L’avenir de la fibre optique est très prometteur

9 février 2022 / Généralités, normes et certification, réseaux industriels

Dans un autre blog, nous avons discuté de certains des avantages de la fibre optique à la périphérie en termes de développement durable et de bâtiment intelligent. Alors que la fibre optique se dirige lentement vers le LAN horizontal, le câblage à paires torsadées en cuivre, comme la catégorie 6 et la catégorie 6A, continuera à dominer en raison de son faible coût, de son installation familière, ainsi que de sa capacité à prendre en charge des vitesses de transmission allant jusqu’à 10 Gig et une alimentation PoE de 100 W. Mais en dehors de l’environnement LAN local, les capacités de bande passante et de distance de la fibre optique lui annoncent un avenir plus prometteur que jamais.

Câbles de fibre optique bleus et verts éclairés sur fond noir

^{En dehors de l’environnement LAN local, les capacités de bande passante et de distance de la fibre optique lui annoncent un avenir plus prometteur que jamais.}

Un pilier du centre de données

Dans le centre de données d’entreprise, les vitesses des serveurs commencent à migrer au-delà de 10 GIG, avec des liaisons montantes de commutation qui migrent au-delà de 40 et 100 Gig. Comme nous l’avons mentionné dans un autre article, les envois de ports de commutation de 400 Gig pour les grands centres de données d’entreprise devraient commencer à apparaître sur le marché d’ici 2022. Les grands centres de données hyperscale et cloud migrent déjà les connexions de serveurs jusqu’à 50 et 100 Gig, avec des liaisons montantes de commutation qui migrent jusqu’à 400 Gig. Ces lanceurs de tendances ont déjà un œil sur les liaisons montantes de commutation de 800 Gig, en particulier pour les interconnexions de centres de données dans les architectures super-spine.

Alors que le câblage en cuivre de catégorie 8 a été initialement introduit pour prendre en charge 25 et 40 Gb/s (25GBASE-T et 40GBASE-T) dans des liaisons de serveur horizontales de 30 mètres, ces applications n’ont pas atteint leur plein potentiel principalement en raison des coûts et de la consommation d’énergie. Par conséquent, à l’exception des liaisons point à point à courte portée utilisant des câbles à connexion directe SFP et QSFP ou des ensembles optiques actifs qui sont difficiles à gérer, la seule option possible pour le câblage structuré de centre de données basé sur des normes au-delà de 10 Gig est la fibre optique. Il n’est donc pas étonnant qu’on s’attende à ce que le marché mondial de la fibre atteigne près de 10 milliards USD d’ici 2028, soit plus du double de sa valeur en 2020, selon une étude de marché vérifiée.

Le développement continu des normes de la fibre

Il existe désormais plusieurs normes d’application de fibre optique disponibles pour prendre en charge des vitesses allant de 10 à 400 Gig, à la fois sur fibre optique multimode et monomode à différentes distances, et l’IEEE travaille dur pour développer des normes d’application supplémentaires. Avec l’introduction de l’encodage PAM4 de 100 Gb/s, l’IEEE devrait publier la norme 802.3db en 2022, qui prendra en charge une application 400GBASE-SR4 à 8 fibres optiques en utilisant un débit de 100 Gb/s. Il s’agit de la même logique utilisée dans les applications d’optique parallèle 40GBASE-SR4, 100GBASE-SR4 et 200GBASE-SR4 qui prennent en charge 40, 100 et 200 Gig en utilisant respectivement un débit de 10, 25, et 50 Gb/s.

La norme 802.3db comprendra également une application de 100 Gig sur une fibre multimode duplex et une application de 200 Gig sur deux paires de fibres multimodes, ainsi que des versions à courte portée de 100, 200 et 400 Gig jusqu’à 50 m pour des connexions serveur à coût optimisé. Ces applications à courte portée seront désignées par les lettres « VR » plutôt que « SR » (c.-à-d. 100GBASE-VR, 200GBASE-VR2 et 400GBASE-VR4). La bonne nouvelle, c’est que ces applications seront toutes prises en charge via la connectivité duplex et MPO existante, de sorte que les tests seront faciles à réaliser avec la solution de test de perte de la fibre optique CertiFiber^® Pro et le wattmètre optique MultiFiber™ Pro.

