Transceptores ópticos para redes de alta velocidad

¿Qué es un transceptor óptico?

Un transceptor óptico es un módulo autónomo que convierte señales eléctricas en luz y la luz de nuevo en señales eléctricas. Un extremo se enchufa en un switch, router, tarjeta de red de servidor o convertidor de medios; el otro termina en un conector de fibra óptica (normalmente LC dúplex para ópticas de un par y MPO para ópticas paralelas).

Dentro de la jaula parece poca cosa —una carcasa metálica con una placa de circuito—, pero contiene un transmisor (un láser o VCSEL con su driver), un receptor (fotodetector y amplificador), un circuito de recuperación de reloj y datos o DSP que limpia la señal y un pequeño controlador de gestión que informa de los diagnósticos por I²C. Como los módulos siguen normas MSA (acuerdos multifuente), como SFF-8431 (SFP+) y el MSA de QSFP-DD, los puertos de distintos fabricantes de switches aceptan módulos compatibles: la forma del conector y la interfaz eléctrica están normalizadas, no son propietarias.

Jaula del switchborde eléctrico (SFP/QSFP)PCB del transceptorLáser / VCSELFotodetectorDSP / CDRgestión: DDM (potencia Rx, temp., polarización)Conector de fibraLC dúplex / MPO

Dentro de un transceptor óptico enchufable: la jaula eléctrica a la izquierda, el conector de fibra a la derecha y, entre ambos, la óptica y el DSP. Los diagnósticos DDM permiten al switch leer la potencia óptica recibida de cada puerto en dBm.

Conectables en caliente por diseño. Los módulos se insertan en una jaula del panel de puertos y se sustituyen sin apagar el switch. Por eso un mismo modelo de switch puede servir enlaces de 1G, 10G, 25G y 100G: es la óptica, no el switch, la que fija el tipo de medio.

Formatos y velocidades

Formato = tamaño físico e interfaz eléctrica. A medida que aumentaban las velocidades, la industria mantuvo la misma pequeña familia de carcasas y añadió más carriles eléctricos en lugar de inventar conectores nuevos para cada velocidad:

Formato	Velocidad máx.	Carriles eléctricos	Modulación	Uso típico
SFP	1 GbE	1	NRZ	Campus, enlaces ascendentes WAN
SFP+	10 GbE	1	NRZ	ToR, almacenamiento, metro
SFP28	25 GbE	1	NRZ	Acceso de servidores a 25G
QSFP28	100 GbE	4	NRZ	Spine de centro de datos, núcleo de campus
QSFP56	200 GbE	4	PAM4	Migración a 100G por carril
QSFP-DD	400 / 800 GbE	8 / 16	PAM4	Hiperescala, clústeres de IA
OSFP	400 / 800 GbE	8	PAM4	800G optimizado para switches

Al planificar importan dos detalles: QSFP-DD es retrocompatible con los puertos QSFP28/QSFP56 (una jaula QSFP-DD puede alojar dos parejas 50G-PAM4 o un único módulo de 100G mediante adaptadores), y OSFP es físicamente más grande y tiene una envolvente térmica mayor, la contrapartida para módulos de muy alta potencia. Los módulos de 800G en QSFP-DD y OSFP ya se están enviando para fabrics de IA e hiperescala, y 1,6T en OSFP figura en las hojas de ruta de los fabricantes.

Cómo escala la velocidad: carriles y modulación

Todas las velocidades de los transceptores se construyen con la misma fórmula: velocidad total = carriles × velocidad por carril. Dos palancas elevan el total:

• Más carriles. Un QSFP28 de 100G transporta 4 carriles de 25G (4 pares de fibras, conector MPO). Un QSFP-DD de 400G transporta 8 carriles de 50G; 800G usa 8 carriles de 100G.
• Modulación más rápida por carril. NRZ (PAM2) envía un bit por símbolo y llega como máximo a 25–28G por carril. PAM4 envía dos bits por símbolo a la misma velocidad de símbolos, y así es como la industria saltó de 25G a 50G y 100G por carril sin duplicar el espectro.

