Módulos ópticos digitais funcionam em sistemas modernos

 

O que realmente há dentro da coisa

 

Abra um transceptor (na verdade, não faça isso; a exposição ao laser por si só já é uma má ideia) e você encontrará um arranjo surpreendentemente denso de componentes que não mudaram fundamentalmente na arquitetura desde o final dos anos 1990. A seção do transmissor abriga a fonte de luz,-geralmente um VCSEL para aplicações multimodo-de curto alcance, um laser DFB para qualquer coisa séria em fibra-monomodo. O lado do receptor contém um fotodiodo e um amplificador de transimpedância. Entre eles fica qualquer sinal condicionado que a taxa de dados exija.

O VCSEL merece menção especial porque é simultaneamente o herói e o vilão da óptica do datacenter. Lasers emissores de-superfície de cavidade-vertical resolveram o problema de fabricação que atormentava dispositivos emissores-de borda: você pode testá-los em-wafer antes de cortar, o que significa que você realmente sabe o que está enviando. Eles são baratos. Eles são confiáveis ​​o suficiente. Eles funcionam bem.

Mas os VCSELs têm limitações de distância que são importantes.

A luz de 850 nm através de fibra multimodo atinge paredes de dispersão modal que nenhuma quantidade de DSP inteligente pode superar totalmente. Você chega talvez a 100 metros a 25G antes que o diagrama do olho comece a parecer arte moderna. A fibra OM4 em seu piso elevado não foi projetada para o que pedimos, e a adoção do OM5 permanece em algum lugar entre “promissora” e “teórica” na maioria das implantações empresariais que já vi.

 

A pergunta sobre comprimento de onda que ninguém faz corretamente

1310nm reduz a atenuação para aproximadamente 0,4 dB/km no modo-único. Esta é a banda O-, onde a dispersão cromática atinge um mínimo conveniente e você pode enviar sinais por 10 km sem amplificação. A maioria dos módulos LR reside aqui.

1550 nm reduz você para cerca de 0,3 dB/km-a "janela de perda-da banda C-que todo mundo nas telecomunicações adora. Os sistemas DWDM amontoam dezenas de canais nesta banda porque os amplificadores de fibra dopada com érbio funcionam perfeitamente aqui. Mas esses EDFA custam dinheiro e, para distâncias inferiores a 40 km, a despesa extra raramente faz sentido.

O erro que vejo repetidamente: alguém especifica módulos de 1550 nm para um link de campus de 2 km porque "menor perda deve ser melhor". Não é melhor. É mais caro sem nenhum benefício e agora você tem uma complexidade de estoque desnecessária.

 

Integridade do Sinal e o Problema de Recuperação do Relógio

 

É aqui que as coisas ficam genuinamente interessantes e também onde os engenheiros juniores começam a cometer erros caros.

Dados seriais de alta-velocidade não viajam com um sinal de clock. As informações de temporização devem ser recuperadas do próprio fluxo de dados-é isso que os circuitos de relógio e recuperação de dados fazem. Um loop-de fase bloqueada dentro do módulo observa transições no fluxo de bits de entrada, gera um relógio local a partir dessas transições e usa esse relógio recuperado para amostrar os bits subsequentes no ponto ideal do olho.

Isso funciona muito bem até que não funciona.

Os bloqueios de CDR requerem transições suficientes nos dados. A codificação 64B/66B usada na Ethernet 10G garante bordas suficientes para manter o PLL satisfeito. Mas se alguém enviar um padrão patológico-ou pior, uma longa sequência de símbolos idênticos de um dispositivo upstream com comportamento inadequado-o CDR pode perder o bloqueio. Quando ele perde o bloqueio, o alarme LOL (perda de bloqueio) é acionado, o link cai e você fica olhando para os contadores de erros e se perguntando o que deu errado.

A parte frustrante: o comportamento do CDR varia entre os fornecedores. Já vi módulos do fabricante A manterem o bloqueio por meio de sequências de padrões que eliminaram imediatamente os módulos do fabricante B. Ambos atenderam às especificações. Ambos passaram nos testes de conformidade. Um trabalhava no ambiente de tráfego real do cliente, o outro não.

 

DDM mudou a solução de problemas para sempre (quando funciona)

 

Antes do monitoramento de diagnóstico digital se tornar padrão, solucionar problemas de um link de fibra significava retirar módulos, trocar cabos e orar a qualquer divindade que governasse seu processo de controle de alterações. Se o link estivesse inativo, você sabia que algo estava errado. Você não tinha ideia do quê.

