"Netværk" er blevet en "nødvendighed" for de fleste nutidige mennesker.
Grunden til, at en så bekvem netværksæra kan komme, "fiberoptisk kommunikationsteknologi" kan siges at være uundværlig.
I 1966 foreslog den britiske kinesiske sorghum konceptet optisk fiber, hvilket antændte klimakset med at udvikle optisk fiberkommunikation på verdensplan. Den første generation af lysbølgesystemer, der opererede ved 0,8 μm i 1978, blev officielt taget i kommerciel brug, og anden generation af lysbølgesystemer kommunikationssystemer, der brugte multimode fiber i de tidlige dage, blev hurtigt introduceret i begyndelsen af 1980'erne. I 1990 var tredje generations optiske bølgesystem, der opererede med 2,4 Gb/s og 1,55 μm, i stand til at levere kommercielle kommunikationstjenester.
"Fiberens fader" sorghum, der ydede et banebrydende bidrag til "transmission af lys i fiber til optisk kommunikation", blev tildelt 2009 Nobelprisen i fysik.
Optisk fiberkommunikation er nu blevet en af hovedpillerne i moderne kommunikation og spiller en central rolle i moderne telekommunikationsnetværk. Det ses også som et vigtigt symbol på verdens nye teknologiske revolution og det vigtigste middel til transmission af information i fremtidens informationssamfund.
I de senere år har applikationsmarkedet for big data, cloud computing, 5G, Internet of Things og kunstig intelligens udviklet sig hurtigt. Det ubemandede applikationsmarked, der kommer, bringer eksplosiv vækst til datatrafikken. Datacentersammenkobling har gradvist udviklet sig til forskning i optisk kommunikation. hot spot.
Inde i Googles store datacenter
Det nuværende datacenter er ikke længere blot et enkelt eller nogle få computerrum, men et sæt datacenterklynger. For at opnå det normale arbejde for forskellige internettjenester og applikationsmarkeder skal datacentre arbejde sammen. Real-time og massiv interaktion af information mellem datacentre har skabt efterspørgsel efter datacenter-sammenkoblingsnetværk, og optisk fiberkommunikation er blevet et nødvendigt middel til at opnå sammenkobling.
I modsætning til traditionelt transmissionsudstyr til telekommunikationsnetværk skal sammenkobling af datacentre opnå mere information og mere tæt transmission, hvilket kræver, at omskiftningsudstyr har højere hastighed, lavere strømforbrug og mere miniaturisering. En af de kernefaktorer, der bestemmer, om disse muligheder kan opnået er det optiske transceiver-modul.
Nogle grundlæggende viden om optiske transceiver-moduler
Informationsnetværket bruger hovedsageligt optisk fiber som transmissionsmedie, men den aktuelle beregning og analyse skal også være baseret på elektriske signaler, og det optiske transceivermodul er kerneenheden til at realisere fotoelektrisk konvertering.
Kernekomponenterne i det optiske modul er Transimitter (Light Emitting Submodule)/Receiver (Light Receiving Submodule) eller Transceiver (Optical Transceiver Module), elektrisk chip, og inkluderer også passive komponenter såsom linser, splittere og kombinerere. Sammensætning af perifert kredsløb.
Ved den transmitterende ende: det elektriske signal omdannes til et optisk signal af Transimitter og derefter input til den optiske fiber af den optiske adapter; Ved den modtagende ende: det optiske signal i den optiske fiber modtages af modtageren gennem den optiske adapter og konverteret til et elektrisk signal og sendt til computerenheden til behandling.
Skematisk optisk transceivermodul
Med udviklingen af optoelektronisk integrationsteknologi har emballageformen af det optiske transceivermodul også undergået nogle ændringer. Før den optiske modulindustri blev dannet, blev den udviklet af de store producenter af teleudstyr i de tidlige dage. Grænsefladerne var varierede og kunne ikke bruges universelt. Dette gjorde de optiske transceiver-moduler ikke udskiftelige. Til udviklingen af industrien kom den endelige "Multi Source Agreement (MSA)" til. Med MSA-standarden begyndte virksomheder, der selvstændigt fokuserede på at udvikle Transceiver, at dukke op, og industrien steg.
Det optiske transceivermodul kan opdeles i SFP, XFP, QSFP, CFP osv. i henhold til pakkeformen:
· SFP (Small Form-factor Pluggable) er en kompakt, pluggbar transceiver-modulstandard til tele- og datakommunikationsapplikationer, der understøtter overførselshastigheder på op til 10 Gbps.
XFP (10 Gigabit Small Form Factor Pluggable) er et 10G-rate lille formfaktor pluggbart transceivermodul, der understøtter flere kommunikationsprotokoller såsom 10G Ethernet, 10G Fibre Channel og SONETOC-192.XFP transceivere kan bruges i datakommunikation og telekommunikationsmarkeder og tilbyder bedre strømforbrugskarakteristika end andre 10Gbps transceivere.
QSFP (Quad Small Form-factor Pluggable) er en kompakt, pluggbar transceiverstandard til højhastighedsdatakommunikationsapplikationer. I henhold til hastigheden kan QSFP opdeles i 4×1G QSFP, 4×10GQSFP+, 4×25G QSFP28 optiske moduler. I øjeblikket er QSFP28 blevet meget brugt i globale datacentre.
