„Síť“ se stala „nezbytností“ většiny současných lidí.
Důvodem, proč může nastat tak pohodlná síťová éra, je „komunikační technologie z optických vláken“ považována za nepostradatelnou.
V roce 1966 navrhl britský čínský čirok koncept optického vlákna, což zažehlo vyvrcholení rozvoje komunikace optických vláken po celém světě. První generace světelných systémů pracujících na 0,8 μm byla oficiálně uvedena do komerčního využití v roce 1978 a druhá generace světelných vln komunikační systémy využívající multimódové vlákno v počátcích byly rychle představeny na počátku 80. let 20. století. V roce 1990 byl systém optických vln třetí generace s rychlostí 2,4 Gb/sa 1,55 μm schopen poskytovat komerční komunikační služby.
„Otec vláken“ čirok, který převratně přispěl k „přenosu světla ve vláknu pro optickou komunikaci“, získal v roce 2009 Nobelovu cenu za fyziku.
Komunikace pomocí optických vláken se nyní stala jedním z hlavních pilířů moderní komunikace a hraje klíčovou roli v moderních telekomunikačních sítích. Je také považován za důležitý symbol nové světové technologické revoluce a hlavní prostředek přenosu informací v budoucí informační společnosti.
V posledních letech se rychle rozvíjí aplikační trh velkých dat, cloud computingu, 5G, internetu věcí a umělé inteligence. Trh bezobslužných aplikací, který přichází, přináší explozivní růst datového provozu. Propojení datových center se postupně rozvinulo ve výzkum optické komunikace. horké místo.
Uvnitř velkého datového centra Google
Současné datové centrum již není jen jedna nebo několik počítačových místností, ale soubor clusterů datových center. Aby bylo možné dosáhnout normálního fungování různých internetových služeb a trhů aplikací, datová centra musí spolupracovat. V reálném čase a masivní interakce informací mezi datovými centry vytvořila poptávku po sítích propojení datových center a komunikace pomocí optických vláken se stala nezbytným prostředkem k dosažení vzájemného propojení.
Na rozdíl od tradičních přenosových zařízení pro přístupovou telekomunikační síť potřebuje propojení datových center dosáhnout více informací a hustší přenos, což vyžaduje vyšší rychlost, nižší spotřebu energie a větší miniaturizaci přepínacího zařízení. dosaženo je optický transceiverový modul.
Některé základní znalosti o modulech optických transceiverů
Informační síť využívá jako přenosové médium především optické vlákno, ale výpočet a analýza proudu musí být také založeny na elektrických signálech a modul optického transceiveru je základním zařízením pro realizaci fotoelektrické konverze.
Základními součástmi optického modulu jsou Transimitter (Submodul pro vyzařování světla)/Přijímač (Submodul pro příjem světla) nebo Transceiver (Modul optického vysílače a přijímače), elektrický čip a zahrnují také pasivní součásti, jako jsou čočky, rozbočovače a slučovače. Složení obvodů.
Na vysílacím konci: elektrický signál je konvertován na optický signál pomocí Transimitteru a poté přiveden do optického vlákna pomocí optického adaptéru;Na přijímacím konci: optický signál v optickém vláknu je přijímán přijímačem přes optický adaptér a převedeny na elektrický signál a odeslány do výpočetní jednotky ke zpracování.
Schéma modulu optického transceiveru
S rozvojem technologie optoelektronické integrace doznala určitých změn i forma balení modulu optického transceiveru. Než se zformoval průmysl optických modulů, byl vyvinut hlavními výrobci telekomunikačních zařízení v prvních dnech. Rozhraní byla různá a nebylo možné je používat univerzálně. Díky tomu nebyly moduly optického transceiveru zaměnitelné. Pro rozvoj tohoto odvětví vznikla konečná „Multi Source Agreement (MSA)“. Se standardem MSA začaly vznikat společnosti, které se nezávisle zaměřovaly na vývoj transceiveru, a průmysl se zvedl.
Modul optického transceiveru lze rozdělit na SFP, XFP, QSFP, CFP atd. podle formy balení:
· SFP (Small Form-factor Pluggable) je kompaktní, zásuvný modul transceiveru standard pro telekomunikační a datové aplikace, který podporuje přenosové rychlosti až 10 Gb/s.
XFP (10 Gigabit Small Form Factor Pluggable) je zásuvný modul transceiveru s rychlostí 10G, který podporuje více komunikačních protokolů, jako je 10G Ethernet, 10G Fibre Channel a SONETOC-192. XFP transceivery lze použít v datové komunikaci a telekomunikační trhy a nabízejí lepší charakteristiky spotřeby energie než jiné 10Gbps transceivery.
QSFP (Quad Small Form-factor Pluggable) je kompaktní, zásuvný standard transceiveru pro vysokorychlostní datové komunikační aplikace. Podle rychlosti lze QSFP rozdělit na optické moduly 4×1G QSFP, 4×10GQSFP+, 4×25G QSFP28. V současné době je QSFP28 široce používán v globálních datových centrech.
