A „hálózat” a legtöbb kortárs ember számára „szükségletté” vált.
Az ok, amiért eljöhet egy ilyen kényelmes hálózati korszak, az „optikai kommunikációs technológia” nélkülözhetetlennek mondható.
1966-ban a brit kínai cirok javasolta az optikai szál koncepcióját, amely begyújtotta az optikai szálas kommunikáció világszintű fejlődésének csúcspontját. A 0,8 μm-en működő fényhullámrendszerek első generációját 1978-ban hivatalosan kereskedelmi forgalomba helyezték, a fényhullámok második generációját pedig a korai időkben többmódusú szálat használó kommunikációs rendszereket gyorsan bevezették az 1980-as évek elején. 1990-re a 2,4 Gb/s és 1,55 μm sebességgel működő harmadik generációs optikai hullámrendszer képes volt kereskedelmi kommunikációs szolgáltatásokat nyújtani.
2009-ben fizikai Nobel-díjat kapott a „szál atyja” cirok, aki áttörést jelentett a „szálban az optikai kommunikációt szolgáló fényátvitelben”.
Az optikai szálas kommunikáció mára a modern kommunikáció egyik fő pillérévé vált, és kulcsszerepet játszik a modern távközlési hálózatokban. A világ új technológiai forradalmának fontos szimbólumaként és a jövő információs társadalmában az információtovábbítás fő eszközeként is tartják számon.
Az elmúlt években gyorsan fejlődött a big data, a számítási felhő, az 5G, a tárgyak internete és a mesterséges intelligencia alkalmazáspiaca. A közelgő pilóta nélküli alkalmazások piaca robbanásszerű növekedést hoz az adatforgalomban. Az adatközpontok összekapcsolása fokozatosan optikai kommunikációkutatássá fejlődött. forró pont.
A Google nagy adatközpontjában
A jelenlegi adatközpont már nem csak egy vagy néhány számítógépterem, hanem adatközpont-fürtök halmaza.A különböző internetes szolgáltatások és alkalmazáspiacok normál működésének elérése érdekében az adatközpontoknak együtt kell működniük.A valós idejű és az adatközpontok közötti masszív információkölcsönhatás igényt teremtett az adatközpont-összekötő hálózatok iránt, és az optikai szálas kommunikáció az összekapcsolás megvalósításának szükséges eszközévé vált.
A hagyományos távközlési hozzáférési hálózati átviteli berendezésektől eltérően az adatközpontok összekapcsolásának több információt és sűrűbb átvitelt kell elérnie, ami megköveteli, hogy a kapcsolóberendezések nagyobb sebességgel, alacsonyabb energiafogyasztással és nagyobb miniatürizálással rendelkezzenek. Az egyik alapvető tényező, amely meghatározza, hogy ezek a képességek használhatók-e az optikai adó-vevő modul.
Néhány alapvető tudás az optikai adó-vevő modulokról
Az információs hálózat főként optikai szálat használ átviteli közegként, de az áramszámításnak és elemzésnek is elektromos jelekre kell épülnie, az optikai adó-vevő modul pedig a fotoelektromos átalakítás megvalósításának központi eszköze.
Az optikai modul alapvető összetevői az adó (fénykibocsátó almodul)/vevő (fényvevő almodul) vagy az adó-vevő (optikai adó-vevő modul), az elektromos chip, valamint passzív alkatrészek, például lencsék, osztók és kombinálók. Perifériás áramkör összetétele.
Az adó végén: az elektromos jelet az adó optikai jellé alakítja át, majd az optikai adapter beviszi az optikai szálba; A vevő oldalon: az optikai szálban lévő optikai jelet a vevő fogadja az optikai adapteren keresztül és elektromos jellé alakítják és feldolgozásra elküldik a számítási egységnek.
