«Сетка» стала «неабходнасцю» для большасці сучасных людзей.
Прычына, чаму такая зручная сеткавая эра можа наступіць, «валаконна-аптычная тэхналогія сувязі», можна сказаць, незаменная.
У 1966 г. брытанскае кітайскае сорга прапанавала канцэпцыю аптычнага валакна, што стала кульмінацыйным момантам развіцця валакно-аптычнай сувязі ва ўсім свеце. Першае пакаленне сістэм светлавых хваль, якія працуюць на 0,8 мкм, было афіцыйна ўведзена ў камерцыйнае выкарыстанне ў 1978 г., а другое пакаленне светлавых хваль сістэмы сувязі з выкарыстаннем шматмодавага валакна ў першыя дні былі хутка прадстаўлены ў пачатку 1980-х гадоў. Да 1990 года аптычная сістэма трэцяга пакалення, якая працуе на хуткасці 2,4 Гбіт/с і 1,55 мкм, змагла прадастаўляць паслугі камерцыйнай сувязі.
«Бацька валакна» сорга, які зрабіў прарыўны ўклад у «перадачу святла ў валакне для аптычнай сувязі», быў узнагароджаны Нобелеўскай прэміяй па фізіцы ў 2009 годзе.
Аптычна-валаконная сувязь цяпер стала адным з асноўных слупоў сучаснай сувязі, адыгрываючы ключавую ролю ў сучасных тэлекамунікацыйных сетках. Ён таксама разглядаецца як важны сімвал новай сусветнай тэхналагічнай рэвалюцыі і галоўны сродак перадачы інфармацыі ў будучым інфармацыйным грамадстве.
У апошнія гады рынак прыкладанняў вялікіх дадзеных, воблачных вылічэнняў, 5G, Інтэрнэту рэчаў і штучнага інтэлекту хутка развіваўся. Надыходзячы рынак беспілотных прыкладанняў прыносіць выбухны рост трафіку дадзеных. Узаемасувязь цэнтра апрацоўкі дадзеных паступова ператварылася ў даследаванні аптычнай сувязі. гарачая кропка.
Унутры вялікага цэнтра апрацоўкі дадзеных Google
Цяперашні цэнтр апрацоўкі дадзеных - гэта ўжо не адзін або некалькі камп'ютэрных пакояў, а набор кластараў цэнтраў апрацоўкі дадзеных. Для таго, каб забяспечыць нармальную працу розных Інтэрнэт-сэрвісаў і рынкаў прыкладанняў, цэнтры апрацоўкі дадзеных павінны працаваць разам. Рэальны час і масіўнае ўзаемадзеянне інфармацыі паміж цэнтрамі апрацоўкі дадзеных стварыла попыт на ўзаемасувязь сетак цэнтра апрацоўкі дадзеных, і аптычна-валаконная сувязь стала неабходным сродкам для дасягнення ўзаемасувязі.
У адрозненне ад традыцыйнага абсталявання перадачы сетак тэлекамунікацыйнага доступу, узаемасувязь цэнтра апрацоўкі дадзеных павінна забяспечваць больш інфармацыі і больш шчыльную перадачу, што патрабуе больш высокай хуткасці, меншага энергаспажывання і мініяцюрызацыі камутацыйнага абсталявання. Адзін з асноўных фактараў, які вызначае, ці могуць быць гэтыя магчымасці дасягнуты аптычны модуль прыёмаперадатчыка.
Некаторыя базавыя веды аб модулях аптычных прыёмаперадатчыкаў
Інфармацыйная сетка ў асноўным выкарыстоўвае аптычнае валакно ў якасці асяроддзя перадачы, але разлік і аналіз току таксама павінны грунтавацца на электрычных сігналах, а модуль аптычнага прыёмаперадатчыка з'яўляецца асноўнай прыладай для рэалізацыі фотаэлектрычнага пераўтварэння.
Асноўнымі кампанентамі аптычнага модуля з'яўляюцца перадатчык (субмодуль выпраменьвання святла)/прыёмнік (субмодуль прыёму святла) або прыёмаперадатчык (модуль аптычнага прыёмаперадатчыка), электрычны чып, а таксама пасіўныя кампаненты, такія як лінзы, раздзяляльнікі і сумятары. Склад перыферыйнай схемы.
На перадаючым канцы: электрычны сігнал пераўтворыцца ў аптычны сігнал перадатчыкам, а затым уводзіцца ў аптычнае валакно з дапамогай аптычнага адаптара; на прыёмным канцы: аптычны сігнал у аптычным валакне прымаецца прымачом праз аптычны адаптар. і пераўтвараецца ў электрычны сігнал і адпраўляецца ў вылічальны блок для апрацоўкі.
