«Желі» қазіргі адамдардың көпшілігі үшін «қажет» болды.
Осындай ыңғайлы желілік дәуірдің келуіне «талшықты-оптикалық байланыс технологиясы» қажет деп айтуға болады.
1966 жылы британдық қытай құмайы оптикалық талшық тұжырымдамасын ұсынды, ол бүкіл әлемде оптикалық талшықты байланысты дамытудың шарықтау шегін тудырды. 1978 жылы 0,8 мкм-де жұмыс істейтін жеңіл толқындық жүйелердің бірінші буыны ресми түрде коммерциялық қолданысқа енгізілді, ал жарық толқынының екінші буыны. Алғашқы күндерде мультимодалы талшықты пайдаланатын байланыс жүйелері 1980 жылдардың басында тез енгізілді. 1990 жылға қарай 2,4 Гб/с және 1,55 мкм жылдамдықта жұмыс істейтін үшінші буынның оптикалық толқындық жүйесі коммерциялық байланыс қызметтерін ұсына алды.
«Оптикалық байланыс үшін талшықтағы жарықтың өтуіне» серпінді үлес қосқан «талшықтың атасы» құмай 2009 жылы физика бойынша Нобель сыйлығына ие болды.
Оптикалық талшықты байланыс қазіргі уақытта телекоммуникация желілерінде шешуші рөл атқара отырып, қазіргі заманғы байланыстың негізгі тіректерінің біріне айналды. Ол сондай-ақ әлемдік жаңа технологиялық революцияның маңызды нышаны және болашақ ақпараттық қоғамда ақпарат берудің негізгі құралы ретінде қарастырылады.
Соңғы жылдары үлкен деректер, бұлттық есептеулер, 5G, заттар интернеті және жасанды интеллект қолданбалы нарығы қарқынды дамыды. Келе жатқан ұшқышсыз қолданбалар нарығы деректер трафигіне қарқынды өсу әкеледі. Деректер орталығының өзара байланысы бірте-бірте оптикалық байланыс зерттеулеріне айналды. ыстық нүкте.
Google-дың үлкен деректер орталығының ішінде
Қазіргі деректер орталығы енді бір немесе бірнеше компьютерлік бөлмелер емес, деректер орталығының кластерлерінің жиынтығы. Әртүрлі Интернет қызметтері мен қолданбалы нарықтардың қалыпты жұмысына қол жеткізу үшін деректер орталықтары бірге жұмыс істеуі керек. Нақты уақыт режимі және деректер орталықтары арасындағы ақпараттың жаппай өзара әрекеттесуі деректер орталығының өзара қосылу желілеріне сұранысты тудырды, ал оптикалық талшықты байланыс өзара қосылуға қол жеткізудің қажетті құралы болды.
Дәстүрлі телекоммуникациялық қатынау желісін тарату жабдығынан айырмашылығы, деректер орталығының өзара қосылуы көбірек ақпарат пен тығызырақ берілімге қол жеткізуі керек, бұл коммутациялық жабдықтың жылдамдығының жоғары болуын, қуатты аз тұтынуды және көбірек кішірейтуді талап етеді. Бұл мүмкіндіктердің болуын анықтайтын негізгі факторлардың бірі қол жеткізілген оптикалық қабылдағыш модулі.
Оптикалық қабылдағыш модульдер туралы кейбір негізгі білім
Ақпараттық желі негізінен тарату ортасы ретінде оптикалық талшықты пайдаланады, бірақ ағымдағы есептеулер мен талдаулар да электрлік сигналдарға негізделуі керек, ал оптикалық қабылдағыш модулі фотоэлектрлік түрлендіруді жүзеге асырудың негізгі құрылғысы болып табылады.
Оптикалық модульдің негізгі құрамдас бөліктері – таратқыш (жарық шығаратын субмодуль)/қабылдағыш (жарық қабылдаушы қосалқы модуль) немесе қабылдағыш (оптикалық қабылдағыш модулі), электрлік чип, сонымен қатар линзалар, бөлгіштер және біріктіргіштер сияқты пассивті құрамдастарды қамтиды. Перифериялық контурдың құрамы.
Таратушы жақта: электрлік сигналды трансмиттердің көмегімен оптикалық сигналға түрлендіреді, содан кейін оптикалық адаптер арқылы оптикалық талшыққа енгізеді; Қабылдаушы жағында: оптикалық талшықтағы оптикалық сигналды оптикалық адаптер арқылы қабылдағыш қабылдайды. және электрлік сигналға түрлендіріледі және өңдеу үшін есептеу блогына жіберіледі.
