الاتصالات البصرية | يأخذك لاكتشاف السر وراء الوحدة البصرية

في صناعة الاتصالات البصرية، تعتبر الوحدات الضوئية هي الأكثر عرضة للخطر. لديهم أحجام مادية مختلفة، وعدد القنوات ومعدلات الإرسال تختلف بشكل كبير. كيف يتم إنتاج هذه الوحدات وما هي خصائصها وكل أسرارها موجودة في المعيار.

سيتم تجاهل معايير التغليف الأقدم مثل GBIC وXPAK وX2 وXenpak، وسيتم تركيز الطاقة الرئيسية على المعايير الأكثر قوة أو الأحدث، والتي سيتم تقييمها واحدًا تلو الآخر أدناه.

منظمة توحيد المعايير SFF: تم إنشاء منظمة توحيد المعايير SFF (حزمة صغيرة ذات عامل الشكل الصغير) في أغسطس 1990. وقد طورت في البداية محركات أقراص مقاس 2.5 بوصة وتوسعت لتشمل مجالات أخرى في نوفمبر 1992. وحتى الآن، أصبح SFF الأكثر شيوعًا ونجاحًا معيار الوحدة في مجال تعبئة الوحدات البصرية. تتضمن معايير الوحدة الضوئية التي صاغتها SFF بشكل أساسي SFP / QSFP / XFP.

معيار SFP

SFP (عامل الشكل الصغير القابل للتوصيل)، وهي عائلة من أجهزة الإرسال والاستقبال الصغيرة القابلة للتوصيل بعامل الشكل، تستخدم بشكل أساسي لشبكة Ethernet وقناة الألياف وWireless CPRI وSONET: تحدد حزمة SFP أحادية القناة من 1 جيجابت / ثانية إلى 28 جيجابت / ثانية والتي يجب أن تكون يتوافق مع المعيار، ويظهر هيكله في الشكل أدناه. أولاً كانت هناك وثيقة تعريفية، مثل SFF-8402 المقترح SFP28، SFF-8083 المقترح SFP10 (يمثل الرقم في النهاية مستوى معدل الإرسال، SFP10 غالبًا ما يتم كتابته كـ SFP + الآن)، ذكرت وثيقة الإعلان هذه المتطلبات الفنية التي يجب المذكورة تشكل هذه المتطلبات الفنية المذكورة مجتمعة المعيار الموضوعي لهذه الوحدة.

تتضمن المواصفات الفنية لسلسلة SFP بشكل أساسي ما يلي:

يحدد SFF-8432 حجم الوحدة (حجم التثبيت بشكل أساسي)، وقوة التوصيل، ومواصفات قفص الوحدة.

يحدد SFF-8071 موصل فتحة البطاقة على اللوحة الأم HOST وتسلسل الوصول بالإصبع الذهبي لوحدة اللوحة الأم.

يحدد SFF-8433 أقفاص الوحدات المتعددة جنبًا إلى جنب والمواصفات الفنية لشظايا EMI.

يحدد SFF-8472 ذاكرة الوحدة ومواصفات إدارة التشخيص.

يحدد SFF-8431 مصدر الطاقة، والإشارات الكهربائية منخفضة السرعة (خطوط الاتصال)، والإشارات عالية السرعة، والتوقيت، ومواصفات القراءة والكتابة للذاكرة.

نظرًا لأن معدل دعم SFP يتزايد أكثر فأكثر، فإن مواصفات الإشارة عالية السرعة في SFF8431 لا تنطبق على SFP16 / 28، لذلك تم تقسيم SFF-8431 لاحقًا إلى SFF-8418 وSFF-8419. يحدد SFF-8418 على وجه التحديد متطلبات واجهة الإشارة الكهربائية عالية السرعة بسرعة 10 جيجابت / ثانية. للتعرف على متطلبات الواجهة المادية التي تزيد عن 10 جيجابت / ثانية، راجع القناة الليفية. يحدد SFF-8419 على وجه التحديد محتوى آخر غير الإشارات عالية السرعة في SFF-8431، وهو مناسب لجميع وحدات سلسلة SFP.

لذلك، يجب أن يكون مهندسو تصميم هيكل وحدة SFP على دراية بـ SFP-8431. إذا كنت شخصًا يقوم بتصميم مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور أو كتابة البرامج أو إجراء الاختبارات، فيجب أن تكون SFF-8472 وSFF-8418 وSFF-8419 على دراية بها.

