'네트워크'는 대부분의 현대인에게 '필수품'이 되었습니다.
이렇게 편리한 네트워크 시대가 올 수 있는 이유에는 '광섬유통신 기술'이 필수라고 할 수 있다.
1966년 영국계 중국 수수(Sorghum)가 광섬유 개념을 제안해 전 세계적으로 광섬유 통신 발전의 정점을 촉발시켰다. 1978년 0.8μm에서 작동하는 1세대 광파 시스템이 공식적으로 상용화됐고, 2세대 광파 시스템이 상용화됐다. 초기 다중모드 광섬유를 이용한 통신 시스템은 1980년대 초 급속히 도입됐다. 1990년에는 2.4Gb/s, 1.55μm 속도로 동작하는 3세대 광파 시스템이 상용 통신 서비스를 제공할 수 있게 됐다.
'광통신을 위한 광섬유의 빛 전달'에 획기적인 공헌을 한 '섬유의 아버지' 수수는 2009년 노벨 물리학상을 수상했습니다.
광섬유 통신은 이제 현대 통신의 주요 기둥 중 하나가 되었으며 현대 통신 네트워크에서 중추적인 역할을 하고 있습니다. 또한 세계의 새로운 기술혁명의 중요한 상징이자 미래 정보사회에서 정보를 전달하는 주요 수단으로 여겨지기도 한다.
최근 몇 년 동안 빅데이터, 클라우드 컴퓨팅, 5G, 사물인터넷, 인공지능 등의 응용 시장이 빠르게 발전하고 있습니다. 다가오는 무인 애플리케이션 시장은 데이터 트래픽의 폭발적인 성장을 가져오고 있습니다. 데이터 센터 상호 연결은 점차 광통신 연구로 발전했습니다. 핫스팟.
Google의 대규모 데이터 센터 내부
현재의 데이터 센터는 더 이상 하나 또는 몇 개의 컴퓨터실이 아니라 일련의 데이터 센터 클러스터입니다. 다양한 인터넷 서비스 및 애플리케이션 시장의 정상적인 작업을 달성하려면 데이터 센터가 함께 작동해야 합니다. 실시간 데이터 센터 간 정보의 대규모 상호 작용으로 인해 데이터 센터 상호 연결 네트워크에 대한 수요가 발생했으며 광섬유 통신은 상호 연결을 달성하는 데 필요한 수단이 되었습니다.
기존 통신 액세스 네트워크 전송 장비와 달리 데이터 센터 상호 연결은 더 많은 정보와 더 높은 밀도의 전송을 달성해야 하며, 이를 위해서는 스위칭 장비의 속도가 더 빠르고, 전력 소비가 더 낮으며, 소형화가 필요합니다. 이러한 기능이 가능한지 여부를 결정하는 핵심 요소 중 하나 달성된 것은 광트랜시버 모듈입니다.
광트랜시버 모듈에 대한 기본 지식
정보 네트워크는 주로 광섬유를 전송 매체로 사용하지만 전류 계산 및 분석도 전기 신호를 기반으로 해야 하며 광트랜시버 모듈은 광전 변환을 구현하는 핵심 장치입니다.
광모듈의 핵심부품으로는 Transimitter(Light Emitting Submodule)/Receiver(Light Receiver Submodule) 또는 Transceiver(Optical Transceiver Module), 전기칩 등이 있으며, 렌즈, 스플리터, 컴바이너 등의 수동부품도 포함됩니다. 주변회로 구성.
송신 측: 전기 신호는 송신기에 의해 광 신호로 변환된 후 광 어댑터에 의해 광섬유에 입력됩니다. 수신 측: 광섬유의 광 신호는 광 어댑터를 통해 수신기에 의해 수신됩니다. 전기 신호로 변환되어 처리를 위해 컴퓨팅 장치로 전송됩니다.
광트랜시버 모듈 회로도
광전자 통합 기술의 발전으로 광트랜시버 모듈의 패키징 형태도 일부 변경되었습니다. 광모듈 산업이 형성되기 이전에는 초기에는 주요 통신장비 제조사에 의해 개발되었습니다. 인터페이스가 다양해서 보편적으로 사용할 수는 없었습니다. 이로 인해 광트랜시버 모듈을 상호 교환할 수 없게 되었습니다. 산업 발전을 위해 최종 "멀티 소스 계약(MSA)"이 탄생했습니다. MSA 표준을 통해 독립적으로 트랜시버 개발에 주력하는 회사가 등장하기 시작했고 업계가 성장했습니다.
광 트랜시버 모듈은 패키지 형태에 따라 SFP, XFP, QSFP, CFP 등으로 나눌 수 있습니다.
