白皮书
SWDM：企业数据中心内总成本最低的 40G/100G 解决方案
Vipul Bhatt
数据通信垂直市场营销副总裁
Coherent 高意
多年来，大中型企业一直在广泛部署 10G 以太网。他们的数据中心基础设施主要围绕双工 OM3 和 OM4 多模光纤 (MMF) 进行构建，因为大多数交换机端口的接口都是使用 SFP+ 收发器封装的多模 10GBASE-SR。因此，负责数据中心安装和运营的 IT 员工（内部和外包）非常熟悉并习惯在机架中使用双工跳线及其相关 LC 连接器。LC 连接器是迄今为止市场上最成功的光学连接器，它特有的“咔嗒”声可确认已正确锁闭，并且它的端接和清洁非常简单。
随着这些数据中心开始向 40G 和 100G 以太网过渡，企业 IT 架构师到目前为止必须做出选择：
- 他们可以使用 40GBASE-SR4 和 100GBASE-SR4 光收发器，这已经变得非常具有成本效益，但需要使用并行光学基础设施。这意味着必须用并行 MPO 跳线替换双工 LC 跳线，并且必须安装额外的主干光缆/结构化布线（因为每个全双工链路现在都需要八根光纤，而不是仅仅两根）。这种方法不仅需要大量的资本支出，而且由于 IT 网络人员不熟悉 MPO 连接器的处理/清洁，还可能会大幅增加运营支出。另一个缺点是，与目前部署的 10GBASE-SR（在 OM3/OM4 MMF 上为 300/400 米）相比，这些 IEEE 接口支持的距离更短（在 OM3/OM4 MMF 上，40G 为 100/150 米，100G 为 70/100 米），具体取决于数据中心的规模。
- 另一个选择是安装单模光纤以继续使用熟悉的双工光纤/LC 连接器模式。这意味着使用 40GBASE-LR4 和 100GBASE-LR4（或 CWDM4）光收发器，其成本明显高于多模 SR4 收发器。这是一种需要大量资本和运营支出的方法，优点是消除了重新培训 IT 人员来使用 MPO 连接器的成本，并且大幅增加了链路距离（如果有此类要求）。有人可能会说，这一单模选择的另一个潜在优势是基础设施能够适应未来 100G 以上以太网部署。然而，IEEE 已经在对适用于企业数据中心环境的多模 400G 接口制定标准，预计当大多数细分市场均已准备好过渡时，将推出这些接口。
利用现有的光纤基础设施进行数据中心升级
以上两种选择都不是特别有吸引力。理想情况下，企业希望将其数据中心升级到 40G/100G 以太网，而不改变其现有的用于 10G 以太网的双工多模光纤基础设施。
此外，许多企业还希望保持与 10G 以太网相同的受支持链路距离。
采用短波波分复用 (SWDM) 技术的可插拔光收发器满足了这一市场需求。该方法由在 850 nm 窗口（多模光纤已得到优化）中以不同波长工作的多个 VCSEL 组成。SWDM 的四波长实现称为 SWDM4，这四个波长在 QSFP 收发器内复用/解复用成一对多模光纤（每个方向一根光纤，即标准双工接口）。四个波长均以 10G 或 25G 运行，可使用标准 LC 连接器在现有双工多模光纤上传输 40G (4x10G) 或 100G (4x25G) 以太网流量。请注意，这与 LR4 和 CWDM4 中使用的方法类似，但针对多模光纤进行了优化。100G SWDM4 的框图。
图 1：100G SWDM4 QSFP28 收发器的框图
图 2：SWDM4 波长（由 SWDM MSA 定义）
Coherent SWDM4 收发器支持的距离如下所示：
- 40G SWDM4 QSFP+ 收发器可在 OM3 上支持长达 300 米的距离，在 OM4 传统多模光纤上支持长达 400 米的距离。
- 100G SWDM4 QSFP28 收发器可在 OM3 上支持长达 100 米的距离，在 OM4 传统多模光纤上支持长达 150 米的距离。
值得注意的是，40G SWDM4 QSFP+ 和 100G SWDM4 QSFP28 收发器符合与任何其他 QSFP+ 和 QSFP28 相同的电气、机械和热标准，因此能够在任何标准 QSFP+ 或 QSFP28 交换机端口中使用。图 3 显示了 100G SWDM4 QSFP28 收发器。
在构建新数据中心时增加带宽密度
除了已经介绍的“棕地”应用之外，如果在其新数据中心内部署 40G 和 100G SWDM4 接口而不是并行光学基础设施，企业用户将需要为每个全双工链路使用两根光纤线，而不是八根。该架构显著降低了新干线/结构化布线基础设施所需的资本支出，同时仍然支持使用具有成本效益的多模光收发器。
在构建新数据中心时扩大距离
一些正在增大新数据中心规模的企业用户正在考虑安装单模光纤电缆和收发器，因为他们需要支持更长的链路。这意味着需要使用相对昂贵的 LR4 或 CWDM4 收发器，使用带有 LC 连接器的双工光纤仅支持几百米（CWDM4 针对约 2 公里的超大型应用进行了优化），或者使用像 PSM4 这样的非主流解决方案，它需要使用更多的光纤和相对未经验证的单模 MPO 连接器。
然而，市场上已经推出了一种新的具有成本效益的多模解决方案来满足这一要求：通过结合使用 SWDM4 收发器以及 TIA TR-42 小组委员会已经标准化的新型 OM5 宽带多模光纤，上述 OM3/OM4 MMF 支持的 40G 和 100G 以太网距离可以得到延长。OM5 光纤特别适合 SWDM，因为它支持将高达 953 nm 的波长传播到更远的距离。因此：
- Coherent 40G SWDM4 QSFP+ 收发器可在 OM5 多模光纤上支持长达 500 米的距离。
- Coherent 100G SWDM4 QSFP28 收发器可在 OM5 多模光纤上支持长达 180 米的距离。
除了延长距离之外，升级到 OM5 多模光纤的另一个优势是，这种光纤基础设施能够适应未来的 200G/400G/800G 多模接口，从而能够用于可能利用 SWDM 技术的数据中心。
其他优势
相对于满足相同市场需求的专有双向 (BiDi) 解决方案，SWDM 技术还提供了额外的运营优势。第一个优势是支持更长的链路。第二个优势是使网络监控变得更加简单，因为与 BiDi 收发器不同，SWDM4 收发器可以与标准（非双向）网络分流器以及监控设备上的标准收发器一起使用。
多供应商方法
SWDM 技术不是一个单一供应商专有解决方案。包括光收发器供应商、光纤和光缆供应商以及系统 OEM 在内的一些公司组成了 SWDM 联盟 和 SWDM MSA (www.swdm.org)。他们的目标是推动 SWDM 技术在双工多模光纤上的使用，并确保不同供应商的 SWDM 产品之间具有光学互操作性。
图 3：100G SWDM4 QSFP28 收发器
结论
SWDM 是一种新型多供应商技术，它有望通过支持使用现有的 10G 双工 OM3/OM4 多模光纤基础设施，为企业数据中心升级到 40G 和 100G 以太网提供总成本最低的解决方案。它还支持一种具有成本效益的方法来提高新数据中心的带宽密度，并在与 OM5 宽带多模光纤一起使用时延长距离。