معيار QSFP

QSFP (رباعي الشكل صغير الحجم قابل للتوصيل)، جهاز إرسال واستقبال مصغر قابل للتوصيل بأربع قنوات، يستخدم بشكل رئيسي في Infiniband، Ethernet، القناة الليفية، OTN، عائلة بروتوكولات SONET: يقوم QSFP بترقية SFP أحادي القناة إلى أربع قنوات بحجم يبلغ فقط هو أكثر من الضعف. لنفس الحجميُحوّل، قدرة تحويل QSFP تبلغ 2.67 مرة قدرة SFP. تم تعريف بروتوكول QSFP في الأصل بواسطة INF-8438i، ثم تمت ترقيته إلى SFF-8436،

ثم تم تقسيم SFF-8436 إلى عدة أجزاء للتعريف والمرجع. البنية الآن مشابهة لـ SFP:

تشمل المواصفات الفنية لـ QSFP بشكل أساسي ما يلي:

يحدد SFF-8679 الإشارة عالية السرعة، والإشارة منخفضة السرعة، وإمدادات الطاقة، ومواصفات توقيت الوحدة، ويحدد الواجهة البصرية ومواصفات ألوان حلقة السحب.

SFF-8636، يحدد معلومات الذاكرة وعمليات قراءة وكتابة الذاكرة.

يحدد SFF-8661 حجم الوحدة وحجم الإصبع الذهبي ومواصفات قوة إدخال الوحدة وإزالتها.

يحدد SFF-8662 وSFF-8663 القفص والموصل (النوع A) لوحدة QSFP28.

يحدد SFF-8672 وSFF-8683 الأقفاص والموصلات (النوع B) لوحدة QSFP28.

يحدد SFF-8682 وSFF-8683 الأقفاص والموصلات الخاصة بوحدات QSFP14 والوحدات ذات المعدل الأدنى.

يمكن الاطلاع على معلومات تكميلية أخرى لـ QSFP في بروتوكول Infiniband. (حجم المواصفات المعمارية لـ InfiniBand TM)

معيار إكس إف بي

XFP (وحدة قابلة للتوصيل بعامل صغير الحجم بسرعة 10 جيجابت / ثانية، حيث يرمز X إلى 10 أرقام رومانية ويستخدم بشكل أساسي لعائلة بروتوكول SONET OC-192 و10 جيجابت إيثرنت وقناة الألياف): XFP عبارة عن وحدة نمطية قابلة للضبط بطول موجة، والتي تم تعريفه في الأصل بواسطة XFP MSA وتم تقديمه لاحقًا إلى منظمة SFF للنشر. يتضمن بروتوكول XFP SFF-8477 وINF-8077.

يحدد بروتوكول INF8077 الحجم والواجهة الكهربائية ومعلومات الذاكرة والتحكم في الاتصالات والتشخيصات الخاصة بوحدة XFP (يتضمن البروتوكول جميع جوانب الوحدة). تم تحسين SFF-8477 بشكل أساسي للتحكم في تعديل الطول الموجي.

معيار CXP

يتم تنظيم CXP (12x حزمة صغيرة قابلة للتوصيل ذات عامل الشكل، 12 قناة صغيرة قابلة للتوصيل، حيث C تعني 100G، وتستخدم بشكل أساسي لبروتوكول Infiniband، وقناة الألياف، وEthernet) بشكل أساسي من قبل مؤسسة Infiniband.

الملحق A6 120 جيجابت / ثانية 12x واجهة صغيرة قابلة للتوصيل (CXP) توفر مواصفات الكابلات والكابلات النشطة وأجهزة الإرسال والاستقبال جميع جوانب مواصفات CXP (يمكن تنزيلها مجانًا على www.infinibandta.org). بالإضافة إلى ذلك، تنظم منظمة SFF أقفاص الدرع وفتحات البطاقات لنقاط الخبرة ذات درجات السرعة المختلفة.

SFF-8617 قفص محمي صغير متعدد المسارات 12X/موصل 12 قناة CXP قفص ومواصفات فتحة لوحة الوحدة.

SFF-8642 EIA-965 Mini Multilane 10 Gb / s 12X قفص محمي / موصل (CXP10) 12x10 Gb / s مواصفات قفص وحدة CXP وفتحة لوحة الوحدة.

SFF-8647 Mini Multilane 14 Gb / s 12X قفص محمي / موصل (CXP14) 12x14 Gb / s مواصفات قفص وحدة CXP وفتحة لوحة الوحدة.

SFF-8648 Mini Multilane 28 Gb / s 12X قفص محمي / موصل (CXP28) 12x28 Gb / s مواصفات قفص وحدة CXP وفتحة لوحة الوحدة.

microQSFP (QSFP المصغر)، وهو بروتوكول متعدد الأبعاد تم إنشاؤه في عام 2015، هو 4 قنوات مثل QSFP، ولكن الحجم هو فقط حجم وحدة SFP، ويدعم معدلات القنوات 25 جيجا و50 جيجا (تعديل PAM4). من خلال تصميم زعانف تبديد الحرارة على غلاف الوحدة، فإنها تتمتع بأداء حراري أفضل. "جهاز الإرسال والاستقبال الصغير رباعي القنوات القابل للتوصيل بأربع قنوات، وموصل المضيف، وعامل نموذج تجميع القفص" تفاصيل مواصفات micro-QSFP.

