La “rete” è diventata una “necessità” per la maggior parte delle persone contemporanee.
Il motivo per cui può arrivare un’era di rete così conveniente è che si può dire che la “tecnologia di comunicazione in fibra ottica” sia indispensabile.
Nel 1966, il sorgo cinese britannico propose il concetto di fibra ottica, che segnò l'apice dello sviluppo della comunicazione in fibra ottica in tutto il mondo. La prima generazione di sistemi a onde luminose operanti a 0,8 μm nel 1978 fu ufficialmente messa in uso commerciale, e la seconda generazione di sistemi a onde luminose I primi sistemi di comunicazione che utilizzavano fibra multimodale furono introdotti rapidamente all'inizio degli anni '80. Nel 1990, il sistema di onde ottiche di terza generazione operante a 2,4 Gb/s e 1,55 μm era in grado di fornire servizi di comunicazione commerciale.
Il sorgo “padre della fibra”, che ha dato un contributo rivoluzionario alla “trasmissione della luce nella fibra per la comunicazione ottica”, è stato insignito del Premio Nobel per la fisica nel 2009.
La comunicazione in fibra ottica è ormai diventata uno dei pilastri principali della comunicazione moderna, svolgendo un ruolo fondamentale nelle moderne reti di telecomunicazione. È anche visto come un simbolo importante della nuova rivoluzione tecnologica mondiale e il principale mezzo di trasmissione delle informazioni nella futura società dell'informazione.
Negli ultimi anni il mercato delle applicazioni di big data, cloud computing, 5G, Internet of Things e intelligenza artificiale si è sviluppato rapidamente. L’imminente mercato delle applicazioni senza pilota porta con sé una crescita esplosiva del traffico dati. L'interconnessione dei data center si è gradualmente sviluppata nella ricerca sulla comunicazione ottica. punto caldo.
All'interno del grande data center di Google
L'attuale data center non è più solo una o poche sale computer, ma un insieme di cluster di data center. Per ottenere il normale funzionamento di vari servizi Internet e mercati applicativi, i data center devono lavorare insieme. Il tempo reale e la massiccia interazione di informazioni tra data center ha creato la domanda di reti di interconnessione di data center e la comunicazione in fibra ottica è diventata un mezzo necessario per ottenere l'interconnessione.
A differenza delle tradizionali apparecchiature di trasmissione della rete di accesso alle telecomunicazioni, l'interconnessione dei data center deve ottenere più informazioni e una trasmissione più densa, il che richiede che le apparecchiature di commutazione abbiano velocità più elevate, consumo energetico inferiore e maggiore miniaturizzazione. Uno dei fattori principali che determinano se queste capacità possono essere implementate ottenuto è il modulo ricetrasmettitore ottico.
Alcune conoscenze di base sui moduli ricetrasmettitori ottici
La rete informatica utilizza principalmente la fibra ottica come mezzo di trasmissione, ma il calcolo e l'analisi attuali devono basarsi anche su segnali elettrici e il modulo ricetrasmettitore ottico è il dispositivo principale per realizzare la conversione fotoelettrica.
I componenti principali del modulo ottico sono il trasmettitore (sottomodulo emettitore di luce)/il ricevitore (sottomodulo di ricezione della luce) o il ricetrasmettitore (modulo ricetrasmettitore ottico), il chip elettrico e includono anche componenti passivi come lenti, splitter e combinatori. Composizione del circuito periferico.
All'estremità trasmittente: il segnale elettrico viene convertito in un segnale ottico dal trasmettitore e quindi immesso nella fibra ottica dall'adattatore ottico; All'estremità ricevente: il segnale ottico nella fibra ottica viene ricevuto dal ricevitore attraverso l'adattatore ottico e convertito in un segnale elettrico e inviato all'unità di calcolo per l'elaborazione.