Оптикалық қабылдағыш модулінің схемасы
Оптоэлектронды интеграциялық технологияның дамуымен оптикалық қабылдағыш модулінің орау нысаны да біршама өзгерістерге ұшырады. Оптикалық модуль өнеркәсібі құрылмай тұрып, оны алғашқы күндерде телекоммуникациялық жабдықты негізгі өндірушілер әзірледі. Интерфейстер әртүрлі болды және оларды әмбебап қолдану мүмкін болмады. Бұл оптикалық қабылдағыш модульдерін бір-бірін алмастыруға мүмкіндік бермеді. Өнеркәсіпті дамыту үшін түпкілікті «Көпкөзді пайдалану туралы келісім (MSA)» жасалды. MSA стандартымен трансиверді дамытуға өз бетінше назар аударған компаниялар пайда бола бастады және сала көтерілді.
Оптикалық қабылдағыш модулін бума пішіні бойынша SFP, XFP, QSFP, CFP және т.б. бөлуге болады:
· SFP (Small Form-factor Pluggable) – 10 Гбит/с дейін тасымалдау жылдамдығын қолдайтын телекоммуникация және датаком қолданбаларына арналған ықшам, қосылатын қабылдағыш модуль стандарты.
XFP (10 гигабиттік шағын пішін факторы қосылатын) 10G Ethernet, 10G талшықты арна және SONETOC-192.XFP трансиверлері сияқты бірнеше байланыс протоколдарын қолдайтын 10G жылдамдықты шағын пішін факторы қосылатын қабылдағыш модулі болып табылады. телекоммуникация нарықтары және басқа 10 Гбит/с қабылдағыштарға қарағанда жақсырақ қуат тұтыну сипаттамаларын ұсынады.
QSFP (Quad Small Form-factor Pluggable) – жоғары жылдамдықты деректер байланысы қолданбаларына арналған ықшам, қосылатын трансивер стандарты. Жылдамдығы бойынша QSFP 4×1G QSFP, 4×10GQSFP+, 4×25G QSFP28 оптикалық модульдерге бөлінеді. Қазіргі уақытта QSFP28 жаһандық деректер орталықтарында кеңінен қолданылады.
· CFP (Centum gigabits Form Pluggable) беру жылдамдығы 100-400 Гбит/с стандартталған тығыз толқынды оптикалық бөлу байланыс модуліне негізделген. CFP модулінің өлшемі SFP/XFP/QSFP өлшемінен үлкенірек және әдетте метрополитен желісі сияқты қалааралық тарату үшін пайдаланылады.
Деректер орталығының байланысы үшін оптикалық трансивер модулі
Қосылу түріне қарай деректер орталығының байланысын үш санатқа бөлуге болады:
(1) Пайдаланушыға арналған деректер орталығы веб-бетті шолу, бұлтқа кіру арқылы электрондық хаттарды және бейне ағындарын жіберу және алу сияқты соңғы пайдаланушы әрекетімен жасалады;
(2) Негізінен деректерді көшіру, бағдарламалық қамтамасыз ету және жүйені жаңарту үшін пайдаланылатын деректер орталығының өзара байланысы;
(3) Деректер орталығының ішінде ол негізінен ақпаратты сақтау, өндіру және өндіру үшін қолданылады. Cisco болжамы бойынша, деректер орталығының ішкі байланысы деректер орталығының байланысының 70%-дан астамын құрайды, ал деректер орталығы құрылысының дамуы жоғары жылдамдықты оптикалық модульдердің дамуына түрткі болды.
Деректер трафигі өсуде және деректер орталығының кең ауқымды және тегістеу тенденциясы оптикалық модульдердің екі аспектіде дамуын ынталандырады:
· Тасымалдау жылдамдығына қойылатын талаптардың жоғарылауы
· Сандық сұраныстың артуы
Қазіргі уақытта жаһандық деректер орталығының оптикалық модульдерінің талаптары 10/40G оптикалық модульдерден 100G оптикалық модульдерге өзгерді. Қытайдың Alibaba Cloud Promotion 2018 жылы 100G оптикалық модульдерін кең ауқымды қолданудың бірінші жылы болады. Оны жаңарту күтілуде. 2019 жылы 400G оптикалық модульдер.
