XLPPI เทียบกับ XLAUI: อธิบายอินเทอร์เฟซไฟฟ้าสำหรับโมดูล QSFP

ในระบบอีเธอร์เน็ตความเร็วสูง อินเทอร์เฟซแบบไฟฟ้ากำหนดวิธีการที่ข้อมูลไหลระหว่างอุปกรณ์โฮสต์กับทรานซีเวอร์ออปติก XLPPI และ XLAUI. ขณะที่อินเทอร์เฟซทั้งสองอาจดูคล้ายกันผิวเผิน—ทั้งคู่นิยามสัญญาณไฟฟ้าแบบหลายเลน (multi-lane)—แต่ทั้งสองมีวัตถุประสงค์ที่ ต่างกัน, ที่มาคนละ องค์กรมาตรฐาน, และรองรับ รุ่นประสิทธิภาพที่ต่างกัน.

บทความนี้นำเสนอการเปรียบเทียบอย่างเป็นระบบและเชื่อถือได้ระหว่าง XLPPI กับ XLAUI, โดยชี้แจงว่าอินเทอร์เฟซแต่ละแบบมีบทบาทอย่างไรในระบบนิเวศของโมดูลออปติกสมัยใหม่ โดยเฉพาะ QSFP+, คิวเอสดีพี28, และ คิวเอสดีพี56 โมดูลที่ใช้งานอย่างแพร่หลายในศูนย์ข้อมูล.

พื้นฐาน: IEEE 802.3ba และสถาปัตยกรรม 40G

ก่อนพิจารณาความแตกต่าง เราต้องเข้าใจจุดร่วมกันก่อน ทั้ง XLAUI และ XLPPI นิยามไว้ภายใต้มาตรฐาน IEEE 802.3ba สายเคเบิลทองแดงแบบมาตรฐาน สำหรับอีเธอร์เน็ตความเร็ว 40 กิกะบิตต่อวินาที.

ตัวย่อ “XL” ในทั้งสองคำย่อแทนเลขโรมันสำหรับ 40 ทั้งสองอินเทอร์เฟซใช้สถาปัตยกรรมแบบขนาน 4 เลน (4-lane parallel architecture), โดยแต่ละเลนทำงานที่ความเร็ว 3125 Gbps.

• แบนด์วิดท์รวม: 25 Gbps (รวมค่าใช้จ่ายจากรหัส 64b/66b).

• อัตราการส่งข้อมูลจริง: 40 Gbps.

อย่างไรก็ตาม ตำแหน่งของทั้งสองอินเทอร์เฟซภายในลำดับชั้นกายภาพ (PHY) ของโมเดล OSI คือจุดที่แตกต่างกัน.

XLAUI คืออะไร? (อินเทอร์เฟซหน่วยแนบ 40G)

XLAUI (อินเทอร์เฟซหน่วยแนบ 40G) เป็นอินเทอร์เฟซไฟฟ้าที่กำหนดโดย IEEE ซึ่งแนะนำครั้งแรกในมาตรฐาน IEEE 802.3ba สำหรับ อีเธอร์เน็ตความเร็ว 40 กิกะบิตต่อวินาที (40 Gigabit Ethernet: 40GbE). โดยใช้:

• 4 ช่องสัญญาณไฟฟ้า

• 3125 Gbps ต่อเลน

• การเข้ารหัสแบบ 64B/66B

• สัญญาณแบบ NRZ

▷ วัตถุประสงค์ของ XLAUI ในเครือข่ายอีเธอร์เน็ต 40G

XLAUI ทำหน้าที่เป็นลิงก์ไฟฟ้าภายในระหว่าง:

• MAC ⇆ PHY

• MAC ⇆ PMA/PMD

• PHY ⇆ เครื่องยนต์ออปติกภายใน (ในแพลตฟอร์มที่มีออปติกแบบคงที่)

มันไม่ได้ถูกใช้โดยตรงที่อินเทอร์เฟซของโมดูลแบบเสียบได้ (pluggable module interface) แต่ XLAUI เป็นส่วนหนึ่งของเส้นทางสัญญาณภายในสวิตช์ เราเตอร์ และการ์ดเครือข่าย.