· CFP (Centum gigabits Form Pluggable) er baseret på et standardiseret tæt bølge optisk opsplitning kommunikationsmodul med en transmissionshastighed på 100-400 Gbps. Størrelsen af CFP-modulet er større end SFP/XFP/QSFP-modulet og bruges generelt til langdistancetransmission såsom et hovedstadsnetværk.
Optisk transceivermodul til datacenterkommunikation
Datacenterkommunikation kan opdeles i tre kategorier afhængigt af typen af forbindelse:
(1) Datacenteret til brugeren genereres af slutbrugerens adfærd, såsom at gennemse websiden, sende og modtage e-mails og videostreams ved at få adgang til skyen;
(2) Datacentersammenkobling, hovedsagelig brugt til datareplikering, software og systemopgraderinger;
(3) Inde i datacentret bruges det hovedsageligt til informationslagring, generering og minedrift. Ifølge Ciscos prognose tegner datacenterets interne kommunikation sig for mere end 70 % af datacenterkommunikationen, og udviklingen af datacenterkonstruktionen har affødt udviklingen af optiske højhastighedsmoduler.
Datatrafikken fortsætter med at vokse, og datacentrets storstilede og udfladende tendens driver udviklingen af optiske moduler i to aspekter:
· Øget krav til transmissionshastighed
· Stigning i efterspørgsel efter mængde
På nuværende tidspunkt er kravene til globale datacenter optiske moduler ændret fra 10/40G optiske moduler til 100G optiske moduler.Kinas Alibaba Cloud Promotion bliver det første år med storstilet anvendelse af 100G optiske moduler i 2018. Det forventes at opgradere 400G optiske moduler i 2019.
Ali cloud-modulets udviklingssti
Tendensen med store datacentre har ført til en stigning i kravene til transmissionsafstand. Transmissionsafstanden for multimode fibre er begrænset af stigningen i signalhastigheden og forventes gradvist at blive erstattet af single-mode fibre. Omkostningerne til fiberforbindelsen er sammensat af to dele: det optiske modul og den optiske fiber. Til forskellige afstande er der forskellige anvendelige løsninger. For den mellemlange til langdistance-sammenkobling, der kræves til datacenterkommunikation, er der to revolutionerende løsninger født fra MSA:
· PSM4（Parallel Single Mode 4 baner）
· CWDM4（Coarse Wavelength Division Multiplexer 4 baner）
Blandt dem er PSM4-fiberforbruget fire gange større end CWDM4. Når forbindelsesafstanden er lang, er omkostningerne til CWDM4-løsningen relativt lave. Fra tabellen nedenfor kan vi se en sammenligning af datacenterets 100G optiske modulløsninger:
I dag er implementeringsteknologien for 400G optiske moduler blevet industriens fokus. Hovedfunktionen af det optiske 400G-modul er at forbedre datagennemstrømningen og maksimere datacentrets båndbredde og porttæthed. Dens fremtidige tendens er at opnå bred forstærkning, lav støj, miniaturisering og integration, for at imødekomme behovene for næste generations trådløse netværk og ultra-storskala datacenterkommunikationsapplikationer.
Det tidlige 400G optiske modul brugte en 16-kanals 25G NRZ (Non-Returnto Zero) signalmodulationsmetode i en CFP8-pakke. Fordelen er, at 25G NRZ signalmodulationsteknologien, der er modnet på det 100G optiske modul, kan lånes, men ulempen er at 16 signaler skal transmitteres parallelt, og strømforbruget og volumen er relativt stort, hvilket ikke er egnet til datacenterapplikationer. I det nuværende 400G optiske modul, 8-kanals 53G NRZ eller 4-kanals 106G PAM4 (4 Pulse) Amplitude Modulation) signalmodulation bruges hovedsageligt til at realisere 400G signaltransmission.
Med hensyn til modulpakning bruges OSFP eller QSFP-DD, og begge pakker kan give 8 elektriske signalgrænseflader. Til sammenligning er QSFP-DD-pakken mindre i størrelse og mere velegnet til datacenterapplikationer; OSFP-pakken er lidt større i størrelse og bruger mere strøm, hvilket gør den mere velegnet til telekommunikationsapplikationer.
Analyser "kernekraften" i 100G/400G optiske moduler
Vi har kort introduceret implementeringen af 100G og 400G optiske moduler. Følgende kan ses i de skematiske diagrammer af 100G CWDM4-løsningen, 400G CWDM8-løsningen og 400G CWDM4-løsningen:
100G CWDM4 skematisk
400G CWDM8 skematisk
400G CWDM4 skematisk
I det optiske modul er nøglen til at realisere fotoelektrisk signalkonvertering fotodetektoren. For endelig at opfylde disse planer, hvilken slags behov skal du opfylde fra "kernen"?
100G CWDM4-løsningen kræver 4λx25GbE-implementering, 400G CWDM8-løsningen kræver 8λx50GbE-implementering, og 400G CWDM4-løsningen kræver 4λx100GbE-implementering. Svarende til modulationsmetoden, svarer 100G CWDM0-,Z- og DM0-modulationen til modulationshastigheden på 25Gbd- og 53Gbd-enheder. 400G CWDM4-skemaet anvender PAM4-modulationsskemaet, som også kræver, at enheden har en modulationshastighed på 53Gbd eller mere.
Enhedens modulationshastighed svarer til enhedens båndbredde. For et 1310nm bånd 100G optisk modul er en båndbredde 25GHz InGaAs detektor eller detektorarray tilstrækkelig.