O DDM-às vezes chamado de DOM, porque a indústria adora siglas redundantes-mudou isso. Todo transceptor moderno relata telemetria-em tempo real por meio de uma interface I²C: temperatura, tensão de alimentação, corrente de polarização do laser, potência TX, potência RX. A especificação SFF-8472 define o mapa de memória. Seu switch lê automaticamente.

Isso soa como pura vantagem, e principalmente é. Mas já fui prejudicado tantas vezes pelos dados do DDM que desenvolvi algum ceticismo saudável.

A leitura de potência TX? É derivado de um fotodiodo monitor que amostra uma fração da saída do laser. A eficiência de acoplamento entre o laser e o MPD varia com a temperatura. Os dados de calibração gravados na EEPROM do módulo foram medidos a 25 graus em uma bancada em algum lugar de Shenzhen. Seu ambiente operacional real é de 47 graus porque o módulo fica entre dois outros transceptores ativos em um switch totalmente-carregado.

O número na tela é uma aproximação. Geralmente é uma boa aproximação. Mas aprendi a não declarar vitória com base apenas em leituras do DDM que parecem normais. Pegue o medidor de potência óptica. Meça a luz real que atinge a fibra.

 

 

Temperatura é tudo

 

Não posso exagerar o quanto a temperatura domina o comportamento do módulo óptico. Cada parâmetro importante muda com a temperatura.

A corrente limite do laser aumenta à medida que os módulos aquecem-o dispositivo precisa de mais corrente de unidade para obter a mesma saída óptica. A eficiência da inclinação diminui, o que significa que cada miliampere adicional de polarização produz menos luz. Desvios de comprimento de onda, que são extremamente importantes em sistemas CWDM e DWDM onde o espaçamento entre canais é pequeno. A responsividade do fotodiodo muda. Até mesmo as tensões de referência dentro dos circuitos de monitoramento variam.

Os fabricantes especificam faixas operacionais-normalmente de 0 graus a 70 graus para classe comercial, -40 graus a 85 graus para classe industrial. O que eles não transmitem adequadamente é o pior desempenho do módulo nas bordas dessa faixa em relação ao centro.

Medi módulos em campo funcionando 15 graus mais quentes do que o relatório de temperatura ambiente do switch indicou. O sensor de temperatura do transceptor leu 63 graus enquanto o chassi do switch relatou “fluxo de ar normal” e “temperatura de 38 graus” em seu monitoramento ambiental. A discrepância existia porque o switch estava medindo a temperatura do ar em sua entrada, enquanto o transceptor cozinhava na sombra térmica de um QSFP-DD adjacente que operava óptica coerente a 14 watts.

Ninguém recebeu alertas. O link ainda funcionava-quase-com erros elevados de pré-FEC que ocasionalmente resultavam em perdas de frames. Demorou três meses para descobrir por que aquele link específico tinha taxas de retransmissão mais altas do que links idênticos em outras partes da estrutura.

 

A questão-de terceiros

 

Todo mundo quer saber sobre transceptores-de terceiros. O delta do preço é difícil de ignorar – 3x a 5x mais barato do que os módulos OEM para especificações aparentemente idênticas.

O contrato de múltiplas{0}fontes existe especificamente para permitir a interoperabilidade. Um SFP{3}}10G-LR compatível da empresa X deve ser funcionalmente equivalente a um da empresa Y. Os parâmetros ópticos são definidos. As dimensões mecânicas são padronizadas. A interface elétrica segue especificações publicadas por consórcios industriais.

A realidade, como sempre, diverge das especificações.

Os fornecedores de switch codificam EEPROMs do transceptor com strings de ID do fornecedor. A Cisco verifica essas strings e irá-desativar por erro as portas que não correspondem à lista aprovada. As plataformas mais recentes da Juniper registram avisos e recusam chamadas de suporte. A HPE avançou e retrocedeu na aplicação, dependendo da linha de produtos e da versão do firmware.

As soluções alternativas existem. O comando do transceptor-sem suporte de serviço da Cisco economizou inúmeras programações de implantação. Fornecedores-terceirizados programam suas EEPROMs para relatar códigos de fornecedores compatíveis. Dispositivos como o FS Box permitem reprogramar módulos em campo.

