La "xarxa" s'ha convertit en una "necessitat" per a la majoria de la gent contemporània.
La raó per la qual pot arribar una era de xarxa tan convenient, es pot dir que la "tecnologia de comunicació de fibra òptica" és indispensable.
El 1966, el sorgo xinès britànic va proposar el concepte de fibra òptica, que va encendre el clímax del desenvolupament de la comunicació de fibra òptica a tot el món. La primera generació de sistemes d'ones de llum que funcionaven a 0,8 μm el 1978 es va posar oficialment en ús comercial, i la segona generació d'ones de llum. Els sistemes de comunicació que utilitzaven fibra multimode en els primers dies es van introduir ràpidament a principis dels anys 80. El 1990, el sistema d'ones òptiques de tercera generació que funcionava a 2,4 Gb/s i 1,55 μm era capaç de proporcionar serveis de comunicació comercial.
El sorgo "pare de la fibra", que va fer una contribució innovadora a "la transmissió de la llum en fibra per a la comunicació òptica", va rebre el Premi Nobel de Física 2009.
La comunicació de fibra òptica s'ha convertit en un dels principals pilars de la comunicació moderna, jugant un paper fonamental en les xarxes de telecomunicacions modernes. També es considera un símbol important de la nova revolució tecnològica mundial i el principal mitjà de transmissió de la informació en la futura societat de la informació.
En els darrers anys, el mercat d'aplicacions de big data, cloud computing, 5G, Internet de les coses i intel·ligència artificial s'ha desenvolupat ràpidament. El mercat d'aplicacions no tripulades que s'acosta està provocant un creixement explosiu del trànsit de dades. La interconnexió del centre de dades s'ha convertit gradualment en la investigació de la comunicació òptica. punt calent.
Dins del gran centre de dades de Google
El centre de dades actual ja no és només una sala d'informàtica o unes quantes, sinó un conjunt de clústers de centres de dades. Per tal d'aconseguir el treball normal de diversos serveis d'Internet i mercats d'aplicacions, els centres de dades han de treballar junts. El temps real i la interacció massiva d'informació entre centres de dades ha creat la demanda de xarxes d'interconnexió de centres de dades, i la comunicació de fibra òptica s'ha convertit en un mitjà necessari per aconseguir la interconnexió.
A diferència dels equips tradicionals de transmissió de xarxes d'accés de telecomunicacions, la interconnexió del centre de dades ha d'aconseguir més informació i una transmissió més densa, la qual cosa requereix que els equips de commutació tinguin una velocitat més alta, un consum d'energia més baix i més miniaturització. Un dels factors bàsics que determinen si aquestes capacitats poden ser aconseguit és el mòdul transceptor òptic.
Alguns coneixements bàsics sobre mòduls transceptors òptics
La xarxa d'informació utilitza principalment fibra òptica com a mitjà de transmissió, però el càlcul i l'anàlisi actuals també s'han de basar en senyals elèctrics, i el mòdul transceptor òptic és el dispositiu bàsic per realitzar la conversió fotoelèctrica.
Els components bàsics del mòdul òptic són el transmissor (submòdul emissor de llum)/receptor (submòdul receptor de llum) o el transceptor (mòdul transceptor òptic), xip elèctric i també inclou components passius com ara lents, divisors i combinadors. Composició del circuit perifèric.
A l'extrem de transmissió: el senyal elèctric es converteix en un senyal òptic pel transmissor i, a continuació, l'introdueix a la fibra òptica per l'adaptador òptic; a l'extrem receptor: el receptor rep el senyal òptic de la fibra òptica a través de l'adaptador òptic. i convertit en un senyal elèctric i enviat a la unitat informàtica per al seu processament.
Esquema del mòdul transceptor òptic
Amb el desenvolupament de la tecnologia d'integració optoelectrònica, la forma d'embalatge del mòdul transceptor òptic també ha sofert alguns canvis. Abans que es formés la indústria dels mòduls òptics, va ser desenvolupada pels principals fabricants d'equips de telecomunicacions en els primers dies. Les interfícies eren variades i no es podien utilitzar universalment. Això va fer que els mòduls transceptors òptics no fossin intercanviables. Per al desenvolupament de la indústria, es va crear l'"acord de fonts múltiples (MSA)" final. Amb l'estàndard MSA, van començar a sorgir empreses que es van centrar de manera independent a desenvolupar Transceiver i la indústria va augmentar.
El mòdul transceptor òptic es pot dividir en SFP, XFP, QSFP, CFP, etc. segons la forma del paquet:
· SFP (Small Form-Factor Pluggable) és un mòdul transceptor compacte i connectable estàndard per a aplicacions de telecomunicacions i comunicacions de dades que admet velocitats de transferència de fins a 10 Gbps.
El XFP (10 Gigabit Small Form Factor Pluggable) és un mòdul transceptor connectable amb factor de forma petit de 10G que admet múltiples protocols de comunicació com Ethernet 10G, canal de fibra 10G i SONETOC-192. Els transceptors XFP es poden utilitzar en les comunicacions de dades i mercats de telecomunicacions i ofereixen millors característiques de consum d'energia que altres transceptors de 10 Gbps.
QSFP (Quad Small Form-factor Pluggable) és un estàndard de transceptor compacte i connectable per a aplicacions de comunicació de dades d'alta velocitat. Segons la velocitat, el QSFP es pot dividir en mòduls òptics 4×1G QSFP, 4×10GQSFP+, 4×25G QSFP28. Actualment, QSFP28 s'ha utilitzat àmpliament als centres de dades globals.
· CFP (Centum gigabits Form Pluggable) es basa en un mòdul de comunicació estandarditzat de divisió òptica d'ona densa amb una velocitat de transmissió de 100-400 Gbps. La mida del mòdul CFP és més gran que la del SFP/XFP/QSFP i s'utilitza generalment per a la transmissió de llarga distància, com ara una xarxa d'àrea metropolitana.
