Le « réseau » est devenu une « nécessité » pour la plupart des gens contemporains.
La raison pour laquelle une ère de réseau aussi pratique peut arriver, on peut dire que la « technologie de communication par fibre optique » est indispensable.
En 1966, le sorgho chinois britannique a proposé le concept de fibre optique, qui a déclenché l'apogée du développement des communications par fibre optique dans le monde entier. La première génération de systèmes à ondes lumineuses fonctionnant à 0,8 μm en 1978 a été officiellement mise en service commercial, et la deuxième génération de systèmes à ondes lumineuses Les premiers systèmes de communication utilisant la fibre multimode ont été rapidement introduits au début des années 1980. En 1990, le système d'ondes optiques de troisième génération fonctionnant à 2,4 Gb/s et 1,55 μm était en mesure de fournir des services de communication commerciaux.
Le sorgho, « père de la fibre », qui a apporté une contribution révolutionnaire à « la transmission de la lumière par fibre pour la communication optique », a reçu le prix Nobel de physique 2009.
La communication par fibre optique est désormais devenue l'un des principaux piliers de la communication moderne, jouant un rôle central dans les réseaux de télécommunications modernes. Il est également considéré comme un symbole important de la nouvelle révolution technologique mondiale et comme le principal moyen de transmission de l'information dans la future société de l'information.
Ces dernières années, le marché des applications du big data, du cloud computing, de la 5G, de l’Internet des objets et de l’intelligence artificielle s’est développé rapidement. Le marché des applications sans pilote qui s’annonce entraîne une croissance explosive du trafic de données. L'interconnexion des centres de données s'est progressivement développée vers la recherche sur les communications optiques. point chaud.
Dans le grand centre de données de Google
Le centre de données actuel n'est plus simplement une ou quelques salles informatiques, mais un ensemble de clusters de centres de données. Afin de réaliser le fonctionnement normal des divers services Internet et marchés d'applications, les centres de données doivent travailler ensemble.Le temps réel et l'interaction massive d'informations entre les centres de données a créé une demande de réseaux d'interconnexion de centres de données, et la communication par fibre optique est devenue un moyen nécessaire pour réaliser l'interconnexion.
Contrairement aux équipements de transmission des réseaux d'accès aux télécommunications traditionnels, l'interconnexion des centres de données doit permettre une transmission plus importante et plus dense, ce qui nécessite des équipements de commutation ayant une vitesse plus élevée, une consommation d'énergie plus faible et une plus grande miniaturisation. L'un des principaux facteurs qui déterminent si ces capacités peuvent être atteint est le module émetteur-récepteur optique.
Quelques connaissances de base sur les modules émetteurs-récepteurs optiques
Le réseau d'information utilise principalement la fibre optique comme support de transmission, mais le calcul et l'analyse actuels doivent également être basés sur des signaux électriques, et le module émetteur-récepteur optique est le dispositif principal pour réaliser la conversion photoélectrique.
Les composants principaux du module optique sont l'émetteur (sous-module électroluminescent)/récepteur (sous-module de réception de lumière) ou l'émetteur-récepteur (module émetteur-récepteur optique), la puce électrique et comprennent également des composants passifs tels que des lentilles, des séparateurs et des combineurs. Composition des circuits périphériques.
À l'extrémité de transmission : le signal électrique est converti en signal optique par le transmetteur, puis entré dans la fibre optique par l'adaptateur optique ; À l'extrémité de réception : le signal optique dans la fibre optique est reçu par le récepteur via l'adaptateur optique. et converti en un signal électrique et envoyé à l'unité informatique pour traitement.
Schéma du module émetteur-récepteur optique
Avec le développement de la technologie d'intégration optoélectronique, la forme d'emballage du module émetteur-récepteur optique a également subi quelques modifications. Avant la création de l’industrie des modules optiques, elle a été développée au début par les principaux fabricants d’équipements de télécommunications. Les interfaces étaient variées et ne pouvaient pas être utilisées universellement. Cela a rendu les modules émetteurs-récepteurs optiques non interchangeables. Pour le développement de l'industrie, l'« Accord Multi Source (MSA) » final a vu le jour. Avec la norme MSA, des entreprises qui se sont concentrées de manière indépendante sur le développement d'émetteurs-récepteurs ont commencé à émerger et le secteur s'est développé.
Le module émetteur-récepteur optique peut être divisé en SFP, XFP, QSFP, CFP, etc. selon la forme du package :
· SFP (Small Form-factor Pluggable) est un module émetteur-récepteur compact et enfichable standard pour les applications de télécommunications et de données qui prend en charge des taux de transfert allant jusqu'à 10 Gbit/s.
Le XFP (10 Gigabit Small Form Factor Pluggable) est un module émetteur-récepteur enfichable à petit facteur de forme 10G qui prend en charge plusieurs protocoles de communication tels que Ethernet 10G, Fibre Channel 10G et SONETOC-192. Les émetteurs-récepteurs XFP peuvent être utilisés dans les communications de données et marchés des télécommunications et offrent de meilleures caractéristiques de consommation d'énergie que les autres émetteurs-récepteurs 10 Gbit/s.
QSFP (Quad Small Form-factor Pluggable) est une norme d'émetteur-récepteur compact et enfichable pour les applications de communication de données à haut débit. Selon la vitesse, le QSFP peut être divisé en modules optiques 4×1G QSFP, 4×10GQSFP+, 4×25G QSFP28. Actuellement, QSFP28 est largement utilisé dans les centres de données mondiaux.
