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QSFP-DD

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QSFP-DD MSA發布通用管理介面規範4.0/硬體規範5.0

QSFP-DD多源協定(MSA)組織發佈了針對QSFP-DD收發器外形的通用管理介面規範(CMIS)4.0版。行業對改進的高密度高速網路解決方案的需求不斷發展,為了滿足這種需求,65家公司攜手為QSFP-DD MSA提供支援。 隨著 400 千兆乙太網(GbE)的使用量不斷增長,CMIS的設計涵蓋了從無源線纜元件到同調DWDM光模組的各種模組外形、功能和應用。除了QSFP-DD以外,CMIS 4.0還可以用作2、4、8和16通道外形的公共介面。其他值得關注的功能特點包括韌件升級、診斷功能,改進的狀態機支援,以及對 WDM/同調模組的支援。 該集團還同時宣佈為QSFP-DD發佈 硬體規範5.0版本。此次更新支援高達20瓦,並具備熱管理。其中包括新的光學連接器SN和MDC、一個標籤區域規範,並且改進了閉鎖的定義以及增強的每秒脈衝(ePPS)引腳。 QSFP-DD是一種高端8 通道的資料中心模組外形。針對QSFP-DD模組設計的系統可以向下相容現有的 QSFP 外形產品,為最終使用者、網路平臺的設計人員以及整合商提供最大的靈活性。 MSA聯合主席兼創始成員Scott Sommers表示,憑藉與我們的MSA成員的戰略合作,我們持續測試多個供應商的模組、連接器、籠子和DAC線纜的互通性,以確保一個強大的生態系統。我們將繼續致力於開發和提供隨著不斷變化的技術環境而發展的下一代設計。 QSFP-DD MSA成立於2016年3月,旨在滿足與QSFP規格系列相容的200GbE和400GbE介面的需求。MSA創始及發起機構包括博通、思科、康寧、Finisar、FIT、華為、英特爾、Juniper、Lumentum、Mellanox、莫仕和泰科連接器。 MSA創始成員兼聯合主席Mark Nowell表示,隨著產業不斷的向QSFP-DD聚集,我們認為規模經濟終究會顯現出來,使400GbE發揮全部潛力。我們感到非常激動能夠分享最新的行業趨勢,並且促成之前與 MSA 共有的熱訊號與高速訊號完整性驗證技術的成長。 作出貢獻的企業包括 Acacia、連展科技、阿里巴巴、安費諾、Applied Optoelectronics、APRESIA Systems、天弘、訊遠通信、ColorChip、Credo、戴爾易安信、Delta Products、Dust Photonics、新易盛、Fourte、富士通光器件、Genesis、H3C、海信寬帶、日立金屬、惠普公司、旭創科技、Innovium、Inphi、JPC、Kaiam、Keysight Technologies、萊尼、樂榮線材、立訊精密、MACOM、Marvell、MaxLinear、MultiLane、新飛通、諾基亞、泛達、PHY-SI、Ranovus、申泰、SENKO、升特、Sicoya、西蒙、Skorpios Technologies、索爾思光電、Spectra7 Microsystems、思博倫、住友電工、US Conec、賽靈思及山一電機。
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TE推出QSFP-DD連接器/外殼/纜線組件

TE Connectivity(TE)宣布推出新款QSFP-DD連接器、外殼和纜線組件。此全新系列可支援高達400 Gbps的傳輸速率,進而滿足未來資料中心的需求。新型QSFP-DD採用8通道解決方案,專為28G NRZ/56G PAM-4協定而設計,並可升級至112G PAM-4。 不同於市場上其他的400G解決方案,QSFP-DD產品的向後相容性可支援現有QSFP設計輕鬆升級。TE的QSFP-DD產品採用專利扣合式鰭片散熱技術,適用於15-18W應用的低成本解決方案。 TE提供豐富的QSFP-DD產品組合,包括從1x1到1x6的外殼、0.8mm間距的SMT連接器,以及各種長度、尺寸的直連與分支被動式銅纜組件。TE的專業訊號團隊也可根據客戶需求,提供具有不同光纖、散熱片和電纜組件的設計方案。 TE Connectivity產品經理Zach Galbraith表示,為因應下一代資料中心傳輸需求,系統設計人員需要新型連接器和電纜組件解決方案以應對未來的改變。身為產業領導供應商之一,我們很高興能提供新型QSFP-DD產品給客戶,滿足單個端口高達400 Gbps的資料傳輸速率,為產業終端用戶、平台開發人員和系統整合商提供更靈活的服務。
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Molex QSFP-DD BiPass冷卻組態提供下一代解決方案