Mòdul transceptor òptic per a la comunicació del centre de dades
La comunicació del centre de dades es pot dividir en tres categories segons el tipus de connexió:
(1) El centre de dades per a l'usuari es genera pel comportament de l'usuari final, com ara navegar per la pàgina web, enviar i rebre correus electrònics i fluxos de vídeo accedint al núvol;
(2) Interconnexió del centre de dades, que s'utilitza principalment per a la replicació de dades, el programari i les actualitzacions del sistema;
(3) Dins del centre de dades, s'utilitza principalment per a l'emmagatzematge, generació i mineria d'informació. Segons la previsió de Cisco, la comunicació interna del centre de dades representa més del 70% de la comunicació del centre de dades, i el desenvolupament de la construcció del centre de dades ha generat el desenvolupament de mòduls òptics d'alta velocitat.
El trànsit de dades continua creixent i la tendència a gran escala i aplanament del centre de dades està impulsant el desenvolupament de mòduls òptics en dos aspectes:
· Augment dels requisits de velocitat de transmissió
· Augment de la demanda quantitativa
Actualment, els requisits dels mòduls òptics del centre de dades global han canviat de mòduls òptics 10/40G a mòduls òptics 100G. La promoció del núvol Alibaba de la Xina es convertirà en el primer any d'aplicació a gran escala de mòduls òptics 100G el 2018. S'espera que s'actualitzi Mòduls òptics 400G el 2019.
Camí d'evolució del mòdul Ali núvol
La tendència dels centres de dades a gran escala ha provocat un augment dels requisits de distància de transmissió. La distància de transmissió de les fibres multimode està limitada per l'augment de la velocitat del senyal i s'espera que sigui gradualment substituïda per fibres monomode. El cost de l'enllaç de fibra es compon de dues parts: el mòdul òptic i la fibra òptica. Per a diferents distàncies, hi ha diferents solucions aplicables. Per a la interconnexió de mitjana i llarga distància necessària per a la comunicació del centre de dades, hi ha dues solucions revolucionàries que neixen de MSA:
· PSM4（Mode únic paral·lel de 4 carrils）
· CWDM4 (Multiplexor de divisió de longitud d'ona gruixuda 4 carrils)
Entre ells, l'ús de fibra PSM4 és quatre vegades superior al de CWDM4. Quan la distància de l'enllaç és llarga, el cost de la solució CWDM4 és relativament baix. A la taula següent, podem veure una comparació de les solucions del mòdul òptic 100G del centre de dades:
Avui en dia, la tecnologia d'implementació dels mòduls òptics 400G s'ha convertit en el focus de la indústria. La funció principal del mòdul òptic 400G és millorar el rendiment de dades i maximitzar l'ample de banda i la densitat de ports del centre de dades. La seva tendència futura és aconseguir un ampli rendiment. guany, baix soroll, miniaturització i integració, per satisfer les necessitats de les xarxes sense fils de nova generació i les aplicacions de comunicacions de centres de dades a gran escala.
El primer mòdul òptic 400G utilitzava un mètode de modulació de senyal 25G NRZ (No-Returnto Zero) de 16 canals en un paquet CFP8. L'avantatge és que la tecnologia de modulació del senyal 25G NRZ madurada al mòdul òptic 100G es pot agafar en préstec, però el desavantatge és que s'han de transmetre 16 senyals en paral·lel, i el consum d'energia i el volum són relativament grans, cosa que no és adequat per a aplicacions de centre de dades. En el mòdul òptic actual de 400G, 53G NRZ de 8 canals o 106G PAM4 de 4 canals (4 polsos). Modulació d'amplitud) La modulació del senyal s'utilitza principalment per realitzar la transmissió del senyal de 400G.
Pel que fa a l'embalatge de mòduls, s'utilitza OSFP o QSFP-DD, i ambdós paquets poden proporcionar 8 interfícies de senyal elèctric. En comparació, el paquet QSFP-DD és de mida més petita i més adequat per a aplicacions de centre de dades; el paquet OSFP és una mica més gran i consumeix més energia, el que el fa més adequat per a aplicacions de telecomunicacions.
Analitzeu la potència "bàsica" dels mòduls òptics 100G/400G
Hem presentat breument la implementació de mòduls òptics 100G i 400G. El següent es pot veure als diagrames esquemàtics de la solució 100G CWDM4, la solució 400G CWDM8 i la solució 400G CWDM4:
Esquema 100G CWDM4
Esquema de 400G CWDM8
Esquema de 400G CWDM4
En el mòdul òptic, la clau per realitzar la conversió del senyal fotoelèctric és el fotodetector. Per poder satisfer finalment aquests plans, quin tipus de necessitats heu de satisfer des del "nucli"?
La solució CWDM4 de 100G requereix una implementació de 4λx25GbE, la solució CWDM8 de 400G requereix una implementació de 8λx50GbE i la solució CWDM4 de 400G requereix una implementació de 4λx100GbE. Corresponent al mètode de modulació, el 100G CWDM8 adopta l'esquema de modulació CWDM4 i CWNR 40G, que correspon a la taxa de modulació CWDM4 i 480G respectiva. Dispositius de 25 Gbd i 53 Gbd. L'esquema CWDM4 400G adopta l'esquema de modulació PAM4, que també requereix que el dispositiu tingui una taxa de modulació de 53 Gbd o més.
La taxa de modulació del dispositiu correspon a l'amplada de banda del dispositiu. Per a un mòdul òptic 100G de banda de 1310 nm, n'hi ha prou amb un detector o una matriu de detectors InGaAs d'ample de banda de 25 GHz.