Mas aqui está o que ninguém lhe diz: quando as coisas dão errado-e eventualmente vão-o apoio torna-se adversário. Ligue para o TAC com um problema de link, mencione a óptica-de terceiros e observe a conversa terminar. "Substitua por transceptores compatíveis e ligue novamente se o problema persistir." Eles não estão errados do ponto de vista do suporte. Eles também não são úteis às 2 da manhã, quando o tecido está degradado.

Minha regra pessoal, desenvolvida por meio de muita experiência: terceiros-no laboratório, OEM nos caminhos de produção que importam. A economia de custos parece menos atraente quando você é quem soluciona erros CRC intermitentes que podem ser o transceptor, podem ser a fibra, podem ser o firmware e você não pode descartar nada.

 

 

A contaminação irá encontrar você

 

A maior causa de problemas de link óptico não tem nada a ver com o módulo em si. É sujeira.

Uma partícula de poeira na face final de uma fibra pode atenuar o sinal o suficiente para levar um link além de seu limite de erro. Em 100G e acima, a margem não é mais o que costumava ser. Você está operando mais próximo dos limites de sensibilidade do receptor. Aquela partícula de poeira que seria invisível na Ethernet 1G agora causa perda de pacotes em 400G.

O núcleo de uma fibra-monomodo tem 9 micrômetros de diâmetro. Um fio de cabelo humano tem cerca de 70 micrômetros. Partículas de contaminação menores do que qualquer coisa que você possa ver sem ampliação podem bloquear completamente o caminho óptico.

Inspecione antes de conectar. Sempre. Use um osciloscópio de fibra, não uma verificação visual. Não me importo se o patch cord saiu de uma embalagem lacrada há cinco segundos-a embalagem não está limpa, seus dedos tocaram em algo, o ar em seu datacenter contém partículas. Inspecione, limpe se necessário, inspecione novamente e conecte.

A limpeza em si apresenta riscos. A limpeza a seco cria carga estática que atrai mais contaminação. A limpeza úmida com álcool isopropílico pode deixar resíduos se você deixar evaporar em vez de secar imediatamente. Os limpadores de um{3}}clique funcionam bem até que se esgotem e alguém continue clicando mesmo assim, redistribuindo os contaminantes pela ponteira.

Observei um técnico passar quatro horas solucionando problemas em um link intermitente. Módulos substituídos duas vezes. Roteamento de cabos verificado. Configuração revisada. Finalmente abri o escopo da inspeção e encontrei o que parecia ser um resíduo de impressão digital no adaptador do anteparo. Limpei-o corretamente. Link saiu limpo e ficou acordado.

Quatro horas. Para uma impressão digital.

 

O que realmente importa ao selecionar módulos

 

Depois de todos os detalhes técnicos, o processo de seleção geralmente se resume a algumas considerações práticas que não aparecem em nenhuma ficha técnica.

Qual é a sua plataforma de switch? Se você é uma loja Cisco, a questão do fator de forma foi amplamente respondida para você. Se você estiver executando Arista ou Juniper nas folhas e algo mais na lombada, poderá ter opções-mas exercer essas opções cria complexidade de inventário. A consistência tem valor.

Que distância você realmente precisa percorrer? Meça os cabos. Adicione margem para painéis de conexão e emendas. Em seguida, escolha o tipo de módulo mais barato que atenda a esse requisito de distância e com espaço de sobra. Especificar módulos LR para percursos de 50 metros porque “podemos precisar do alcance mais tarde” é um desperdício de dinheiro.

Qual é a sua planta de fibra? Multimodo dentro de edifícios, modo único-entre edifícios-que ainda é o padrão comum. Combater esse padrão custa mais do que trabalhar com ele.

Quanto você confia na qualidade da sua instalação? 400G tem menos margem que 100G. Conectores sujos que funcionaram bem em velocidades mais baixas causarão problemas. Se o seu cabeamento estruturado data de quando o Cat5e era considerado à prova de futuro, espere problemas.

O conselho enfadonho geralmente está certo: combine a tecnologia com os requisitos reais, compre de fornecedores que irão apoiá-lo quando alguma coisa quebrar, limpe todos os conectores toda vez que você tocá-los. Os próprios módulos tornaram-se extremamente confiáveis. Os problemas quase sempre estão em outro lugar.