· CFP (Centum gigabits Form Pluggable) je založen na standardizovaném komunikačním modulu pro optické dělení s hustou vlnou s přenosovou rychlostí 100-400 Gbps. Velikost modulu CFP je větší než velikost modulu SFP/XFP/QSFP a obecně se používá pro přenos na dlouhé vzdálenosti, jako je metropolitní síť.
Modul optického transceiveru pro komunikaci datového centra
Komunikaci datového centra lze rozdělit do tří kategorií podle typu připojení:
(1) Datové centrum pro uživatele je generováno chováním koncového uživatele, jako je procházení webové stránky, odesílání a přijímání e-mailů a video streamů prostřednictvím přístupu ke cloudu;
(2) propojení datových center, používané především pro replikaci dat, aktualizaci softwaru a systému;
(3) Uvnitř datového centra se používá hlavně pro ukládání, generování a těžbu informací. Podle prognózy společnosti Cisco tvoří interní komunikace datových center více než 70 % komunikace datových center a rozvoj výstavby datových center dal vzniknout vývoji vysokorychlostních optických modulů.
Datový provoz nadále roste a trend ve velkém měřítku a zplošťování datového centra řídí vývoj optických modulů ve dvou aspektech:
· Zvýšené požadavky na přenosovou rychlost
· Zvýšení poptávky po množství
V současné době se požadavky na optické moduly globálních datových center změnily z optických modulů 10/40G na optické moduly 100G. Čínská Alibaba Cloud Promotion se v roce 2018 stane prvním rokem rozsáhlé aplikace optických modulů 100G. Očekává se, že dojde k upgradu 400G optické moduly v roce 2019.
Cesta vývoje cloudového modulu Ali
Trend velkých datových center vedl ke zvýšení požadavků na přenosovou vzdálenost. Přenosová vzdálenost vícevidových vláken je omezena nárůstem přenosové rychlosti a očekává se, že bude postupně nahrazena jednovidovými vlákny. Cena optického spoje se skládá ze dvou částí: optického modulu a optického vlákna. Pro různé vzdálenosti existují různá použitelná řešení. Pro propojení na střední až dlouhé vzdálenosti potřebné pro komunikaci datových center existují dvě revoluční řešení zrozená od MSA:
· PSM4（paralelní jeden režim 4 pruhy）
· CWDM4 (multiplexer s hrubým dělením vlnové délky 4 pruhy)
Mezi nimi je využití vlákna PSM4 čtyřikrát větší než CWDM4. Když je vzdálenost spojení dlouhá, náklady na řešení CWDM4 jsou relativně nízké. Z níže uvedené tabulky vidíme srovnání řešení optických modulů datového centra 100G:
Dnes se technologie implementace optických modulů 400G stala středem zájmu tohoto odvětví. Hlavní funkcí optického modulu 400G je zlepšit datovou propustnost a maximalizovat šířku pásma a hustotu portů datového centra. Jeho budoucím trendem je dosáhnout široké zisk, nízký šum, miniaturizace a integrace, aby vyhovovaly potřebám bezdrátových sítí nové generace a velmi rozsáhlých komunikačních aplikací datových center.
První optický modul 400G používal 16kanálovou metodu modulace signálu 25G NRZ (Non-Returnto Zero) v pouzdře CFP8. Výhodou je, že technologii modulace signálu 25G NRZ vyzrálou na optickém modulu 100G lze zapůjčit, nevýhodou je však že je potřeba přenášet 16 signálů paralelně a spotřeba energie a objem jsou relativně velké, což není vhodné pro aplikace datových center. V současném 400G optickém modulu je 8kanálový 53G NRZ nebo 4kanálový 106G PAM4 (4 pulzní Amplitude Modulation) modulace signálu se používá hlavně k realizaci přenosu signálu 400G.
Pokud jde o balení modulů, používá se OSFP nebo QSFP-DD a oba balíky mohou poskytovat 8 rozhraní elektrického signálu. Ve srovnání s tím je balík QSFP-DD menší velikosti a vhodnější pro aplikace datových center; balík OSFP je o něco větší a spotřebovává více energie, takže je vhodnější pro telekomunikační aplikace.
Analyzujte „jádrový“ výkon optických modulů 100G/400G
Krátce jsme představili implementaci optických modulů 100G a 400G. Na schematických diagramech řešení 100G CWDM4, 400G CWDM8 a 400G CWDM4 lze vidět následující:
Schéma 100G CWDM4
Schéma 400G CWDM8
Schéma 400G CWDM4
V optickém modulu je klíčem k realizaci konverze fotoelektrického signálu fotodetektor. Abyste nakonec tyto plány splnili, jaké potřeby musíte splnit z „jádra“?
Řešení 100G CWDM4 vyžaduje implementaci 4λx25GBE, řešení 400g CWDM8 vyžaduje implementaci 8λx50gbe a řešení 400g CWDM4 vyžaduje 4 000G CWDM8 schémata, které odpovídají modulační metodě. Zařízení 25Gbd a 53Gbd. Schéma 400G CWDM4 využívá modulační schéma PAM4, které také vyžaduje, aby zařízení mělo modulační rychlost 53Gbd nebo více.
Rychlost modulace zařízení odpovídá šířce pásma zařízení. Pro 100G optický modul v pásmu 1310nm postačuje 25GHz InGaAs detektor nebo pole detektorů.