Schema del modulo ricetrasmettitore ottico
Con lo sviluppo della tecnologia di integrazione optoelettronica, anche la forma di confezionamento del modulo ricetrasmettitore ottico ha subito alcune modifiche. Prima che si formasse l'industria dei moduli ottici, all'inizio era stata sviluppata dai principali produttori di apparecchiature per le telecomunicazioni. Le interfacce erano varie e non potevano essere utilizzate universalmente. Ciò ha reso i moduli del ricetrasmettitore ottico non intercambiabili. Per lo sviluppo del settore è stato stipulato il "Multi Source Agreement (MSA)" definitivo. Con lo standard MSA, iniziarono ad emergere aziende che si concentrarono in modo indipendente sullo sviluppo di ricetrasmettitori e il settore crebbe.
Il modulo ricetrasmettitore ottico può essere suddiviso in SFP, XFP, QSFP, CFP, ecc. in base al modulo del pacchetto:
· SFP (Small Form-factor Pluggable) è un modulo ricetrasmettitore standard compatto e collegabile per applicazioni di telecomunicazione e comunicazione dati che supporta velocità di trasferimento fino a 10 Gbps.
XFP (10 Gigabit Small Form Factor Pluggable) è un modulo ricetrasmettitore collegabile con fattore di forma ridotto con velocità 10G che supporta più protocolli di comunicazione come 10G Ethernet, 10G Fibre Channel e SONETOC-192. I ricetrasmettitori XFP possono essere utilizzati nelle comunicazioni di dati e mercati delle telecomunicazioni e offrono caratteristiche di consumo energetico migliori rispetto ad altri ricetrasmettitori da 10 Gbps.
QSFP (Quad Small Form-factor Pluggable) è un ricetrasmettitore standard compatto e collegabile per applicazioni di comunicazione dati ad alta velocità. In base alla velocità, il QSFP può essere suddiviso in moduli ottici 4×1G QSFP, 4×10GQSFP+, 4×25G QSFP28. Attualmente QSFP28 è stato ampiamente utilizzato nei data center globali.
· CFP (Centum gigabits Form Pluggable) si basa su un modulo di comunicazione standardizzato a splitting ottico a onda densa con una velocità di trasmissione di 100-400 Gbps. La dimensione del modulo CFP è maggiore di quella di SFP/XFP/QSFP e viene generalmente utilizzata per la trasmissione a lunga distanza come una rete metropolitana.
Modulo ricetrasmettitore ottico per la comunicazione del data center
La comunicazione del data center può essere suddivisa in tre categorie in base al tipo di connessione:
(1) Il data center per l'utente è generato dal comportamento dell'utente finale come la navigazione nella pagina Web, l'invio e la ricezione di e-mail e flussi video accedendo al cloud;
(2) Interconnessione di data center, utilizzata principalmente per la replica dei dati, aggiornamenti di software e sistemi;
(3) All'interno del data center, viene utilizzato principalmente per l'archiviazione, la generazione e l'estrazione di informazioni. Secondo le previsioni di Cisco, la comunicazione interna dei data center rappresenta oltre il 70% delle comunicazioni dei data center e lo sviluppo della costruzione dei data center ha dato origine allo sviluppo di moduli ottici ad alta velocità.
Il traffico dati continua a crescere e la tendenza su larga scala e all'appiattimento dei data center sta guidando lo sviluppo di moduli ottici sotto due aspetti:
· Maggiori requisiti di velocità di trasmissione
· Aumento della domanda di quantità
Attualmente, i requisiti dei moduli ottici dei data center globali sono cambiati da moduli ottici 10/40G a moduli ottici 100G. La promozione cinese Alibaba Cloud diventerà il primo anno di applicazione su larga scala di moduli ottici 100G nel 2018. Si prevede un aggiornamento Moduli ottici 400G nel 2019.
