A "rede" converteuse nunha "necesidade" para a maioría da xente contemporánea.
A razón pola que pode chegar unha era de rede tan conveniente, pódese dicir que a "tecnoloxía de comunicación de fibra óptica" é indispensable.
En 1966, o sorgo chinés británico propuxo o concepto de fibra óptica, o que provocou o clímax do desenvolvemento da comunicación por fibra óptica en todo o mundo. A primeira xeración de sistemas de ondas de luz que funcionaban a 0,8 μm en 1978 púxose en uso comercial, e a segunda xeración de ondas de luz. Os sistemas de comunicación que usaban fibra multimodo nos primeiros días foron introducidos rapidamente a principios dos anos 80. En 1990, o sistema de ondas ópticas de terceira xeración que funcionaba a 2,4 Gb/s e 1,55 μm era capaz de proporcionar servizos de comunicación comercial.
O sorgo "pai da fibra", que fixo unha gran contribución á "transmisión da luz en fibra para a comunicación óptica", foi galardoado co Premio Nobel de Física en 2009.
A comunicación por fibra óptica converteuse nun dos principais piares da comunicación moderna, xogando un papel fundamental nas redes de telecomunicacións modernas. Tamén é visto como un importante símbolo da nova revolución tecnolóxica mundial e o principal medio de transmisión da información na futura sociedade da información.
Nos últimos anos, o mercado de aplicacións de big data, cloud computing, 5G, Internet das cousas e intelixencia artificial desenvolveuse rapidamente. O mercado de aplicacións non tripuladas que está chegando está traendo un crecemento explosivo ao tráfico de datos. A interconexión do centro de datos desenvolveuse gradualmente na investigación de comunicacións ópticas. punto quente.
Dentro do gran centro de datos de Google
O centro de datos actual xa non é só unha ou unhas poucas salas de informática, senón un conxunto de clusters de centros de datos. Para lograr o traballo normal de varios servizos de Internet e mercados de aplicacións, os centros de datos deben traballar xuntos. O tempo real e a interacción masiva de información entre centros de datos creou a demanda de redes de interconexión de centros de datos, e a comunicación por fibra óptica converteuse nun medio necesario para lograr a interconexión.
A diferenza dos equipos tradicionais de transmisión de redes de acceso de telecomunicacións, a interconexión do centro de datos necesita conseguir máis información e unha transmisión máis densa, o que require que os equipos de conmutación teñan maior velocidade, menor consumo de enerxía e máis miniaturización. Un dos factores fundamentais que determina se estas capacidades poden ser conseguido é o módulo transceptor óptico.
Algúns coñecementos básicos sobre módulos transceptores ópticos
A rede de información usa principalmente fibra óptica como medio de transmisión, pero o cálculo e análise actual tamén debe basearse en sinais eléctricos, e o módulo transceptor óptico é o dispositivo principal para realizar a conversión fotoeléctrica.
Os compoñentes básicos do módulo óptico son o transmisor (submódulo emisor de luz)/receptor (submódulo receptor de luz) ou o transceptor (módulo transceptor óptico), chip eléctrico e tamén inclúen compoñentes pasivos como lentes, divisores e combinadores. Composición do circuíto periférico.
No extremo de transmisión: o sinal eléctrico convértese nun sinal óptico polo transmisor, e despois introdúcese na fibra óptica polo adaptador óptico; No extremo receptor: o sinal óptico da fibra óptica é recibido polo receptor a través do adaptador óptico. e convertido nun sinal eléctrico e enviado á unidade de computación para o seu procesamento.
Esquema do módulo transceptor óptico
Co desenvolvemento da tecnoloxía de integración optoelectrónica, a forma de embalaxe do módulo transceptor óptico tamén sufriu algúns cambios. Antes de que se formase a industria do módulo óptico, foi desenvolvida polos principais fabricantes de equipos de telecomunicacións nos primeiros tempos. As interfaces eran variadas e non se podían usar universalmente. Isto fixo que os módulos transceptores ópticos non fosen intercambiables. Para o desenvolvemento da industria, xurdiu o "Acordo de fontes múltiples (MSA)" final. Co estándar MSA, comezaron a xurdir empresas que se centraban de forma independente no desenvolvemento de Transceiver, e a industria aumentou.
O módulo transceptor óptico pódese dividir en SFP, XFP, QSFP, CFP, etc. segundo o formulario do paquete:
· SFP (Small Form-Factor Pluggable) é un módulo transceptor compacto e enchufable estándar para aplicacións de telecomunicacións e comunicación de datos que admite velocidades de transferencia de ata 10 Gbps.
O XFP (10 Gigabit Small Form Factor Pluggable) é un módulo transceptor enchufable de factor de forma pequeno de 10G que admite múltiples protocolos de comunicación como Ethernet 10G, Fibre Channel 10G e SONETOC-192. Os transceptores XFP pódense utilizar nas comunicacións de datos e mercados de telecomunicacións e ofrecen mellores características de consumo de enerxía que outros transceptores de 10 Gbps.
QSFP (Quad Small Form-factor Pluggable) é un estándar de transceptor compacto e enchufable para aplicacións de comunicación de datos de alta velocidade. Segundo a velocidade, o QSFP pódese dividir en módulos ópticos 4×1G QSFP, 4×10GQSFP+, 4×25G QSFP28. Actualmente QSFP28 utilizouse amplamente nos centros de datos globais.
· CFP (Centum gigabits Form Pluggable) baséase nun módulo de comunicación de división óptica de onda densa estandarizada cunha taxa de transmisión de 100-400 Gbps. O tamaño do módulo CFP é maior que o do SFP/XFP/QSFP e úsase xeralmente para a transmisión de longa distancia, como unha rede de área metropolitana.