Az optikai adó-vevő modul vázlata
Az optoelektronikai integrációs technológia fejlődésével az optikai adó-vevő modul csomagolási formája is némi változáson ment keresztül. Az optikai modulipar megalakulása előtt a nagy távközlési berendezések gyártói fejlesztették ki a korai időkben. Az interfészek változatosak voltak, és nem voltak általánosan használhatók. Emiatt az optikai adó-vevő modulok nem cserélhetők fel egymással. Az iparág fejlődése érdekében megszületett a végleges „Multi Source Agreement (MSA)”. Az MSA-szabvánnyal olyan cégek kezdtek megjelenni, amelyek önállóan az adó-vevő fejlesztésére összpontosítottak, és az iparág emelkedett.
Az optikai adó-vevő modul SFP-re, XFP-re, QSFP-re, CFP-re stb. osztható fel a csomagforma szerint:
· Az SFP (Small Form-factor Pluggable) egy kompakt, csatlakoztatható adó-vevő modul szabvány távközlési és adatkommunikációs alkalmazásokhoz, amely akár 10 Gbps átviteli sebességet is támogat.
Az XFP (10 Gigabit Small Form Factor Pluggable) egy 10 G sebességű, kis méretű csatlakoztatható adó-vevő modul, amely több kommunikációs protokollt támogat, mint például a 10G Ethernet, a 10G Fibre Channel és a SONETOC-192.XFP adó-vevők használhatók az adatkommunikációban és távközlési piacokon, és jobb energiafogyasztási jellemzőket kínálnak, mint a többi 10 Gbps-os adó-vevő.
A QSFP (Quad Small Form-factor Pluggable) egy kompakt, csatlakoztatható adó-vevő szabvány nagy sebességű adatkommunikációs alkalmazásokhoz. A sebesség szerint a QSFP 4×1G QSFP, 4×10GQSFP+, 4×25G QSFP28 optikai modulokra osztható. Jelenleg a QSFP28-at széles körben használják a globális adatközpontokban.
· A CFP (Centum gigabits Form Pluggable) szabványosított sűrűhullámú optikai felosztó kommunikációs modulon alapul, 100-400 Gbps átviteli sebességgel. A CFP-modul mérete nagyobb, mint az SFP/XFP/QSFP-é, és általában nagy távolságra, például nagyvárosi hálózatra használják.
Optikai adó-vevő modul adatközponti kommunikációhoz
Az adatközponti kommunikáció a kapcsolat típusa szerint három kategóriába sorolható:
(1) Az adatközpontot a felhasználó számára a végfelhasználói viselkedés hozza létre, mint például a weboldal böngészése, e-mailek és videofolyamok küldése és fogadása a felhőhöz való hozzáférés révén;
(2) Adatközpontok összekapcsolása, főként adatreplikációhoz, szoftver- és rendszerfrissítésekhez;
(3) Az adatközponton belül elsősorban információ tárolására, generálására és bányászatára használják. A Cisco előrejelzése szerint az adatközpontok belső kommunikációja az adatközponti kommunikáció több mint 70%-át teszi ki, az adatközpontok felépítésének fejlődése pedig a nagy sebességű optikai modulok fejlődését eredményezte.
Az adatforgalom folyamatosan növekszik, és az adatközpont nagy léptékű és ellaposodó trendje két szempontból is ösztönzi az optikai modulok fejlesztését:
· Megnövekedett átviteli sebességi követelmények
· A mennyiségi kereslet növekedése
Jelenleg a globális adatközponti optikai modulok követelményei a 10/40G optikai modulokról 100G optikai modulokra változtak. A kínai Alibaba Cloud Promotion lesz a 100G optikai modulok nagyszabású alkalmazásának első éve 2018-ban. 400G optikai modulok 2019-ben.