▷ สถานที่ที่ใช้ XLAUI

XLAUI เกี่ยวข้องโดยหลักกับ:

• 100G ผ่านสายทองแดงแบบ twinax 4×25G (สายใยแก้วนำแสง MPO-12)

• 40GBASE-LR4 (WDM ความยาวคลื่น 4×10G)

• 40GBASE-CR4 (สาย DAC)

แม้โมดูลเหล่านี้จะใช้เลนความเร็ว 10G จำนวน 4 เลน แต่อินเทอร์เฟซ XLAUI มักถูกนำไปใช้งาน ภายในโฮสต์, ไม่ใช่ที่ขั้วต่อ QSFP+.

XLPPI คืออะไร? (อินเทอร์เฟซแบบขนานแรงดันต่ำ/กำลังไฟต่ำแบบขยาย)

XLPPI (อินเทอร์เฟซแบบขนานแรงดันต่ำ/กำลังไฟต่ำแบบขยาย) เป็นอินเทอร์เฟซเชิงไฟฟ้าที่กำหนดโดย MSA ซึ่งใช้ระหว่าง:

• Host PHY/ASIC ⇆ โมดูลออปติกแบบเสียบได้ตระกูล QSFP

ต่างจาก XLAUI (จำกัดที่ 40G) XLPPI ครอบคลุม หลายรุ่นของอีเธอร์เน็ต และรูปแบบตัวเรือน QSFP หลายแบบ.

ความเร็วและโหมดการมอดูเลตที่รองรับ

XLPPI รองรับ:

รุ่นของอีเธอร์เน็ต	ประเภทโมดูล	ช่องสัญญาณ (Lanes)	อัตราความเร็วต่อช่องสัญญาณ (Lane Rate)	การมอดูเลต
40G	QSFP+	4	10G	NRZ
100G	คิวเอสดีพี28	4	25G	NRZ
200G	คิวเอสดีพี56	4	50G	ในความเป็นจริง TDECQ แสดงถึงปริมาณพลังงานแสงเพิ่มเติม (หรือ margin) ที่จำเป็นสำหรับสัญญาณจริง — หลังจากพิจารณาความไม่แน่นอน ความผิดข้อความ (ISI) , dispersion และอุปสรรคอื่น ๆ — เพื่อให้ได้ "eye opening" ที่เหมือนกับสัญญาณที่ส่งโดย transmitters ที่ดีที่สุด ค่า TDECQ ที่ต่ำกว่าบ่งชี้คุณภาพสัญญาณที่ดีขึ้น และสัมพันธ์กับค่าที่ต่ำกว่า ซึ่งสอดคล้องกับความเร็วสูงที่สุด
400G	คิวเอสดีพี-ดับเบิลดี	8	50G PAM4	ในความเป็นจริง TDECQ แสดงถึงปริมาณพลังงานแสงเพิ่มเติม (หรือ margin) ที่จำเป็นสำหรับสัญญาณจริง — หลังจากพิจารณาความไม่แน่นอน ความผิดข้อความ (ISI) , dispersion และอุปสรรคอื่น ๆ — เพื่อให้ได้ "eye opening" ที่เหมือนกับสัญญาณที่ส่งโดย transmitters ที่ดีที่สุด ค่า TDECQ ที่ต่ำกว่าบ่งชี้คุณภาพสัญญาณที่ดีขึ้น และสัมพันธ์กับค่าที่ต่ำกว่า ซึ่งสอดคล้องกับความเร็วสูงที่สุด
800G	QSFP-DD800	8	100G PAM4	ในความเป็นจริง TDECQ แสดงถึงปริมาณพลังงานแสงเพิ่มเติม (หรือ margin) ที่จำเป็นสำหรับสัญญาณจริง — หลังจากพิจารณาความไม่แน่นอน ความผิดข้อความ (ISI) , dispersion และอุปสรรคอื่น ๆ — เพื่อให้ได้ "eye opening" ที่เหมือนกับสัญญาณที่ส่งโดย transmitters ที่ดีที่สุด ค่า TDECQ ที่ต่ำกว่าบ่งชี้คุณภาพสัญญาณที่ดีขึ้น และสัมพันธ์กับค่าที่ต่ำกว่า ซึ่งสอดคล้องกับความเร็วสูงที่สุด