حزمة CFP

باستثناء حزم SFP وQSFP، يجب أن يكون CFP هو الشكل الأكثر شيوعًا للتغليف في الوحدات الضوئية. يمثل C في CFP 100 في ساعة الأرقام الرومانية، لذا فإن CFP يستهدف بشكل أساسي التطبيقات بمعدل 100G (بما في ذلك 40G) وما فوق.

تتضمن عائلة CFP بشكل أساسي CFP / CFP2 / CFP4 / CFP8، والتي لا يزال CFP8 منها في مرحلة الاقتراح.

على عكس الأرقام الإضافية 10 و 28 خلف QSFP، والتي تمثل درجة السرعة، فإن الأرقام الموجودة خلف CFP تمثل جيلًا جديدًا، بحجم أكثر إحكاما (باستثناء CFP8) وكثافة أعلى.

عندما تم اقتراح حزمة CFP لأول مرة، كان من الصعب تقنيًا تحقيق معدل واحد يبلغ 25 جيجابت/ثانية، لذلك تم تعريف معدل الواجهة الكهربائية لكل CFP على أنه مستوى 10 جيجابت/ثانية، وتم تحقيق 40 جيجابت/ثانية من خلال 4x10 جيجابت/ثانية و10x10 جيجابت. / ق الواجهات الكهربائية. سرعة الوحدة 100G. حجم وحدة CFP كبير جدًا بحيث يمكنه وضع الكثير من الوظائف على اللوحة الأم في الوحدة لإكمال [ASIC (SerDes)]. عندما لا تتوافق سرعة كل مسار بصري مع سرعة الدائرة، يمكنك إكمال تحويل المعدل من خلال هذه الدوائر (Gear box) على سبيل المثال، يتم تحويل المنفذ البصري 4X25Gb/s إلى منفذ كهربائي 10x10Gb/s.

حجم CFP2 هو نصف حجم CFP فقط. يمكن أن تدعم الواجهة الكهربائية سرعة واحدة تبلغ 10 جيجابت / ثانية، أو سرعة واحدة تبلغ 25 جيجابت / ثانية أو حتى 50 جيجابت / ثانية. من خلال الواجهات الكهربائية 10x10G، 4x25G، 8x25G، و8x50G، يمكن تحقيق معدلات الوحدات 100G / 200G / 400G.

تم تقليل حجم CFP4 إلى نصف حجم CFP2. تدعم الواجهة الكهربائية 10 جيجابت / ثانية و25 جيجابت / ثانية، ويتم تحقيق سرعة الوحدة 40 جيجابت / 100 جيجا من خلال 4x10 جيجابت / ثانية و4x25 جيجابت / ثانية. وحدات CFP4 وQSFP متشابهة جدًا، وكلاهما رباعي الاتجاه، وكلاهما يدعم 40G و100G؛ الفرق هو أن وحدات CFP4 لها وظائف إدارية أكثر قوة وأحجام أكبر (وهذا عيب لاتصالات البيانات عالية الكثافة)، ويمكن أن تدعم وظائف أكبر. استهلاك الطاقة، لدرجات السرعة التي تزيد عن 25 جيجابت / ثانية وسيناريوهات النقل لمسافات طويلة (يتطلب التحكم في درجة الحرارة TEC، واستهلاك كبير للطاقة)، ​​يمكن أن تنعكس مزايا وحدات CFP4 في استهلاك الطاقة وتبديد الحرارة.

لذلك، فإن اتصالات البيانات قصيرة المسافة هي في الأساس عالم QSFP؛ بالنسبة لتطبيقات 100G-LR4 التي يبلغ طولها 10 كم، يتم تقسيم CFP4 وQSFP28 بالتساوي.

تظهر معايير عائلة CFP في الشكل التالي: يحتوي كل معيار على 3 ملفات، منها "مراجعة مواصفات الأجهزة CFPx MSA" وهو ملف برمجي، والذي يصف بإيجاز مفهوم الوحدة، وإدارة الوحدة، والواجهة الكهربائية، والحجم الميكانيكي، والواجهة البصرية، فتحات الغش والمواصفات الأخرى، تحدد الوثيقتان الأخريان الأبعاد الميكانيكية التفصيلية.

يحتوي CFP MSA أيضًا على اثنين من المواصفات الفنية العامة، حيث يحدد تخصيص PIN REV.25 تعريف دبوس الوحدة، وتحدد "مواصفات واجهة إدارة CFP MSA" التحكم في إدارة الوحدة وتسجيل المعلومات بالتفصيل.

