Verbindungstechnik für 400 GBit/s und mehr

Steckverbinder der nächsten Generation

Übersicht über die relevanten Steckverbinder im Rechenzentrum
Übersicht über die relevanten Steckverbinder im Rechenzentrum (v.l.n.r. LC-Stecker, MPO-Stecker, CS-Stecker, SN-Stecker, MDC-Stecker, URM-P2-Stecker, URM-P8-Stecker).
© LWL-Sachsenkabel

Die Zunahme datenintensiver Anwendungen treibt den Bandbreitenbedarf immer weiter in die Höhe. Rechenzentrumsbetreiber sollten deshalb vielfach bereits jetzt zukunftsfähige Glasfaser-­Infrastrukturen aufbauen, die auch Übertragungsraten jenseits von 400 GBit/s sicher bewältigen können.

Steckverbinder spielen bei den hohen Geschwindigkeiten naturgemäß eine entscheidende Rolle: Neue „Very Small Form Factor“-Stecker (VSFF-Stecker) mit hoher Packungsdichte, geringer Einfügungsdämpfung und unkomplizierten Breakout-Optionen ermöglichen es Anwendern, hochleistungsfähige und skalierbare Verkabelungssysteme zu errichten.

Die digitale Transformation mit Cloud Computing, Internet of Things (IoT) und künstlicher Intelligenz sorgt weltweit für einen rasanten Anstieg des Bandbreitenbedarfs. Rechenzentrumsbetreiber müssen mit dieser Entwicklung permanent Schritt halten und ihre Glasfaserinfrastrukturen so aufbauen, dass sie Datenraten jenseits von 400 GBit/s sicher bewältigen können und – Stichwort Zukunftssicherheit – auch für weitere Steigerungen gerüstet sind. Skalierbare Lösungen mit hoher Packungsdichte sind dazu unerlässlich.

Doch wie müssen Übertragungswege beschaffen sein, um diese Anforderungen zu erfüllen? Eine grundlegende Orientierung bietet hier die Roadmap der Ethernet Alliance. Sie sieht als ersten standardisierten Übertragungsweg für die paralleloptische Übertragung von 400 GBit/s über Multi­mode die Spezifikation 400GBase-SR16 vor, die in der Norm IEEE 802.3bs (Insti-tute of Electrical and Electronics Engineers) festgehalten ist. Dieser Übertragungsweg gilt jedoch inzwischen schon als überholt. Denn zur Modulation der Signale kommen hier klassische Bitfolgen mit NRZ-Kodierung (Non Return to Zero) zum Einsatz – der Transmitter sendet also nur in zwei Schaltzuständen (0 und 1). Dadurch sind zur Übertragung vergleichsweise viele Fasern erforderlich. Für das Senden und Empfangen sind jeweils 16 Fasern vorgesehen, bei einer Line Speed von 25 GBit/s (16 x 25G = 400 GBit/s).

Auch der Energiebedarf ist verhältnismäßig hoch. Die Umsetzung solcher Strecken gestaltet sich zudem schwierig. So gibt es zwar mit dem 32-Faser-MPO (Multipath-Push-On) einen passenden Steckverbinder, aktivseitig existieren jedoch bis heute keine Transceiver, die diese Übertragungsart unterstützen. Die meisten 400G-Schnittstellen nutzen stattdessen das vierstufige Pulsamplituden-Modulationsverfahren PAM4, das auf vier anstatt auf zwei Signalpegeln basiert und so die Line Speed auf 50 GBit/s verdoppelt. Mit dem Übertragungsweg 400GBase-SR8 ist demnach nur noch die Hälfte der Fasern erforderlich, um 400G zu erreichen (8 x 50G = 400 GBit/s).

Seit Anfang 2020 ist zudem auch die Übertragungsart 400GBase-SR4.2 standardisiert. Sie kombiniert erstmals PAM4-Modulation mit bidirektionaler Wellenlängen-Übertragung und überträgt 400G über vier Kanäle (acht Fasern) mit einer Line Speed von 50 GBit/s. Der neueste Standardvorschlag 400GBase-SR4, der gegenwärtig noch in Arbeitsstudien erprobt wird, basiert statt der bidirektionalen Übertragung auf einer verdoppelten Baudrate von 25 auf 50 Giga-Baud. Auf diese Weise ist eine höhere Line Speed von 100 GBit/s erzielbar, sodass auch bei diesem Übertragungskonzept acht Fasern zum Einsatz kommen können. Für die 400G-Übertragung ist Multimode aber längst nicht die einzige Option. Mit Singlemode-Fasern steht Anwendern eine sinnvolle Alternative zur Verfügung. Mittels 400GBase-FR8/LR8 etwa lassen sich Verkabelungsstrecken von zwei beziehungsweise zehn Kilometern über Singlemode realisieren. Dabei werden unter Einsatz von Wellenlängen-Multiplexing (Wave Division Multiplexing, WDM) auf zwei Fasern insgesamt acht Wellenlängen mit jeweils 50 GBit/s übertragen. Für noch geringere Distanzen von 500 Metern ist der Übertragungsweg 400GBase-DR4 normiert, bei dem vier Kanäle parallel mit einer Line Speed von 100 GbBt/s laufen (4 x 100G = 400 GBit/s).

400G-Übertragungswege mit MPO

Wie für 40G und 100G ist es auch für die 400G-Übertragung optimal, im Multi­mode- und Singlemode-Bereich eine sogenannte Base-8-Verkabelung aufzubauen. Dies lässt sich mittels Trunk-Kabeln mit einem Vielfachen von acht Fasern realisieren. Als Schnittstelle für die 400G-Übertragung sieht die IEEE den Einsatz zweier Steckgesichter vor, die sich bereits seit vielen Jahren großer Beliebtheit erfreuen: LC-Duplex und MPO. Daher ist für den Übertragungsweg 400GBase-SR8 ein MPO mit 16 Fasern, für SR4.2, SR4 und DR4 jeweils der MPO-12 und für FR8/LR8 der LC-Stecker angedacht.

Der MPO-12 dient zwar für die Base-8-Verkabelung zur Übertragung, sie findet allerdings nur auf den vier äußeren Fasern statt, sodass die mittleren vier Fasern ungenutzt bleiben. Zudem schränkt die relativ hohe Einfügungsdämpfung von 0,3 bis 0,5 dB die Einsatzmöglichkeiten des MPOs ein. Da Multimode-400G-Strecken bei den Dämpfungsbudgets nur einen engen Spielraum bieten (etwa 1,8 bis 1,9 dB), ist die Anzahl der möglichen Steckerübergänge in der Verkabelungsinfrastruktur stark begrenzt.


  1. Steckverbinder der nächsten Generation
  2. Neue VSFF-Stecker
  3. Fazit: Viele Möglichkeiten zur Realisierung

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