วัตถุประสงค์ของ XLPPI

XLPPI รับประกัน:

• การส่งสัญญาณแบบขนานที่แรงดันต่ำและกำลังไฟต่ำ

• การเชื่อมต่อเชิงไฟฟ้าความเร็วสูงที่เชื่อถือได้ระหว่างโฮสต์กับโมดูล

• ความเข้ากันได้ข้ามรุ่น QSFP ทั้งหมด

• การทำงานที่มั่นคงบนเส้นทาง PCB ที่สั้น โดยมีข้อกำหนดด้านความสมบูรณ์ของสัญญาณ (SI) ที่เข้มงวด

ทำให้ XLPPI เป็นอินเทอร์เฟซเชิงไฟฟ้าหลักที่อยู่เบื้องหลังอุปกรณ์ออปติกแบบเสียบได้ในยุคปัจจุบัน.

XLPPI เทียบกับ XLAUI — ความแตกต่างที่สำคัญ

อินเทอร์เฟซทั้งสองแบบทำงานในส่วนต่าง ๆ ของสถาปัตยกรรมอีเธอร์เน็ต และมีเป้าหมายการออกแบบที่ต่างกัน.

หน่วยงานมาตรฐานที่ต่างกัน

พอร์ตเชื่อมต่อ	กำหนดโดย	ขอบเขตหลัก
XLAUI	IEEE 802.3ba	อินเทอร์เฟซภายใน MAC ⇆ PHY
XLPPI	QSFP/QSFP-DD MSA	อินเทอร์เฟซระหว่างโฮสต์ ⇆ โมดูลออปติกแบบเสียบได้

XLPPI ผูกพันอย่างใกล้ชิดกับตระกูล QSFP ในขณะที่ XLAUI ผูกพันกับชั้นตรรกะภายในของอีเธอร์เน็ต.

ชั้นการประยุกต์ใช้งานที่ต่างกัน

ชั้น	XLAUI	XLPPI
ตำแหน่งของอินเทอร์เฟซ	ภายในสวิตช์/เราเตอร์	ที่ขั้วต่อของโมดูล
ผู้ใช้งาน	MAC, PHY, PMA/PMD	ASIC/PHY ⇆ โมดูล QSFP
การเปิดเผยต่อวิศวกรฮาร์ดแวร์	การออกแบบชิปภายใน	การออกแบบ PCB สำหรับทรานส์ซีเวอร์แบบเสียบได้
การใช้งานในอุปกรณ์ออปติกแบบเสียบได้	ทางอ้อม	โดยตรง

ความเร็วที่รองรับต่างกัน

XLAUI ถูกกำหนดตายตัวที่:

• 4 × 10.3125 Gbps (40G)

XLPPI ปรับสเกลได้ตั้งแต่ 40G → 800G, ขึ้นอยู่กับรูปแบบตัวเรือนของโมดูลและรุ่น SerDes.

เทคโนโลยีการส่งสัญญาณ

คุณสมบัติ	XLAUI	XLPPI
การส่งสัญญาณ	NRZ	NRZ + PAM4
แรงดันไฟฟ้า	มาตรฐาน	แรงดันต่ำ / ออกแบบเพื่อประหยัดพลังงาน
การเพิ่มประสิทธิภาพด้านความสมบูรณ์ของสัญญาณ (SI)	แบบดั้งเดิม	ขั้นสูงเฉพาะสำหรับ QSFP
การเตรียมความพร้อมสำหรับอนาคต	ไม่มี (เฉพาะ 40G)	มี (40G–800G)

เหตุใดโมดูล QSFP ยุคใหม่จึงใช้ XLPPI แทน XLAUI

เพราะ XLPPI:

• รองรับ โมดูลแบบเสียบ-ถอดร้อน (hot-swappable modules)