تعتمد الواجهة الكهربائية عالية السرعة لوحدة CFP على التطبيق، وتشير إلى مواصفات الواجهة الكهربائية CAUI وXLAUI وCEI-28G / 56G في IEEE802.3.

CFP8 عبارة عن حزمة مقترحة خصيصًا لـ 400G، وحجمها يعادل CFP2. تدعم الواجهة الكهربائية سرعات قناة تبلغ 25 جيجابت / ثانية و50 جيجابت / ثانية، وتحقق سرعات وحدة 400 جيجا من خلال واجهات كهربائية 16x25G أو 8x50. CFP8 هو مجرد اقتراح، ولا يوجد معيار رسمي للتنزيل العام.

تم إنشاء CDFP MSA في عام 2013، وكان معيار التغليف CDFP الذي تم إصداره هو أول معيار لتغليف الوحدة الضوئية 400G. في ذلك الوقت، كان معيار الواجهة الكهربائية هو 25 جيجابت / ثانية فقط (OIF-CEI-28G-VSR)، لذلك قام CDFP ببساطة بإنشاء 16 قناة، وأكمل معدل الوحدة 400 جيجا خلال 16 × 25 جيجا، وكان مستهدفًا بشكل خاص على المدى القصير. نطاق التطبيقات أقل من 2 كم.

إذا تم ترتيب المنافذ الكهربائية ذات 16 اتجاهًا على التوالي، فسيكون الحجم ضخمًا للغاية، لذا فإن وحدة CDFP ببساطة تحتوي على لوحتي PCB معًا وتستخدم واجهة MPO16 على المنفذ البصري. الوحدة بأكملها تبدو سمينة بشكل خاص! وفقًا لترتيب المنافذ الضوئية والكهربائية، هناك ثلاثة أحجام للوحدات في المجمل.

أحدث معايير CDFP هو: "400 Gb/s (16 X 25 GB/s) PLUGGABLE TRANSCEIVER Rev 3.0" الذي يحدد الواجهة الكهربائية، وواجهة الإدارة، والواجهة البصرية، وحجم الوحدة / الفتحة / القفص لوحدة CDFP، EMI / ESD المحتوى ذو الصلة. اليوم، أصبح PAM4 ساخنًا جدًا، ومن المقدر أن يتم اختبار هذه الحزمة بشكل كبير.

يجب أن يكون QSFP-DD أحدث معايير التعبئة والتغليف التي تدعم 400G. تأسست هذه المنظمة في فبراير 2016 وأصدرت أحدث معيار "QSFP DOUBLE DENSITY 8X PLUGGABLE TRANSCEIVER Rev 1.0" في سبتمبر 2016. QSFP-DD هو تقريبًا نفس حجم QSFP (لمجرد وجود صف إضافي من الدوائر، قليلًا) أطول). التغيير الأساسي هو مضاعفة واجهة QSFP الكهربائية من أربعة إلى ثمانية ودعم معدل قناة 50 جيجابت / ثانية 8X50 هو 400 جيجا). الواجهة الكهربائية QSFP-DD متوافقة مع QSFP، ولكن ليس العكس.

المناقشات المذكورة أعلاه هي جميع الوحدات الضوئية 100G و400G. دعونا نلقي نظرة على CSFP ودود. على الرغم من أن أحدث معايير CSFP هي "مواصفات SFP المعسكرة" التي تم إصدارها في عام 2009، إلا أنها ليست قديمة على الإطلاق. يعني Campact أنه أكثر إحكاما من الوحدات الضوئية SFP، ويمكن أيضًا تكوين عدد القنوات بمرونة. يحدد CSFP 3 أنواع: 1CH Campact SFP، 2CH Campact SFP option1، و2CH Campact SFP option2.

تقنية التعبئة والتغليف باللون الأسود CFP2—ACO

أخيرًا، دعونا نلقي نظرة على تقنية اللون الأسود الأكثر تقدمًا في معايير تعبئة الوحدات الضوئية: CFP2-ACO. يتم تعريفه بشكل أساسي بواسطة OIF ويشير إلى الأبعاد الميكانيكية لـ CFP2. الجزء الخلفي ACO يعني الوحدة الضوئية التناظرية المتماسكة. ويتكون بشكل أساسي من ليزر ضيق قابل للضبط بعرض خط، ومُعدِّل، وجهاز استقبال متماسك. يتم وضع DSP (معالجة الإشارات الرقمية) خارج الوحدة. هذه الوحدة لا تصدق. مع تقنية التعديل DP-QPSK وDP-xQAM، يمكن أن يتجاوز معدل الطول الموجي الفردي بسهولة 100 جيجابايت/ثانية، ويمكن أن تتجاوز مسافة النقل 2000 كم.