· CFP (Centum gigabits Form Pluggable) est basé sur un module de communication à division optique à ondes denses standardisé avec un taux de transmission de 100 à 400 Gbps. La taille du module CFP est plus grande que celle du SFP/XFP/QSFP et est généralement utilisée pour la transmission longue distance telle qu'un réseau métropolitain.
Module émetteur-récepteur optique pour la communication du centre de données
La communication du data center peut être divisée en trois catégories selon le type de connexion :
(1) Le centre de données pour l'utilisateur est généré par le comportement de l'utilisateur final, tel que la navigation sur la page Web, l'envoi et la réception d'e-mails et de flux vidéo en accédant au cloud ;
(2) Interconnexion des centres de données, principalement utilisée pour la réplication des données, les mises à niveau de logiciels et de systèmes ;
(3) À l’intérieur du centre de données, il est principalement utilisé pour le stockage, la génération et l’extraction d’informations. Selon les prévisions de Cisco, la communication interne des centres de données représente plus de 70 % des communications des centres de données, et le développement de la construction de centres de données a donné naissance au développement de modules optiques à haut débit.
Le trafic de données continue de croître et la tendance à grande échelle et à l'aplatissement des centres de données stimule le développement de modules optiques sous deux aspects :
· Exigences accrues en matière de taux de transmission
· Augmentation de la demande en quantité
À l'heure actuelle, les exigences des modules optiques des centres de données mondiaux sont passées de modules optiques 10/40G à des modules optiques 100G. La promotion Alibaba Cloud en Chine deviendra la première année d'application à grande échelle de modules optiques 100G en 2018. Elle devrait être mise à niveau. Modules optiques 400G en 2019.
Chemin d'évolution du module Ali Cloud
La tendance aux centres de données à grande échelle a conduit à une augmentation des exigences en matière de distance de transmission. La distance de transmission des fibres multimodes est limitée par l'augmentation du débit du signal et devrait être progressivement remplacée par des fibres monomodes. Le coût de la liaison fibre est composé de deux parties : le module optique et la fibre optique. Pour différentes distances, il existe différentes solutions applicables. Pour l'interconnexion moyenne à longue distance nécessaire à la communication des centres de données, il existe deux solutions révolutionnaires nées de MSA :
· PSM4 (mode unique parallèle 4 voies)
· CWDM4 (Multiplexeur à division de longueur d'onde grossière 4 voies)
Parmi eux, l’utilisation de la fibre PSM4 est quatre fois supérieure à celle du CWDM4. Lorsque la distance de liaison est longue, le coût de la solution CWDM4 est relativement faible. Dans le tableau ci-dessous, nous pouvons voir une comparaison des solutions de modules optiques 100G du centre de données :
Aujourd'hui, la technologie de mise en œuvre des modules optiques 400G est devenue le centre d'intérêt de l'industrie. La fonction principale du module optique 400G est d'améliorer le débit de données et de maximiser la bande passante et la densité des ports du centre de données. Sa tendance future est d'atteindre de larges gain, faible bruit, miniaturisation et intégration, pour répondre aux besoins des réseaux sans fil de nouvelle génération et des applications de communication des centres de données à très grande échelle.
Le premier module optique 400G utilisait une méthode de modulation de signal 25G NRZ (Non-Returnto Zero) à 16 canaux dans un boîtier CFP8. L'avantage est que la technologie de modulation de signal 25G NRZ mûrie sur le module optique 100G peut être empruntée, mais l'inconvénient est Que 16 signaux doivent être transmis en parallèle, et que la consommation d'énergie et le volume sont relativement importants, ce qui ne convient pas aux applications de centre de données. Dans le module optique 400G actuel, 8 canaux 53G NRZ ou 4 canaux 106G PAM4 (4 impulsions Modulation d'amplitude) la modulation du signal est principalement utilisée pour réaliser la transmission du signal 400G.
En termes de packaging de modules, OSFP ou QSFP-DD est utilisé, et les deux packages peuvent fournir 8 interfaces de signaux électriques. En comparaison, le package QSFP-DD est plus petit en taille et plus adapté aux applications de centre de données ; le package OSFP est légèrement plus grand et consomme plus d’énergie, ce qui le rend plus adapté aux applications de télécommunications.
Analysez la puissance « de base » des modules optiques 100G/400G
Nous avons brièvement présenté la mise en œuvre des modules optiques 100G et 400G. Les éléments suivants peuvent être vus dans les diagrammes schématiques de la solution 100G CWDM4, de la solution 400G CWDM8 et de la solution 400G CWDM4 :
Schéma 100G CWDM4
Schéma 400G CWDM8
Schéma 400G CWDM4
Dans le module optique, la clé pour réaliser la conversion du signal photoélectrique est le photodétecteur. Afin de réaliser enfin ces projets, à quels types de besoins devez-vous répondre à partir du « noyau » ?
La solution 100G CWDM4 nécessite une implémentation de 4λx25GbE, la solution 400G CWDM8 nécessite une implémentation de 8λx50GbE et la solution 400G CWDM4 nécessite une implémentation de 4λx100GbE. Conformément à la méthode de modulation, les schémas 100G CWDM4 et 400G CWDM8 adoptent la modulation NRZ, qui correspondent respectivement au taux de modulation de Appareils 25 Gbd et 53 Gbd. Le schéma 400G CWDM4 adopte le schéma de modulation PAM4, qui nécessite également que l'appareil ait un taux de modulation de 53 Gbd ou plus.
Le taux de modulation de l'appareil correspond à la bande passante de l'appareil. Pour un module optique 100G dans la bande de 1 310 nm, un détecteur ou un réseau de détecteurs InGaAs à bande passante de 25 GHz est suffisant.