Схема модуля аптычнага прыёмаперадатчыка
З развіццём тэхналогіі оптаэлектроннай інтэграцыі форма ўпакоўкі модуля аптычнага прыёмаперадатчыка таксама зведала некаторыя змены. Перш чым была сфарміравана індустрыя аптычных модуляў, яна была распрацавана буйнымі вытворцамі тэлекамунікацыйнага абсталявання ў першыя дні. Інтэрфейсы былі разнастайнымі і не маглі выкарыстоўвацца паўсюдна. Гэта зрабіла модулі аптычных прыёмаперадатчыкаў не ўзаемазаменнымі. Для развіцця галіны з'явілася канчатковае «Пагадненне з некалькіх крыніц (MSA)». Са стандартам MSA пачалі з'яўляцца кампаніі, якія самастойна сканцэнтраваліся на распрацоўцы трансівераў, і галіна развівалася.
Модуль аптычнага прыёмаперадатчыка можна падзяліць на SFP, XFP, QSFP, CFP і г.д. у залежнасці ад формы ўпакоўкі:
· SFP (Small Form-factor Pluggable) - гэта кампактны стандартны модуль прыёмаперадатчыка для тэлекамунікацый і перадачы дадзеных, які падтрымлівае хуткасць перадачы да 10 Гбіт/с.
XFP (10 Gigabit Small Form Factor Pluggable) - гэта падключаны модуль прыёмаперадатчыка малога формаў-фактара з хуткасцю 10G, які падтрымлівае некалькі пратаколаў сувязі, такіх як 10G Ethernet, 10G Fibre Channel і SONETOC-192. Трансіверы XFP могуць выкарыстоўвацца ў перадачы дадзеных і на тэлекамунікацыйных рынках і прапануе лепшыя характарыстыкі спажывання энергіі, чым іншыя трансіверы 10 Гбіт/с.
QSFP (Quad Small Form-factor Pluggable) - гэта кампактны стандартны прыёмаперадатчык з магчымасцю падключэння для высакахуткасных праграм перадачы дадзеных. Па хуткасці QSFP можна падзяліць на аптычныя модулі 4×1G QSFP, 4×10GQSFP+, 4×25G QSFP28. У цяперашні час QSFP28 шырока выкарыстоўваецца ў глабальных цэнтрах апрацоўкі дадзеных.
· CFP (Centum gigabits Form Pluggable) заснаваны на стандартызаваным модулі сувязі з аптычным раздзяленнем шчыльных хваль са хуткасцю перадачы 100-400 Гбіт/с. Памер модуля CFP большы, чым у SFP/XFP/QSFP, і звычайна выкарыстоўваецца для перадачы на вялікія адлегласці, напрыклад, у сталічнай сетцы.
Модуль аптычнага прыёмаперадатчыка для сувязі цэнтра апрацоўкі дадзеных
Сувязь цэнтра апрацоўкі дадзеных можна падзяліць на тры катэгорыі ў залежнасці ад тыпу злучэння:
(1) Цэнтр апрацоўкі дадзеных для карыстальніка генеруецца паводзінамі канчатковага карыстальніка, напрыклад, праглядам вэб-старонкі, адпраўкай і атрыманнем электроннай пошты і відэапатокаў праз доступ да воблака;
(2) Узаемасувязь цэнтра апрацоўкі дадзеных, у асноўным выкарыстоўваецца для рэплікацыі даных, абнаўлення праграмнага забеспячэння і сістэмы;
(3) У цэнтры апрацоўкі дадзеных ён у асноўным выкарыстоўваецца для захоўвання, генерацыі і здабычы інфармацыі. Згодна з прагнозам Cisco, унутраная сувязь цэнтра апрацоўкі дадзеных складае больш за 70% камунікацыі цэнтра апрацоўкі дадзеных, а развіццё будаўніцтва цэнтра апрацоўкі дадзеных спарадзіла распрацоўку высакахуткасных аптычных модуляў.
Трафік даных працягвае расці, і тэндэнцыя буйнамаштабнага і згладжвання цэнтра апрацоўкі дадзеных стымулюе распрацоўку аптычных модуляў у двух аспектах:
· Павялічаныя патрабаванні да хуткасці перадачы
· Рост колькаснага попыту
У цяперашні час патрабаванні да аптычных модуляў глабальных цэнтраў апрацоўкі дадзеных змяніліся з аптычных модуляў 10/40G на аптычныя модулі 100G. Кітайская акцыя Alibaba Cloud Promotion стане першым годам шырокамаштабнага прымянення аптычных модуляў 100G у 2018 годзе. Чакаецца, што яна будзе абноўлена Аптычныя модулі 400G у 2019 годзе.