PAM4 tiene un precio: dos bits por símbolo reducen a la mitad el margen de ruido, por lo que los enlaces PAM4 dependen de la corrección de errores hacia delante (FEC) en el silicio del switch. Al comparar módulos de 100G (NRZ) y 200G (PAM4), el presupuesto de FEC forma parte del diseño del sistema: compruebe que ambos extremos admiten el mismo modo FEC.

Por eso el mismo formato puede transportar velocidades distintas. QSFP28 se definió para 4 × 25G (100G); QSFP56 reutilizó la misma carcasa para 4 × 50G PAM4 (200G). Haga coincidir siempre la velocidad del módulo con la del puerto del switch: un módulo de 200G no bajará a 100G en un puerto de 100G.

Clases de alcance: SR, LR, ER, ZR

La clase de alcance es la parte del número de pieza que indica hasta dónde está homologado el módulo. La escala está normalizada por las PHY de IEEE 802.3 y el acuerdo 400ZR del OIF, así que las letras significan lo mismo en todos los fabricantes:

• SR (short reach, corto alcance) — ópticas de 850 nm sobre fibra multimodo, de decenas a unos cientos de metros (p. ej., 100 m para 100GBASE-SR4 sobre OM4).
• LR (long reach, largo alcance) — ópticas de una sola longitud de onda de 1,3 μm sobre fibra monomodo, 10 km (p. ej., 10GBASE-LR, 100GBASE-LR4).
• ER (extended reach, alcance extendido) — 40 km sobre fibra monomodo (100GBASE-ER4), normalmente con mayor potencia de transmisión y un receptor más sensible.
• ZR (coherente) — la norma 400G ZR del OIF: un módulo QSFP-DD coherente que alcanza 80 km sin amplificación, y variantes ZR+ que llegan a 120 km y más con amplificadores DWDM.

Hasta dónde llega un enlace con transceptores (escala logarítmica). SR sobre multimodo: 100 m (100GBASE-SR4). LR: 10 km (100GBASE-LR4). ER: 40 km. 400G ZR coherente: 80 km; ZR+: 120 km. Fuentes: documentos PHY de IEEE 802.3, OIF 400ZR, fichas técnicas de fabricantes.

Para distancias de más de unos pocos kilómetros, la fibra debe ser monomodo y las ópticas deben estar homologadas para el alcance: un módulo LR de 10 km no iluminará un tramo de 40 km, y un módulo ZR de 80 km es innecesario (y consume mucho) en un tendido de 500 m dentro de un edificio. Los módulos coherentes ZR/ZR+ añaden un láser sintonizable y un DSP y son la herramienta estándar para la interconexión de centros de datos (DCI) sobre fibra DWDM existente.

Consumo y calor: la limitación oculta

A 100G y más, el consumo suele ser el límite real, no la óptica. Un switch de 800G completamente cargado con 32 módulos puede consumir cientos de vatios solo en ópticas, lo que condiciona el diseño del flujo de aire, la densidad de puertos e incluso el formato que se puede elegir.

Consumo típico por módulo según la clase de velocidad (la barra muestra el punto medio de los rangos habituales de los fabricantes; las etiquetas muestran el rango). Los módulos coherentes 400G ZR están en lo más alto por el DSP. Fuentes: ficha técnica de SFP+ de Cisco, documentación de transceptores de NVIDIA, IPTP Networks, LINK-PP, fichas técnicas de módulos coherentes de FS.

Las clases de potencia se negocian, no se suponen. Los módulos SFP/SFP+ declaran una clase de potencia (de 1,0 W a 5,0 W según el MSA de SFP) para que el equipo sepa si el puerto puede soportarlos. Antes de comprar módulos QSFP-DD u OSFP de alta potencia, compruebe el presupuesto de potencia por puerto del switch y el sentido del flujo de aire: un módulo de 800G en un puerto homologado para 12 W no funcionará.

