„Mreža“ je postala „nužna“ za većinu suvremenih ljudi.
Razlog zašto može doći tako zgodna mrežna era, može se reći da je "komunikacijska tehnologija optičkih vlakana" nezamjenjiva.
Godine 1966. britanski kineski sirak predložio je koncept optičkih vlakana, što je zapalilo vrhunac razvoja komunikacija optičkim vlaknima u cijelom svijetu. Prva generacija sustava svjetlosnih valova koji rade na 0,8 μm 1978. službeno je puštena u komercijalnu upotrebu, a druga generacija svjetlosnih komunikacijski sustavi koji su u ranim danima koristili višemodna vlakna brzo su uvedeni u ranim 1980-ima. Do 1990., sustav optičkih valova treće generacije koji radi na 2,4 Gb/s i 1,55 μm bio je u mogućnosti pružati komercijalne komunikacijske usluge.
“Otac vlakana” sirak, koji je dao veliki doprinos “prijenosu svjetlosti u vlaknima za optičku komunikaciju,” dobio je Nobelovu nagradu za fiziku 2009. godine.
Komunikacija optičkim vlaknima sada je postala jedan od glavnih stupova moderne komunikacije, igrajući ključnu ulogu u modernim telekomunikacijskim mrežama. Također se smatra važnim simbolom nove svjetske tehnološke revolucije i glavnim sredstvom prijenosa informacija u budućem informacijskom društvu.
Posljednjih godina brzo se razvilo tržište aplikacija velikih podataka, računalstva u oblaku, 5G, Interneta stvari i umjetne inteligencije. Tržište bespilotnih aplikacija koje dolazi donosi eksplozivan rast podatkovnog prometa. Međusobno povezivanje podatkovnih centara postupno se razvilo u istraživanje optičkih komunikacija. vruća točka.
U Googleovom velikom podatkovnom centru
Trenutačni podatkovni centar više nije samo jedna ili nekoliko računalnih prostorija, već skup klastera podatkovnih centara. Kako bi se postigao normalan rad raznih internetskih usluga i tržišta aplikacija, podatkovni centri moraju raditi zajedno. i masivna interakcija informacija između podatkovnih centara stvorila je potražnju za mrežama međusobnog povezivanja podatkovnih centara, a komunikacija optičkim vlaknima postala je neophodno sredstvo za postizanje međusobnog povezivanja.
Za razliku od tradicionalne opreme za prijenos telekomunikacijske pristupne mreže, međupovezanost podatkovnog centra treba postići više informacija i gušći prijenos, što zahtijeva veću brzinu, nižu potrošnju energije i veću minijaturizaciju komutacijske opreme. Jedan od ključnih čimbenika koji određuju mogu li se te mogućnosti postignut je optički primopredajni modul.
Neko osnovno znanje o modulima optičkih primopredajnika
Informacijska mreža uglavnom koristi optičko vlakno kao prijenosni medij, ali proračun struje i analiza također se moraju temeljiti na električnim signalima, a modul optičkog primopredajnika je temeljni uređaj za realizaciju fotoelektrične pretvorbe.
Osnovne komponente optičkog modula su odašiljač (podmodul emitiranja svjetla)/prijemnik (podmodul primanja svjetla) ili primopredajnik (modul optičkog primopredajnika), električni čip, a također uključuju pasivne komponente kao što su leće, razdjelnici i kombinirači. Sastav perifernog kruga.
Na odašiljačkom kraju: električni signal se pretvara u optički signal pomoću odašiljača, a zatim ga optički adapter unosi u optičko vlakno; na prijemnom kraju: optički signal u optičkom vlaknu prima prijemnik kroz optički adapter. te se pretvara u električni signal i šalje računskoj jedinici na obradu.
Shema modula optičkog primopredajnika
S razvojem tehnologije optoelektroničke integracije, oblik pakiranja modula optičkog primopredajnika također je doživio neke promjene. Prije nego što je formirana industrija optičkih modula, razvili su je veliki proizvođači telekomunikacijske opreme u ranim danima. Sučelja su bila raznolika i nisu se mogla univerzalno koristiti. Zbog toga moduli optičkih primopredajnika nisu bili međusobno zamjenjivi. Za razvoj industrije nastao je konačni "Sporazum s više izvora (MSA)". S MSA standardom počele su se pojavljivati tvrtke koje su se neovisno fokusirale na razvoj primopredajnika, a industrija se uzdigla.
Modul optičkog primopredajnika može se podijeliti na SFP, XFP, QSFP, CFP itd. prema obliku paketa:
· SFP (Small Form-factor Pluggable) je kompaktan standard primopredajnika koji se može priključiti za telekomunikacijske i podatkovne aplikacije koji podržava brzine prijenosa do 10 Gbps.
XFP (10 Gigabit Small Form Factor Pluggable) je utični modul primopredajnika male veličine od 10G brzine koji podržava više komunikacijskih protokola kao što su 10G Ethernet, 10G Fibre Channel i SONETOC-192. XFP primopredajnici mogu se koristiti u podatkovnoj komunikaciji i telekomunikacijskim tržištima i nude bolje karakteristike potrošnje energije od drugih 10Gbps primopredajnika.
QSFP (Quad Small Form-factor Pluggable) je kompaktan standard primopredajnika koji se može priključiti za aplikacije velike brzine prijenosa podataka. Prema brzini, QSFP se može podijeliti na 4×1G QSFP, 4×10GQSFP+, 4×25G QSFP28 optičke module. Trenutno se QSFP28 naširoko koristi u globalnim podatkovnim centrima.