Ali felhő modul evolúciós útvonala
A nagyméretű adatközpontok trendje az átviteli távolságra vonatkozó követelmények növekedéséhez vezetett. A többmódusú szálak átviteli távolságát a jelsebesség növekedése korlátozza, és várhatóan fokozatosan egymódusú szálak váltják fel. Az üvegszálas kapcsolat költsége két részből áll: az optikai modulból és az optikai szálból. A különböző távolságokra különböző megoldások léteznek. Az adatközponti kommunikációhoz szükséges közepes és nagy távolságú összekapcsoláshoz két forradalmi megoldás született az MSA-tól:
· PSM4 (Parallel Single Mode 4 sávos)
· CWDM4 (durva hullámhosszosztó multiplexer 4 sávos)
Ezek közül a PSM4 szálhasználat négyszerese a CWDM4-nek. Ha a kapcsolati távolság nagy, a CWDM4 megoldás költsége viszonylag alacsony. Az alábbi táblázatból láthatjuk az adatközponti 100G optikai modul megoldások összehasonlítását:
Mára a 400G optikai modulok megvalósítási technológiája került az ipar középpontjába.A 400G optikai modul fő funkciója az adatátviteli sebesség javítása, valamint az adatközpont sávszélességének és portsűrűségének maximalizálása. Jövőbeni trendje a széles körű elérése erősítés, alacsony zajszint, miniatürizálás és integráció a következő generációs vezeték nélküli hálózatok és az ultranagy méretű adatközponti kommunikációs alkalmazások igényeinek kielégítésére.
A korai 400G optikai modul 16 csatornás 25G NRZ (Non-Returnto Zero) jelmodulációs módszert alkalmazott CFP8 csomagban. Előnye, hogy a 100G optikai modulon kiforrott 25G NRZ jelmodulációs technológia kölcsönözhető, hátránya viszont hogy 16 jelet kell párhuzamosan továbbítani, illetve viszonylag nagy a fogyasztás és a hangerő, ami nem alkalmas adatközponti alkalmazásokhoz.A jelenlegi 400G optikai modulban 8 csatornás 53G NRZ vagy 4 csatornás 106G PAM4 (4 Impulzus Amplitúdómoduláció) jelmodulációt főként 400G jelátvitel megvalósítására használják.
A modulcsomagolás szempontjából OSFP vagy QSFP-DD használatos, és mindkét csomag 8 elektromos jel interfészt tud biztosítani. Ehhez képest a QSFP-DD csomag kisebb méretű és alkalmasabb adatközponti alkalmazásokhoz; az OSFP csomag valamivel nagyobb méretű és több energiát fogyaszt, így alkalmasabb távközlési alkalmazásokhoz.
Elemezze a 100G/400G optikai modulok „mag” teljesítményét
Röviden bemutattuk a 100G és 400G optikai modulok megvalósítását. A 100G CWDM4 megoldás, a 400G CWDM8 megoldás és a 400G CWDM4 megoldás sematikus diagramjain a következők láthatók:
100G CWDM4 sematikus
400G CWDM8 sematikus
400G CWDM4 sematikus
Az optikai modulban a fotoelektromos jel átalakításának kulcsa a fotodetektor. Ahhoz, hogy végre teljesüljön ezek a tervek, milyen igényeket kell kielégíteni a „magból”?
A 100G CWDM4 megoldás 4λx25GbE megvalósítást igényel, a 400G CWDM8 megoldás 8λx50GbE implementációt, a 400G CWDM4 megoldás pedig 4λx100GbE megvalósítást igényel. A modulációs módszernek megfelelően a 100G CWDM4 modulációnak megfelelő NR4000G4 és NR4000GbE aránya 25 Gbd és 53 Gbd eszközök. A 400 G CWDM4 séma a PAM4 modulációs sémát alkalmazza, amely azt is megköveteli, hogy az eszköz modulációs rátája legalább 53 Gbd legyen.
Az eszköz modulációs sebessége megfelel az eszköz sávszélességének. Egy 1310 nm-es sávú 100G optikai modulhoz elegendő egy 25 GHz-es sávszélességű InGaAs detektor vagy detektortömb.