Módulo transceptor óptico para comunicación con centro de datos
A comunicación do centro de datos pódese dividir en tres categorías segundo o tipo de conexión:
(1) O centro de datos para o usuario xérase polo comportamento do usuario final, como navegar pola páxina web, enviar e recibir correos electrónicos e fluxos de vídeo ao acceder á nube;
(2) Interconexión de centros de datos, utilizada principalmente para a replicación de datos, actualizacións de software e sistemas;
(3) Dentro do centro de datos, úsase principalmente para almacenamento, xeración e minería de información. Segundo a previsión de Cisco, a comunicación interna do centro de datos representa máis do 70% da comunicación do centro de datos e o desenvolvemento da construción do centro de datos xerou o desenvolvemento de módulos ópticos de alta velocidade.
O tráfico de datos segue crecendo, e a tendencia a gran escala e aplanamento do centro de datos está impulsando o desenvolvemento de módulos ópticos en dous aspectos:
· Aumento dos requisitos de velocidade de transmisión
· Aumento da demanda en cantidade
Actualmente, os requisitos dos módulos ópticos do centro de datos globais cambiaron de módulos ópticos 10/40G a módulos ópticos 100G. A promoción da nube Alibaba de China converterase no primeiro ano de aplicación a gran escala de módulos ópticos 100G en 2018. Espérase que se actualice. Módulos ópticos 400G en 2019.
Camiño de evolución do módulo de nube Ali
A tendencia dos centros de datos a gran escala levou a un aumento dos requisitos de distancia de transmisión. A distancia de transmisión das fibras multimodo está limitada polo aumento da taxa de sinal e espérase que sexa substituída gradualmente por fibras monomodo. O custo do enlace de fibra está composto por dúas partes: o módulo óptico e a fibra óptica. Para diferentes distancias, existen diferentes solucións aplicables. Para a interconexión de media e longa distancia necesaria para a comunicación do centro de datos, existen dúas solucións revolucionarias que nacen de MSA:
· PSM4（Modo único paralelo 4 carrís）
· CWDM4 (Multiplexor de división de lonxitude de onda grosa de 4 vías)
Entre eles, o uso de fibra PSM4 é catro veces superior ao de CWDM4. Cando a distancia da ligazón é longa, o custo da solución CWDM4 é relativamente baixo. Na seguinte táboa, podemos ver unha comparación das solucións do módulo óptico 100G do centro de datos:
Hoxe, a tecnoloxía de implementación dos módulos ópticos 400G converteuse no foco da industria. A función principal do módulo óptico 400G é mellorar o rendemento de datos e maximizar o ancho de banda e a densidade de portos do centro de datos. A súa tendencia futura é lograr ganancia, baixo ruído, miniaturización e integración, para satisfacer as necesidades das redes sen fíos de próxima xeración e das aplicacións de comunicacións de centros de datos a gran escala.
O primeiro módulo óptico 400G utilizaba un método de modulación de sinal 25G NRZ (Non-Returnto Zero) de 16 canles nun paquete CFP8. A vantaxe é que a tecnoloxía de modulación de sinal 25G NRZ madurada no módulo óptico 100G pódese tomar prestada, pero a desvantaxe é que 16 sinais deben transmitirse en paralelo, e o consumo de enerxía e o volume son relativamente grandes, o que non é adecuado para aplicacións de centros de datos. No módulo óptico 400G actual, 53G NRZ de 8 canles ou 106G PAM4 de 4 canles (4 pulsos). Modulación de amplitud) a modulación de sinal úsase principalmente para realizar a transmisión de sinal de 400G.
En termos de empaquetado de módulos, úsase OSFP ou QSFP-DD, e ambos os paquetes poden proporcionar 8 interfaces de sinal eléctrico. En comparación, o paquete QSFP-DD é de menor tamaño e máis axeitado para aplicacións de centros de datos; o paquete OSFP ten un tamaño lixeiramente maior e consome máis enerxía, polo que é máis axeitado para aplicacións de telecomunicacións.
Analiza a potencia "núcleo" dos módulos ópticos 100G/400G
Presentamos brevemente a implementación de módulos ópticos 100G e 400G. O seguinte pódese ver nos diagramas esquemáticos da solución 100G CWDM4, a solución 400G CWDM8 e a solución 400G CWDM4:
Esquema 100G CWDM4
Esquema 400G CWDM8
Esquema 400G CWDM4
No módulo óptico, a clave para realizar a conversión de sinal fotoeléctrico é o fotodetector. Para finalmente cumprir estes plans, que tipo de necesidades necesitas satisfacer desde o "núcleo"?
A solución 100G CWDM4 require unha implementación de 4λx25GbE, a solución 400G CWDM8 require unha implementación de 8λx50GbE e a solución 400G CWDM4 require unha implementación de 4λx100GbE. Correspondente ao método de modulación, o 100G CWDM8 adopta o esquema de modulación CWDM4 e CWNR 480G que corresponden á modulación CWDM4 e 480G respectivamente. Dispositivos de 25 Gbd e 53 Gbd. O esquema CWDM4 400G adopta o esquema de modulación PAM4, que tamén require que o dispositivo teña unha taxa de modulación de 53 Gbd ou máis.
A taxa de modulación do dispositivo corresponde ao ancho de banda do dispositivo. Para un módulo óptico 100G de banda de 1310 nm, é suficiente un detector ou matriz de detectores InGaAs de 25 GHz de ancho de banda.