Molex推出其新型BiPass熱管理組態冷卻用模組QSFP-DD,該模組可處理高達20瓦的功率,在環境溫度下可將溫度改變15攝氏度,可以在各種不同的組態下針對15瓦到20瓦範圍內的功率進行冷卻。BiPass解決方案允許對更高瓦特數的模組進行冷卻,協助設計人員走向112 Gbps的速度。 隨著業界已經對於發佈下一代的銅纜和光纜QSFP-DD收發機準備就緒,熱管理策略正發揮著至關重要的作用。在演示過程中,Molex展示了QSFP-DD前部對前部的BiPass組態、QSFP-DD前部對前部的SMT組態、2×1的QSFP-DD堆疊組態,以及帶雙散熱器、垂直方向上1×2的QSFP-DD BiPass組態。所有組態都在15瓦的功率下執行,在低於25攝氏度的任何溫度變化都能進行冷卻。BiPass解決方案可以通過Temp-Flex雙同軸電纜路發送高速信號,與單獨使用印刷電路板相比,可以實現更大的通道餘量,並且允許在保持架的底側設定第二個散熱器,與模組發生接觸,從而提供進一步的冷卻。 Molex全球產品經理Chris Kapuscinski表示,如果需要能夠冷卻 15 瓦的模組,那麼當今有許許多多不同的解決方案。Molex現在能夠對瓦特數更高的模組進行冷卻。BiPass解決方案可以有機會為設計人員節省大量的資金,並且,隨著不斷推進112 Gbps PAM-4的實施,該解決方案還可以作為一項主要的促成因素。 BiPass解決方案可以使設計人員利用Temp-Flex高速雙同軸電纜而無需再使用會發生損耗的印刷電路板。如此一來,在機架中從交換機中的ASIC或者路由器來路由到另一台伺服器時,他們就可以降低插入損耗。散熱器技術上的進步正在促成高效、可靠而又具有彈性的熱管理策略,在銅纜和光纜連接中都可以支援更高的密度。從未來的角度來看,這種出色的信號完整性效能以及低插入損耗的功能可以使設計人員在整個設計中普遍的採用無源銅纜。 Kapuscinski補充道,隨著對更快資料速率的需求不斷攀升,資料中心技術正在飛速的進步,而熱管理技術則必須並肩前進。BiPass 解決方案採用了先進的材料、最新的工具以及頂尖的技術,可以為系統提供更好的溫度控制,同時卻不會影響到效能。
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通過嚴謹熱工測試 QSFP-DD模組效能掛保證