En attendant, le groupe d’étude sur la norme IEEE 802,3 au-delà de 400 Gb/s pour Ethernet travaille à l’adoption d’une logique de 400 Gb/s pour définir les spécifications de couche physique des applications 800 Gb/s basées sur huit bandes de 100 Gb/s. Les objectifs actuels qui soutiendront les déploiements des centres de données sont les suivants :

800 Gig sur 8 paires de fibres multimodes jusqu’à au moins 50 m et 100 m
800 Gig sur 8 paires de fibres monomodes jusqu’à 500 m
800 Gig sur 8 longueurs d’onde sur une fibre monomode jusqu’à 2 000 m

Les réseaux optiques progressent également

Parallèlement au développement des normes de câbles à fibre optique au sein de l’IEEE, des efforts sont aussi déployés pour mettre en place des accords multisources (MSA) pour répondre à la demande continue de capacité réseau. Constitués d’équipements, de connecteurs et de fournisseurs de puces, ainsi que d’opérateurs de centres de données, tels que Facebook, Google et Microsoft, ces MSA se concentrent sur l’infrastructure optique nécessaire pour prendre en charge 800 Gig et au-delà, y compris sur la détermination des spécifications de l’émetteur-récepteur et de l’optique qui minimiseront le coût, la consommation électrique et la latence, tout en maximisant la portée. Il existe deux principales écoles de pensée concernant la prise en charge au-delà de 800 Gig : la technologie de module émetteur-récepteur enfichable et l’optique co-emballée.

Les modules émetteurs-récepteurs optiques enfichables sont bien établis dans le secteur, avec des facteurs de forme SFP et QSFP qui incluent les derniers émetteurs-récepteurs enfichables QSFP-DD et OSFP pour 400 Gig. Ces deux facteurs de forme sont extrêmement similaires, à l’exception de l’OSFP qui permet d’augmenter la puissance et du QSFP-DD qui est rétrocompatible avec les facteurs de forme QSFP précédents utilisés pour 40 et 100 Gig. Le MSA QSFP-DD a tiré parti d’un débit de 100 Gb/s pour mettre à jour et remplacer le module émetteur-récepteur QSFP-DD par le QSFP-DD800 pour 800 Gig, tandis que le groupe MSA Octal Small Form Factor Pluggable (OSFP) a lancé une version de l’émetteur-récepteur OSFP pour 800 Gig. Dans le même temps, le MSA enfichable 800G, qui comprend CommScope, US Conec, Sumitomo et d’autres, développe des spécifications d’interface optique indépendamment du type de module émetteur-récepteur. Tous ces MSA travaillent actuellement au développement de spécifications basées sur l’utilisation de modules émetteurs-récepteurs enfichables pour 800 Gig et au-delà, leur plus grand défi étant de réduire la consommation électrique à un niveau viable.

Diagramme comparant un module émetteur-récepteur enfichable et la technologie d’optique co-emballée (CPO).

^{L’optique co-emballée rapproche la fibre de l’ensemble de commutation interne, ce qui réduit considérablement la consommation électrique.}

Dans le cadre de l’Optical Internetworking Forum (OIF), l’optique co-emballée adopte une approche différente pour aller au-delà de 800 Gig en réduisant la consommation électrique. Plutôt que d’intégrer la source laser dans un module émetteur-récepteur, qui nécessite que le signal soit converti en signal électrique et envoyé au moteur de commutation (c.-à-d. le circuit intégré spécifique à l’application, ou ASIC) sur une liaison sérialiseur/désérialiseur (SerDes), l’optique co-emballée intègre la source dans l’électronique informatique. Cela signifie que la fibre est rapprochée de l’ensemble de commutation interne et connectée soit via une interface enfichable, soit via une fibre amorce connectée de manière permanente. Cela permet à la conversion électrique d’être effectuée à côté de l’ensemble de commutation, ce qui réduit considérablement la consommation d’énergie.

Fluke Networks sera présent

Tandis que les normes de fibre optique et le développement de l’optique sont en cours, les organismes de normalisation et les MSA étudient également le potentiel d’un débit de 200 Gb/s à l’aide de la technologie d’encodage PAM4, qui constituera un véritable défi du point de vue du bruit et peut nécessiter des distances plus courtes. Cependant, un débit de 200 Gbit/s changerait totalement la donne, en réduisant essentiellement de moitié le nombre de bandes. Cela permettrait de prendre en charge 200 Gig sur une seule bande, 400 Gig sur deux bandes, 800 Gig sur seulement 4 bandes et 1,6 Térabit sur 8 bandes.

Bien que personne ne puisse savoir si les modules émetteurs-récepteurs enfichables ou les optiques co-emballées seront performants au-delà de 800 Gig, ou si un débit de 200 Gbit/s sera atteint, vous pouvez être assuré que la gamme de testeurs et d’inspecteurs de certification de fibre optique Versiv™ de Fluke Networks sera à la hauteur de la tâche. Grâce à notre participation continue au sein des organismes de normalisation de l’industrie, nous avons un œil sur leurs progrès pour nous assurer que lorsque les normes d’application seront publiées, nous ajouterons les limites au dernier logiciel Versiv et présenterons tous les nouveaux modules de test échangeables requis. C’est là tout l’avantage de la conception modulaire de Versiv.