El diseño térmico es la razón por la que en 800G dominan OSFP y QSFP-DD en lugar de carcasas más antiguas: OSFP tiene un cuerpo mayor y una superficie dedicada para disipador, y QSFP-DD reparte los mismos 800G en 16 carriles eléctricos para mantener manejable la integridad de la señal. En los racks densos de IA, la refrigeración de las ópticas es ya una limitación de diseño de primer orden junto con las GPU.

¿Cobre, DAC, AOC u ópticas?

Los transceptores ópticos no siempre son la respuesta correcta. Dentro de un rack, el cobre gana a la óptica en coste y consumo:

Medio	Alcance típico	Consumo por extremo	Cuándo usarlo
DAC pasivo (twinax de cobre)	≤7 m (100G), ≤3 m (400G)	~0.1 W	Top-of-rack, enlaces dentro del mismo rack; menor coste y latencia
Cobre activo / AEC	~10 m	1–3 W	Cobre entre racks donde el DAC pasivo se queda corto
AOC (cable óptico activo)	30–100 m	~2 W o más por extremo	Entre racks sin paneles de parcheo; longitud fija, sin ópticas sustituibles en campo
Ópticas enchufables (SR/LR/ER/ZR)	De 100 m a más de 120 km	1–22.5 W	Cableado estructurado, campus, metro, DCI; intercambiables y reconfigurables a otra velocidad

La regla de decisión: mismo rack → DAC; racks contiguos → AOC u ópticas SR4; más de 100 m → ópticas enchufables sobre fibra estructurada. Las ópticas enchufables amortizan su coste cuando la planta de fibra es permanente: más adelante puede pasar un puerto de 100G a 400G cambiando el módulo, no el cable.

Qué comprobar antes de comprar

1. Haga coincidir el formato con el puerto. Un puerto QSFP28 admite módulos QSFP; un puerto SFP+ admite módulos SFP/SFP+. Los puertos QSFP-DD aceptan QSFP-DD y (con adaptador) QSFP28/QSFP56, pero un puerto OSFP solo admite OSFP.
2. Haga coincidir la velocidad en ambos extremos. La velocidad del módulo, la del puerto del switch y la del módulo remoto deben coincidir: 25G, 100G, 200G, 400G. Los módulos PAM4 no interoperan con módulos NRZ a la misma velocidad nominal.
3. Elija la clase de alcance según la fibra, no según sus deseos. MMF (OM3/OM4, 850 nm) → SR. SMF de más de 300 m → LR (10 km), ER (40 km) o ZR (80 km o más). Nunca ponga un módulo SR en un tendido monomodo de 2 km.
4. Compruebe el conector. LC dúplex para ópticas de un par de 1–10 km; MPO-12 (MTP) para ópticas paralelas SR4/SR8. Un módulo y un cable con conectores distintos no encajarán sin un breakout.
5. Verifique la clase de potencia y el flujo de aire. Compare el consumo máximo del módulo (desde 1 W en SFP+ hasta 22,5 W en coherentes) con el presupuesto por puerto del switch y haga coincidir el sentido del flujo de aire (frontal a trasero o trasero a frontal).
6. Confirme DDM y la gestión. Los diagnósticos digitales (SFF-8472 en SFP+, DDM en QSFP) permiten leer la potencia Rx, la temperatura y la polarización; vale la pena tenerlos para la monitorización y la localización de averías.
7. Compruebe las listas de compatibilidad del fabricante. Las normas MSA hacen que la mayoría de los módulos sean interoperables, pero algunos switches imponen códigos de fabricante. Pida la lista de compatibilidad del fabricante del switch o un módulo de terceros probado.
8. Planifique la vía de actualización. Si los 100G van a pasar a 400G en los mismos racks, elija ahora switches QSFP-DD u OSFP y mantenga la planta de fibra en OM4/SMF: las ópticas cambian, la fibra es más difícil de cambiar.