• เพิ่มประสิทธิภาพ คุณสามารถตัดสินใจได้เพื่อปรับปรุงสภาพแวดล้อมเชิงความหนาแน่นของคุณเช่น ระบบ数据中心และเครือข่ายองค์กรได้ สาย DAC สำหรับการแบกมอบรูปแบบที่งดงามและมีราคาที่เหมาะสมสำหรับการเชื่อมต่อระหว่างสวิตช์ระดับกลาง/การรวมกับสวิตช์ TOR หรือ server

• รักษา ความสมบูรณ์ของสัญญาณ ที่ความเร็วสูงขึ้น

• ปรับสเกลได้ถึง การส่งสัญญาณแบบ PAM4 ซึ่งจำเป็นสำหรับ 200G/400G/800G

• สอดคล้องกับข้อจำกัดเชิงกลและเชิงไฟฟ้าของขั้วต่อ QSFP

อุปกรณ์ออปติกแบบเสียบได้ทั้งหมดในยุคปัจจุบัน—SFP+/SFP28, QSFP+/คิวเอสดีพี28, คิวเอสดีพี56, คิวเอสดีพี-ดับเบิลดี—ใช้ อินเทอร์เฟซแรงดันต่ำที่กำหนดโดย MSA, รวมถึง XLPPI.

ความเกี่ยวข้องกับกรณีการใช้งานสำหรับลูกค้า LINK-PP

สำหรับลูกค้าที่เลือกโมดูลออปติกความเร็วสูงจาก ลิงก์-พีพี, การเข้าใจ XLPPI และ XLAUI ช่วยทำให้ชัดเจนยิ่งขึ้นว่า:

• ทำไม โมดูล QSFP+ และ QSFP28 จึงพึ่งพา XLPPI

• อินเทอร์เฟซไฟฟ้าส่งผลต่อ ความสามารถในการใช้งานร่วมกันของโมดูล

• โมดูลประเภทใดรองรับ อัตราความเร็วของเลนที่ 10G, 25G, 50G หรือ 100G

XLPPI เทียบกับ XLAUI — ตารางสรุป

หมวดหมู่	XLPPI	XLAUI
ข้อกำหนด	MSA	IEEE
รุ่นของอีเธอร์เน็ต	40G–800G	เฉพาะ 40G
ความเร็วของเลน	10G / 25G / 50G / 100G	10G
การมอดูเลต	NRZ & PAM4	NRZ
ตำแหน่งของอินเทอร์เฟซ	โฮสต์ ⇆ โมดูลแบบเสียบได้	MAC ⇆ PHY (ภายใน)
ใช้ใน	QSFP+, คิวเอสดีพี28, คิวเอสดีพี56, คิวเอสดีพี-ดับเบิลดี	ซิลิคอนภายใน
การปรับขนาดในอนาคต	สูง	ไม่มี

ความคิดสุดท้าย

XLPPI และ XLAUI ต่างก็เป็นองค์ประกอบสำคัญของสถาปัตยกรรมอีเธอร์เน็ตเชิงไฟฟ้า แต่ตอบสนองความต้องการที่แตกต่างกันโดยพื้นฐาน. XLPPI คืออินเทอร์เฟซที่อยู่เบื้องหลังทรานส์เซเวอร์ออปติก QSFP รุ่นใหม่ ซึ่งทำให้เกิดเครือข่ายที่สามารถปรับขนาดได้ ใช้พลังงานอย่างมีประสิทธิภาพ และมีความหนาแน่นสูง ตั้งแต่ 40G ถึง 800G. XLAUI, ในขณะเดียวกัน XLAUI ยังคงเป็นอินเทอร์เฟซของ IEEE ที่สำคัญภายในตรรกะภายในของอีเธอร์เน็ต 40G แต่ไม่ถูกใช้ที่ขั้วต่อของโมดูลแบบเสียบได้.

การเข้าใจความแตกต่างเหล่านี้ช่วยให้วิศวกรเครือข่ายเลือกฮาร์ดแวร์ที่เหมาะสม — และช่วยให้องค์กรรับประกันความเสถียรและความเข้ากันได้ในอนาคตทั่วทั้งโครงสร้างพื้นฐานเชิงแสงของตน.