderen QSFP+- und QSFP28-Transceiver, können also an jedem QSFP+- oder QSFP28-Switch-Port genutzt werden. Abbildung 3 zeigt einen 100G SWDM4 QSFP28-Transceiver.
Erhöhung der Bandbreitendichte in neuen Rechenzentren
Ergänzend zur bereits beschriebenen „Brownfield“-Anwendung benötigen Benutzer in Unternehmen, die in neuen Rechenzentren 40G- und 100G-SWDM4-Schnittstellen anstelle paralleler Optiken einsetzen, zwei statt acht Glasfaserstränge pro Vollduplexverbindung. Diese Architektur senkt die für neue Trunk-/strukturierte Verkabelungsinfrastrukturen erforderlichen Investitionen erheblich und erlaubt gleichzeitig die Verwendung kostengünstiger optischer Multimode-Transceiver.
Größere Reichweite bei neuen Rechenzentrumsbauten
Einige Unternehmen, die ihre neuen Rechenzentren vergrößern, ziehen die Installation von Single-Mode-Faser-Verkabelung und -Transceivern in Betracht, weil sie mehr Reichweite in den Verbindungen benötigen. Dies würde bedeuten, relativ teure LR4- oder CWDM4-Transceiver mit Duplex-Glasfaser mit LC-Anschlüssen zu verwenden, um Reichweiten von nur einigen Hundert Metern zu ermöglichen (CWDM4 ist für Hyperscale-Anwendungen bis ca. 2 km optimiert). Alternativ kann eine nicht dem Standard entsprechende Lösung wie PSM4 verwendet werden, für die mehr Glasfasern und der noch relativ unbekannte Single-Mode-MPO-Stecker zum Einsatz kommen.
Allerdings wurde eine neue kostengünstige Multimode-Lösung auf den Markt gebracht, die dieser Anforderung gerecht wird: Durch den Einsatz von SWDM4-Transceivern mit dem neuen OM5-Breitband für Multimode-Glasfaser, der vom TIA TR-42 Subcommittee standardisiert wurde, können die mit OM3/OM4 MMF für 40G and 100G Ethernet möglichen Verbindungsstrecken verlängert werden. OM5-Fasern eignen sich besonders gut für SWDM, da sie Wellenlängen bis zu 953 nm über größere Strecken ermöglicht. Daher:
- Coherent 40G SWDM4 QSFP+-Transceiver bieten bis zu 500 m Reichweite über OM5-Multimode-Glasfaser.
- Coherent 100G SWDM4 QSFP28+-Transceiver bieten bis zu 180 m Reichweite über OM5-Multimode-Glasfaser.
Neben der Vergrößerung der Reichweite sorgt das Upgrade auf OM5-Multimode-Glasfaser für eine zukunftssichere Glasfaserinfrastruktur mit den kommenden 200G/400G/800G-Multimode-Schnittstellen, die für Rechenzentren geeignet sind, die von der SWDM-Technologie profitieren können.
Weitere Vorteile
Die SWDM-Technologie bietet im Vergleich zu proprietären bidirektionalen oder „BiDi“-Lösungen, die denselben Marktbedarf decken, weitere Vorteile im Betrieb. Der erste Vorteil besteht in der Unterstützung längerer Verbindungsstrecken. Zweitens wird die Netzwerküberwachung erheblich vereinfacht, da SWDM4-Transceiver im Unterschied zu BiDi-Transceivern mit Standard-Netzwerkabgriffen (nicht bidirektional) und mit Standardtransceivern an der Überwachungsanlage verwendet werden können.
Komponenten mehrerer Anbieter
Die SWDM-Technologie ist keine proprietäre Lösung eines einzelnen Anbieters. Eine Gruppe von Unternehmen, darunter Lieferanten optischer Transceiver, Glasfaser- und Verkabelungsanbieter sowie System-OEMs, haben die SWDM Alliance und die SWDM MSA (www.swdm.org) gegründet. Ihr Ziel besteht darin, den Einsatz der SWDM-Technologie mit Duplex-Multimode-Glasfaser zu fördern und die optische Interoperabilität der SWDM-Produktangebote der verschiedenen Anbieter sicherzustellen.
Abbildung 3: 100G SWDM4 QSFP28-Transceiver
Schlussfolgerungen
SWDM ist eine neue Technologie, die von mehreren Anbietern unterstützt wird und Lösungen mit niedrigsten Gesamtkosten für Upgrades von Unternehmensrechenzentren auf 40G und 100G Ethernet verspricht, indem die Nutzung der vorhandenen 10G Duplex OM3/OM4-Multimode-Glasfaserinfrastruktur ermöglicht wird. Zudem eröffnet sie eine kostengünstige Möglichkeit zur Erhöhung der Bandbreitendichte für neue Rechenzentren sowie zur Erhöhung der Reichweite bei Verwendung mit OM5-Breitband-Multimode-Glasfaser.