Али бұлтты модулінің эволюция жолы
Кең ауқымды деректер орталықтарының тенденциясы тасымалдау қашықтығына қойылатын талаптардың артуына әкелді. Көпмодалы талшықтардың берілу қашықтығы сигнал жылдамдығының ұлғаюымен шектеледі және біртіндеп бір модты талшықтармен ауыстырылады деп күтілуде. Талшықты байланыс құны екі бөліктен тұрады: оптикалық модуль және оптикалық талшық. Әр түрлі қашықтықтар үшін әртүрлі қолданылатын шешімдер бар. Деректер орталығының байланысы үшін қажет орта және ұзақ қашықтыққа арналған өзара байланыс үшін MSA-дан туған екі революциялық шешім бар:
· PSM4（Параллельді жалғыз режим 4 жолақ）
· CWDM4（Дөрекі толқын ұзындығын бөлу мультиплексері 4 жолақты）
Олардың ішінде PSM4 талшықты пайдалану CWDM4-тен төрт есе көп. Байланыс қашықтығы ұзақ болса, CWDM4 шешімінің құны салыстырмалы түрде төмен болады. Төмендегі кестеден деректер орталығының 100G оптикалық модулі шешімдерінің салыстыруын көре аламыз:
Бүгінгі таңда 400G оптикалық модульдерін енгізу технологиясы саланың басты назарына айналды. 400G оптикалық модулінің негізгі функциясы деректер өткізу қабілетін жақсарту және деректер орталығының өткізу қабілеті мен порт тығыздығын барынша арттыру болып табылады. Оның болашақ тренді кең ауқымға қол жеткізу болып табылады. жаңа буын сымсыз желілер мен ультра ауқымды деректер орталығының байланыс қолданбаларының қажеттіліктерін қанағаттандыру үшін пайда, төмен шу, миниатюризация және интеграция.
Ертедегі 400G оптикалық модулі CFP8 пакетінде 16 арналы 25G NRZ (қайтарылмайтын нөл) сигналды модуляциялау әдісін пайдаланды. Артықшылығы мынада: 100G оптикалық модулінде жетілген 25G NRZ сигнал модуляциясының технологиясын алуға болады, бірақ кемшілігі мынада: 16 сигналдың параллель берілуі қажет екенін және қуат тұтынуы мен көлемі салыстырмалы түрде үлкен, бұл деректер орталығының қолданбалары үшін жарамсыз. Қазіргі 400G оптикалық модулінде 8 арналы 53G NRZ немесе 4 арналы 106G PAM4 (4 импульс) Амплитудалық модуляция) сигнал модуляциясы негізінен 400G сигнал беруді жүзеге асыру үшін қолданылады.
Модульді орау тұрғысынан алғанда, OSFP немесе QSFP-DD пайдаланылады және екі бума да 8 электрлік сигнал интерфейсін қамтамасыз ете алады. Салыстырмалы түрде, QSFP-DD пакетінің өлшемі кішірек және деректер орталығының қолданбалары үшін қолайлы; OSFP пакетінің өлшемі сәл үлкенірек және көбірек қуат тұтынады, бұл оны телекоммуникациялық қолданбалар үшін қолайлы етеді.
100G/400G оптикалық модульдерінің «негізгі» қуатын талдаңыз
Біз 100G және 400G оптикалық модульдерін енгізуді қысқаша таныстырдық. Төмендегілерді 100G CWDM4 шешімі, 400G CWDM8 шешімі және 400G CWDM4 шешімінің схемалық диаграммаларынан көруге болады:
100G CWDM4 схемасы
400G CWDM8 схемасы
400G CWDM4 схемасы
Оптикалық модульде фотоэлектрлік сигналды түрлендіруді жүзеге асырудың кілті фотодетектор болып табылады. Осы жоспарларды түпкілікті орындау үшін «негізінен» қандай қажеттіліктерді қанағаттандыру керек?
100G CWDM4 шешімі 4λx25GbE енгізуді қажет етеді, 400G CWDM8 шешімі 8λx50GbE енгізуді қажет етеді және 400G CWDM4 шешімі 4λx100GbE іске асыруды қажет етеді. Модуляция әдісіне сәйкес, 100G CWDM4 модуліне сәйкес келетін CWDM4 және сәйкес келетін CWDM4 модуляция жылдамдығына 25Gbd және 53Gbd құрылғылар. 400G CWDM4 схемасы PAM4 модуляция схемасын қабылдайды, ол да құрылғының модуляция жылдамдығы 53Gbd немесе одан жоғары болуын талап етеді.
Құрылғы модуляциясының жылдамдығы құрылғының өткізу қабілетіне сәйкес келеді. 1310 нм жолағы 100G оптикалық модулі үшін өткізу қабілеттілігі 25 ГГц InGaAs детекторы немесе детектор массиві жеткілікті.