· CFP (Centum gigabits Form Pluggable) temelji se na standardiziranom komunikacijskom modulu optičkog dijeljenja gustog vala s brzinom prijenosa od 100-400 Gbps. Veličina CFP modula je veća od veličine SFP/XFP/QSFP i općenito se koristi za prijenos na velike udaljenosti kao što je mreža gradskog područja.
Optički primopredajni modul za komunikaciju podatkovnog centra
Komunikacija podatkovnog centra može se podijeliti u tri kategorije prema vrsti veze:
(1) Podatkovni centar za korisnika generiran je ponašanjem krajnjeg korisnika kao što je pregledavanje web stranice, slanje i primanje e-pošte i video streamova pristupom oblaku;
(2) Međupovezanost podatkovnog centra, uglavnom se koristi za replikaciju podataka, nadogradnju softvera i sustava;
(3) Unutar podatkovnog centra uglavnom se koristi za pohranu informacija, generiranje i rudarenje. Prema predviđanjima Cisca, interna komunikacija podatkovnih centara čini više od 70% komunikacije podatkovnih centara, a razvoj izgradnje podatkovnih centara iznjedrio je razvoj brzih optičkih modula.
Podatkovni promet nastavlja rasti, a trend velikih razmjera i spljoštenosti podatkovnih centara pokreće razvoj optičkih modula u dva aspekta:
· Povećani zahtjevi za brzinom prijenosa
· Povećanje potražnje za količinom
Trenutačno su se zahtjevi optičkih modula globalnog podatkovnog centra promijenili s 10/40G optičkih modula na 100G optičke module. Kineska Alibaba Cloud Promocija postat će prva godina velike primjene 100G optičkih modula u 2018. Očekuje se nadogradnja 400G optički moduli u 2019.
Ali put evolucije modula oblaka
Trend velikih podatkovnih centara doveo je do povećanja zahtjeva za udaljenošću prijenosa. Udaljenost prijenosa višemodnih vlakana ograničena je povećanjem brzine signala i očekuje se da će se postupno zamijeniti jednomodnim vlaknima. Cijena optičke veze sastoji se od dva dijela: optičkog modula i optičkog vlakna. Za različite udaljenosti postoje različita primjenjiva rješenja. Za međupovezivanje srednje i velike udaljenosti potrebno za komunikaciju podatkovnog centra, postoje dva revolucionarna rješenja proizašla iz MSA-a:
· PSM4（Paralelni jedan način rada 4 trake）
· CWDM4（Multiplekser grube valne duljine 4 staze）
Među njima, upotreba PSM4 vlakana je četiri puta veća od CWDM4. Kada je udaljenost veze velika, cijena CWDM4 rješenja je relativno niska. Iz donje tablice možemo vidjeti usporedbu rješenja 100G optičkog modula podatkovnog centra:
Danas je tehnologija implementacije 400G optičkih modula postala fokus industrije. Glavna funkcija 400G optičkog modula je poboljšati propusnost podataka i maksimizirati propusnost i gustoću priključaka podatkovnog centra. Njegov budući trend je postići široku dobitak, nizak šum, minijaturizacija i integracija, kako bi se zadovoljile potrebe bežičnih mreža sljedeće generacije i komunikacijskih aplikacija ultra-velikih podatkovnih centara.
Rani 400G optički modul koristio je 16-kanalnu 25G NRZ (Non-Returnto Zero) metodu modulacije signala u CFP8 paketu. Prednost je u tome što se tehnologija modulacije signala 25G NRZ sazrela na 100G optičkom modulu može posuditi, ali je nedostatak da se 16 signala treba paralelno prenositi, a potrošnja energije i volumen su relativno veliki, što nije prikladno za aplikacije podatkovnih centara. U trenutnom 400G optičkom modulu, 8-kanalni 53G NRZ ili 4-kanalni 106G PAM4 (4 Pulse Amplitudna modulacija) modulacija signala se uglavnom koristi za realizaciju prijenosa signala 400G.
Što se pakiranja modula tiče, koristi se OSFP ili QSFP-DD, a oba paketa mogu pružiti 8 sučelja električnih signala. Za usporedbu, QSFP-DD paket je manje veličine i prikladniji za aplikacije podatkovnih centara; OSFP paket je nešto veći i troši više energije, što ga čini prikladnijim za telekom aplikacije.
Analizirajte "jezgrenu" snagu 100G/400G optičkih modula
Ukratko smo predstavili implementaciju 100G i 400G optičkih modula. Sljedeće se može vidjeti u shematskim dijagramima rješenja 100G CWDM4, rješenja 400G CWDM8 i rješenja 400G CWDM4:
100G CWDM4 shema
400G CWDM8 shema
400G CWDM4 shema
U optičkom modulu, ključ za realizaciju pretvorbe fotoelektričnog signala je fotodetektor. Kako biste konačno ispunili te planove, koje sve potrebe trebate zadovoljiti iz “jezgre”?
Rješenje 100G CWDM4 zahtijeva implementaciju 4λx25GbE, rješenje 400G CWDM8 zahtijeva implementaciju 8λx50GbE, a rješenje 400G CWDM4 zahtijeva implementaciju 4λx100GbE. U skladu s metodom modulacije, sheme 100G CWDM4 i 400G CWDM8 usvajaju NRZ modulaciju, koja odgovara stopi modulacije od 25Gbd i 53Gbd uređaji. 400G CWDM4 shema usvaja modulacijsku shemu PAM4, koja također zahtijeva da uređaj ima brzinu modulacije od 53Gbd ili više.
Brzina modulacije uređaja odgovara propusnosti uređaja. Za 100G optički modul 1310nm pojasa dovoljan je InGaAs detektor ili niz detektora propusnosti 25 GHz.