Percorso evolutivo del modulo Ali cloud
La tendenza dei data center su larga scala ha portato ad un aumento dei requisiti di distanza di trasmissione. La distanza di trasmissione delle fibre multimodali è limitata dall'aumento della velocità del segnale e si prevede che verrà gradualmente sostituita dalle fibre monomodali. Il costo del collegamento in fibra è composto da due parti: il modulo ottico e la fibra ottica. Per distanze diverse esistono diverse soluzioni applicabili. Per l'interconnessione a media e lunga distanza necessaria per la comunicazione dei data center, due soluzioni rivoluzionarie nate da MSA:
· PSM4（Modalità singola parallela a 4 corsie）
· CWDM4（Multiplexer a divisione di lunghezza d'onda grossa 4 corsie）
Tra questi, l'utilizzo della fibra PSM4 è quattro volte quello di CWDM4. Quando la distanza del collegamento è lunga, il costo della soluzione CWDM4 è relativamente basso. Dalla tabella seguente possiamo vedere un confronto tra le soluzioni di moduli ottici 100G per data center:
Oggi, la tecnologia di implementazione dei moduli ottici 400G è diventata il fulcro del settore. La funzione principale del modulo ottico 400G è migliorare il throughput dei dati e massimizzare la larghezza di banda e la densità delle porte del data center. La sua tendenza futura è quella di raggiungere un'ampia guadagno, basso rumore, miniaturizzazione e integrazione, per soddisfare le esigenze delle reti wireless di prossima generazione e delle applicazioni di comunicazione per data center su larga scala.
Il primo modulo ottico 400G utilizzava un metodo di modulazione del segnale 25G NRZ (Non-Returnto Zero) a 16 canali in un pacchetto CFP8. Il vantaggio è che la tecnologia di modulazione del segnale 25G NRZ maturata sul modulo ottico 100G può essere presa in prestito, ma lo svantaggio è che 16 segnali devono essere trasmessi in parallelo e il consumo energetico e il volume sono relativamente grandi, il che non è adatto per applicazioni in data center. Nell'attuale modulo ottico 400G, 53G NRZ a 8 canali o 106G PAM4 a 4 canali (4 impulsi Modulazione di ampiezza) la modulazione del segnale viene utilizzata principalmente per realizzare la trasmissione del segnale 400G.
In termini di packaging dei moduli, viene utilizzato OSFP o QSFP-DD ed entrambi i pacchetti possono fornire 8 interfacce di segnale elettrico. In confronto, il package QSFP-DD è di dimensioni più piccole e più adatto per applicazioni di data center; il pacchetto OSFP è leggermente più grande e consuma più energia, rendendolo più adatto alle applicazioni di telecomunicazioni.
Analizza la potenza “core” dei moduli ottici 100G/400G
Abbiamo brevemente introdotto l'implementazione dei moduli ottici 100G e 400G. Negli schemi della soluzione 100G CWDM4, della soluzione 400G CWDM8 e della soluzione 400G CWDM4 si può vedere quanto segue:
Schema CWDM4 100G
Schema 400G CWDM8
Schema 400G CWDM4
Nel modulo ottico, la chiave per realizzare la conversione del segnale fotoelettrico è il fotorilevatore. Per poter finalmente soddisfare questi piani, che tipo di bisogni devi soddisfare dal “nucleo”?
La soluzione CWDM4 100G richiede l'implementazione 4λx25GbE, la soluzione CWDM8 400G richiede l'implementazione 8λx50GbE e la soluzione CWDM4 400G richiede l'implementazione 4λx100GbE. Corrispondente al metodo di modulazione, gli schemi 100G CWDM4 e 400G CWDM8 adottano la modulazione NRZ, che corrisponde rispettivamente alla velocità di modulazione di Dispositivi da 25 Gbd e 53 Gbd. Lo schema CWDM4 400G adotta lo schema di modulazione PAM4, che richiede anche che il dispositivo abbia una velocità di modulazione di 53 Gbd o più.
La velocità di modulazione del dispositivo corrisponde alla larghezza di banda del dispositivo. Per un modulo ottico 100G con banda da 1310 nm, è sufficiente un rilevatore InGaAs con larghezza di banda di 25 GHz o un array di rilevatori.