在QSFP-DD形狀係數的開發過程中,利用了產業強大的製造能力與成本結構,為支援40GbE和100GbE使用的QSFP+和QSFP28實際標準。這一形狀係數在一個機架單位(RU)上即可啟用36個400GbE埠,提供超過14Tbps的頻寬(圖1)。 圖1 QSFP-DD在1個RU上可為36個埠提供支援 QSFP-DD模組向下相容從40Gbps到 200Gbps的所有基於QSFP的收發機,並且可以支援一系列的產品,包括: .3米長的被動銅纜 .在並行多模光纖上支援100米的距離 .在並行單模光纖上支援500米的距離 .在雙工單模光纖上支援2公里和10公里的距離 .WDM和連貫設計 熱需求與熱工測試 在設計含有可插拔模組的設備時,其中一項挑戰就是每個插座必須能夠承載最大的熱負荷。一項預測全部光學模組的類型與傳輸距離的研究調查結果顯示,需要至少15瓦的冷卻功率才可以支援QSFP-DD 的最大傳輸距離(圖2)。 圖2 QSFP-DD模組的距離與功率比較 產業對於小形狀係數模組產品的構建(以及冷卻)經驗豐富。其中包括尺寸較小的SFP單通道模組以及向下相容的QSFP4通道模組。這兩種模組都已大量用於現今的網路交換機當中。這些經驗可以應用到QSFP-DD可插拔模組中,而且,憑藉進一步的創新,現在認為在400GbE產品中可以很容易就能夠達到1瓦的功率(圖3)。 圖3 資料中心1RU的埠密度 對降溫進行最佳化的靈活性,是QSFP-DD在系統設計方面的一項主要優勢。運用在熱工方面眾多可行的創新,平頂設計可以對頂部的散熱器或熱管進行最佳化。這種靈活設計的範例包括一系列的埠入口、埠排氣口以及邊對邊的冷卻選項。 各種高密度系統採用各不相同的印刷電路板(PCB)布局、風扇放置方式以及氣流控制方案,從而允許對路由、模組布局和氣流進行最佳化。前部對前部的布局可以將QSFP-DD模組置於印刷電路板上相對的兩側。在這種設計中,流過印刷電路板兩面的氣流為模組的冷卻帶來一定的優勢。與堆疊式的卡籠相比,這樣還可為進入模組內部的高速走線實現更好的訊號完整性。前部對前部布局的一個缺點就是印刷電路板上元件的高度受到限制,並且高功率交換晶片上散熱器的高度需要減小。 另一個方案,即堆疊布局,可以將QSFP-DD模組安放到印刷電路板的同一面,而氣流只會在一面流動。在這種布局中,散熱器的高度可以提升到最高,而為交換晶片的冷卻帶來優勢。採用這種堆疊設計的主要挑戰在於向上方堆疊卡籠進行高速走線時的訊號完整性,以及下方卡籠模組的冷卻問題。 進行熱工測試以了解在指定工作範圍內QSFP-DD模組和卡籠的熱力效能,並且確保產品作業過程中耐受極端溫度時QSFP-DD解決方案的穩健性。這些廣泛測試的結果詳細記錄下了氣流和熱工測試的結果,其中使用了溫升作為系統設計的主要參數。在每個測試範例中,目標熱力效能使從環境溫度到模組外殼的溫升保持在30℃以下。 堆疊卡籠測試範例 要在上下插槽中同時對模組進行冷卻,須要將散熱器整合到2×1的卡籠中。進行測試以確定模組-卡籠-散熱器與高功率光學模組這一組合的熱力效能。使用邊對邊的2×1卡籠來代表1RU的交換機,以進行模組熱工測試(表1)。 熱工測試的主要關注點在於固定的1RU系統設計,原因在於,從熱設計的角度來說,這種設計通常最具挑戰性。這一形狀係數的風扇空間受到限制,是最複雜的模組熱設計。線卡向外拉出的模組化系統設計通常配有尺寸更大的風扇,在各元件之間能夠提供更大的氣流。通常情況下,與固定設計相比,模組化系統中的溫升要低5~7℃。 每次測試中,兩個2×1的QSFP-DD卡籠設定為邊對邊的方式。全部熱工測試都在海平面上於20~22℃的室溫範圍內進行。氣流方向為從前到後,並且測試中使用的氣流範圍是系統設計的典型範圍。在某些測試範例中,使用了測力計/測力感測器來將散熱器的下壓力設為指定值,以便達到一致的測試結果。 堆疊卡籠的熱工測試中,在預設為低壓力(表2)或高壓力(表3)的情況下,使用夾具造成溫度升高。這樣就產生了非常接近的溫度結果,表明夾具設計產生的緊固力較為適宜。當每個2×1的卡籠中的氣流約為7CFM時,模組外殼的平均溫升在21~22℃。 溫升圖表明了,如果每個2×1卡籠上的氣流超過8CFM,則模組外殼的溫升可以小於20℃。在大多數的情況下,經過測試的CFM範圍之內,2×1卡籠中的底部模組在執行的時候,將可以比頂部模組的溫度高出2~4℃。溫升與功率圖確認了QSFP-DD模組/卡籠的組合在小於30℃溫升情況下能夠為所需的15瓦功率提供支援。 在前部對前部的設計中,散熱器安裝在表面安裝卡籠的頂部。這種設計在1U的交換機設計中應當提供最優的模組氣流。這是一項元件級別的測試,採用了兩個1×2的QSFP-DD卡籠,設定在測試板的兩面。全部熱工測試都在40℃的溫度下進行。氣流方向為從前到後,並且測試中使用的氣流範圍是系統設計的典型範圍。前部對前部的熱工測試同時採用了14瓦和15瓦的模組功耗。結果顯示,模組中心/後部的功耗偏置可帶來熱力效能上的顯著改善。 在氣流從前向後流動的前部對前部系統中,當每個模組的氣流為6.4CFM時,在46℃的環境溫度下15瓦模組的外殼溫度可保持在70℃以下。在40℃的環境氣溫下,模組的最大功耗增至18瓦。對熱環境或自訂散熱器(更高的散熱片高度和/或更大的散熱片密度)進行最佳化,可將模組的最大功耗提升至18瓦以上。需要6.4CFM的氣流才能達到所需的熱力效能。在2.5英寸水柱的壓降下使風扇反向旋轉可做到這一點。 建立並良好的維護可交互作業的互連解決方案專案,對於收發機模組、交換機技術及伺服器方面的進展絕對具有至關重要的作用。隨著資料中心不斷的提升功率容量以及冷卻系統的極限,熱管理的重要性正在日益提高。 兼具靈活性與經濟性 QSFP-DD模組的熱力效能已針對高效能資料中心環境下的使用進行了廣泛評估。獲得的資料清楚的表明,溫升與氣流的對比充分驗證了15瓦QSFP-DD 模組在現實的資料中心環境下的可行性。 作為一種靈活的低成本解決方案,QSFP-DD模組充分利用了在系統、模組和卡籠的熱設計以及策略上的豐富經驗。熱工測試確認了該形狀係數可在產品的自訂方面為產業提供最大的靈活性。在堆疊卡籠和前部對前部的組態中,QSFP-DD模組都可為所需的熱負荷提供支援,滿足對於下一代高頻寬應用的需求。 (本文作者為Molex集團產品經理兼QSFP-DD MSA共同主席)
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