Errores habituales que debe evitar

• Comprar un módulo SR para un tendido monomodo largo — el fallo óptico más habitual, y nunca se anuncia hasta que el enlace cae.
• Mezclar NRZ y PAM4 a la misma velocidad de puerto y preguntarse después por qué el enlace no se levanta.
• Ignorar el presupuesto de potencia e instalar módulos de 400G/800G de alta potencia en puertos homologados para menos.
• Usar módulos MPO con cables LC (o al revés) sin un breakout: los conectores no son adaptadores.
• Comprar módulos falsificados o no certificados que ahorran un 30 % y fallan en campo; compruebe la lista de compatibilidad del fabricante antes de comprar.
• Olvidar que los conectores ópticos necesitan limpieza — el polvo en la férula es la causa n.º 1 de enlaces intermitentes con muchos errores.

Preguntas frecuentes

¿Cuál es la diferencia entre SFP, SFP+ y QSFP?

SFP, SFP+ y SFP28 son módulos de un carril para 1G, 10G y 25G. QSFP es la familia de cuatro carriles: QSFP28 (100G, 4 × 25G NRZ), QSFP56 (200G, 4 × 50G PAM4) y QSFP-DD (400G/800G, 8 carriles o más). Los conectores físicos son distintos: un módulo SFP nunca cabe en un puerto QSFP.

¿Hasta qué distancia puede transmitir un transceptor óptico?

Depende de la clase de alcance y de la fibra. SR sobre fibra multimodo alcanza 100–300 m; LR sobre monomodo, 10 km; ER, 40 km; 400G ZR coherente, 80 km sin amplificación, y ZR+ hasta 120 km (y más con amplificación DWDM).

¿Qué significa PAM4 y por qué importa?

PAM4 es un formato de modulación que envía dos bits por símbolo en lugar de uno (NRZ), duplicando la velocidad de datos por carril. Es la forma de conseguir velocidades de 50G y 100G por carril, y requiere corrección de errores hacia delante (FEC) en el silicio del equipo porque los márgenes de la señal son más estrechos.

¿Qué es DDM en un transceptor óptico?

DDM (Digital Diagnostics Monitoring, monitorización de diagnóstico digital) es una interfaz de gestión que informa de la potencia óptica recibida (dBm), la temperatura del módulo, la tensión de alimentación y la corriente de polarización del láser. Permite que el switch o el sistema de gestión de red le avisen antes de que un enlace se degrade; la mayoría de los módulos SFP+/SFP28/QSFP la incluyen (SFF-8472 en SFP+).

400G ZR frente a ZR+: ¿cuál es la diferencia?

400G ZR es el módulo coherente normalizado por el OIF para enlaces de 80 km, interoperable entre fabricantes. ZR+ (y OpenZR+) añade modos DWDM sintonizables y mayor potencia de transmisión para 120 km y enlaces amplificados de varios tramos, a costa de más consumo y, normalmente, de 1–2 dB menos de margen de interoperabilidad.

¿Puedo usar un módulo óptico de terceros en un switch Cisco o Arista?

Normalmente sí: los formatos MSA están normalizados, por lo que un módulo compatible encajará mecánica y eléctricamente. Algunos fabricantes aplican una comprobación de compatibilidad sobre la EEPROM de gestión del módulo. La vía segura es comprar módulos que figuren en la matriz de compatibilidad del fabricante del switch.

SR o LR: ¿cuál debo elegir?

Elija SR cuando ambos extremos estén a unos 100–300 m sobre fibra multimodo (mismo edificio, misma planta). Elija LR (10 km) cuando el enlace salga del edificio por fibra monomodo. Los módulos LR suelen ser algo más caros, pero funcionan en cualquier tendido SMF de hasta 10 km.