Шлях эвалюцыі воблачнага модуля Алі
Тэндэнцыя буйнамаштабных цэнтраў апрацоўкі дадзеных прывяла да павелічэння патрабаванняў да адлегласці перадачы. Далёкасць перадачы шматмодавых валокнаў абмежавана павелічэннем хуткасці сігналу і, як чакаецца, будзе паступова заменена на одномодовые валакна. Кошт валаконна-аптычнага злучэння складаецца з дзвюх частак: аптычнага модуля і аптычнага валакна. Існуюць розныя прыдатныя рашэнні для розных адлегласцей. Для ўзаемасувязі на сярэдняй і вялікай адлегласці, неабходнай для сувязі з цэнтрам апрацоўкі дадзеных, ёсць два рэвалюцыйныя рашэнні, створаныя MSA:
· PSM4（Паралельны аднарэжымны 4 паласы）
· CWDM4（мультыплексар з грубым дзяленнем даўжынь хваль, 4 паласы）
Сярод іх выкарыстанне валакна PSM4 у чатыры разы больш, чым CWDM4. Калі адлегласць сувязі вялікая, кошт рашэння CWDM4 адносна нізкі. У табліцы ніжэй мы бачым параўнанне рашэнняў аптычных модуляў цэнтра апрацоўкі дадзеных 100G:
Сёння тэхналогія ўкаранення аптычных модуляў 400G апынулася ў цэнтры ўвагі індустрыі. Асноўная функцыя аптычнага модуля 400G - палепшыць прапускную здольнасць даных і павялічыць прапускную здольнасць і шчыльнасць партоў цэнтра апрацоўкі дадзеных. Яго будучая тэндэнцыя - дасягнуць шырокага каэфіцыент узмацнення, нізкі ўзровень шуму, мініяцюрызацыя і інтэграцыя, каб задаволіць патрэбы бесправадных сетак наступнага пакалення і камунікацыйных прыкладанняў звышбуйнога цэнтра апрацоўкі дадзеных.
Ранні аптычны модуль 400G выкарыстоўваў 16-канальны метад мадуляцыі сігналу 25G NRZ (Non-Returnto Zero) у пакеце CFP8. Перавага заключаецца ў тым, што тэхналогію мадуляцыі сігналу 25G NRZ, выпрацаваную на аптычным модулі 100G, можна запазычыць, але недахопам з'яўляецца што 16 сігналаў неабходна перадаваць паралельна, а энергаспажыванне і аб'ём адносна вялікія, што не падыходзіць для прымянення ў цэнтры апрацоўкі дадзеных. У сучасным аптычным модулі 400G 8-канальны 53G NRZ або 4-канальны 106G PAM4 (4-імпульсны Amplitude Modulation) мадуляцыя сігналу ў асноўным выкарыстоўваецца для рэалізацыі перадачы сігналу 400G.
Што тычыцца ўпакоўкі модуляў, выкарыстоўваецца OSFP або QSFP-DD, і абодва пакеты могуць забяспечваць 8 інтэрфейсаў электрычных сігналаў. Для параўнання, пакет QSFP-DD меншы па памеры і больш падыходзіць для прымянення ў цэнтры апрацоўкі дадзеных; пакет OSFP крыху большы па памеры і спажывае больш энергіі, што робіць яго больш прыдатным для тэлекамунікацыйных прыкладанняў.
Прааналізуйце «асноўную» магутнасць аптычных модуляў 100G/400G
Мы коратка прадставілі ўкараненне аптычных модуляў 100G і 400G. На схематычных схемах рашэнняў 100G CWDM4, 400G CWDM8 і 400G CWDM4 можна ўбачыць наступнае:
Схема 100G CWDM4
Схема 400G CWDM8
Схема 400G CWDM4
У аптычным модулі ключом да рэалізацыі фотаэлектрычнага пераўтварэння сігналу з'яўляецца фотадэтэктар. Для таго, каб нарэшце ажыццявіць гэтыя планы, якія патрэбы трэба задаволіць з «ядра»?
Рашэнне 100G CWDM4 патрабуе ўкаранення 4λx25GbE, рашэнне 400G CWDM8 патрабуе ўкаранення 8λx50GbE, а рашэнне 400G CWDM4 патрабуе ўкаранення 4λx100GbE. У адпаведнасці з метадам мадуляцыі схемы 100G CWDM4 і 400G CWDM8 прымаюць мадуляцыю NRZ, якая адпаведна адпавядае хуткасці мадуляцыі Прылады 25Gbd і 53Gbd. Схема 400G CWDM4 выкарыстоўвае схему мадуляцыі PAM4, якая таксама патрабуе, каб прылада мела хуткасць мадуляцыі 53Gbd або больш.
Хуткасць мадуляцыі прылады адпавядае прапускной здольнасці прылады. Для аптычнага модуля 100G дыяпазону 1310 нм дастаткова прапускной здольнасці 25 ГГц InGaAs дэтэктара або дэтэктарнай масіва.