· SFP(Small Form-factor Pluggable)는 최대 10Gbps의 전송 속도를 지원하는 통신 및 데이터 통신 애플리케이션을 위한 소형 플러그형 트랜시버 모듈 표준입니다.
XFP(10 Gigabit Small Form Factor Pluggable)는 10G 이더넷, 10G 파이버 채널 및 SONETOC-192와 같은 다중 통신 프로토콜을 지원하는 10G 속도 소형 폼 팩터 플러그형 트랜시버 모듈입니다. XFP 트랜시버는 데이터 통신 및 통신 시장에 적합하며 다른 10Gbps 트랜시버보다 더 나은 전력 소비 특성을 제공합니다.
QSFP(Quad Small Form-factor Pluggable)는 고속 데이터 통신 애플리케이션을 위한 소형 플러그형 트랜시버 표준입니다. 속도에 따라 QSFP는 4×1G QSFP, 4×10GQSFP+, 4×25G QSFP28 광 모듈로 나눌 수 있습니다. 현재 QSFP28은 글로벌 데이터 센터에서 널리 사용되고 있습니다.
· CFP(Centum gigabits Form Pluggable)는 전송 속도가 100-400Gbps인 표준화된 조밀파 광분할 통신 모듈을 기반으로 합니다. CFP 모듈은 SFP/XFP/QSFP에 비해 크기가 크며 일반적으로 수도권 네트워크 등 장거리 전송에 사용됩니다.
데이터센터 통신용 광트랜시버 모듈
데이터센터 통신은 연결 유형에 따라 세 가지 범주로 나눌 수 있습니다.
(1) 사용자에 대한 데이터 센터는 웹 페이지 탐색, 클라우드 액세스를 통한 이메일 및 비디오 스트림 송수신과 같은 최종 사용자 행동에 의해 생성됩니다.
(2) 주로 데이터 복제, 소프트웨어 및 시스템 업그레이드에 사용되는 데이터 센터 상호 연결;
(3) 데이터센터 내부에서는 주로 정보의 저장, 생성, 마이닝 등에 사용됩니다. Cisco의 예측에 따르면 데이터센터 내부 통신은 데이터센터 통신의 70% 이상을 차지하며, 데이터센터 건설의 발전은 고속 광모듈의 개발을 낳았습니다.
데이터 트래픽은 계속 증가하고 있으며 데이터 센터의 대규모 및 평탄화 추세는 두 가지 측면에서 광학 모듈의 개발을 주도하고 있습니다.
· 전송 속도 요구 사항 증가
· 수량 수요 증가
현재 글로벌 데이터 센터 광 모듈의 요구 사항은 10/40G 광 모듈에서 100G 광 모듈로 변경되었습니다. 중국의 Alibaba Cloud 프로모션은 2018년에 100G 광 모듈을 대규모로 적용하는 첫 해가 될 것입니다. 2019년 400G 광모듈.
Ali 클라우드 모듈 진화 경로
대규모 데이터 센터의 추세로 인해 전송 거리 요구 사항이 증가했습니다. 다중 모드 광섬유의 전송 거리는 신호 속도의 증가로 인해 제한되며 점차적으로 단일 모드 광섬유로 대체될 것으로 예상됩니다. 광섬유 링크 비용은 광 모듈과 광섬유의 두 부분으로 구성됩니다. 서로 다른 거리에 대해 서로 다른 적용 가능한 솔루션이 있습니다. 데이터 센터 통신에 필요한 중장거리 상호 연결을 위해 MSA에서 탄생한 두 가지 혁신적인 솔루션이 있습니다.
· PSM4(병렬 단일 모드 4레인)
· CWDM4(대파장 분할 멀티플렉서 4레인)
그중 PSM4 광섬유 사용량은 CWDM4의 4배입니다. 링크 거리가 길면 CWDM4 솔루션 비용이 상대적으로 낮습니다. 아래 표에서 데이터 센터 100G 광 모듈 솔루션을 비교해 볼 수 있습니다.
오늘날 400G 광 모듈의 구현 기술은 업계의 초점이 되었습니다. 400G 광 모듈의 주요 기능은 데이터 처리량을 향상시키고 데이터 센터의 대역폭과 포트 밀도를 최대화하는 것입니다. 미래 추세는 넓은 범위를 달성하는 것입니다. 이득, 저잡음, 소형화 및 통합을 통해 차세대 무선 네트워크 및 초대형 데이터 센터 통신 애플리케이션의 요구 사항을 충족합니다.
초기 400G 광모듈은 CFP8 패키지에 16채널 25G NRZ(Non-Returnto Zero) 신호 변조 방식을 사용했다. 장점은 100G 광모듈에서 성숙된 25G NRZ 신호 변조 기술을 차용할 수 있다는 점이지만 단점은 16개의 신호를 병렬로 전송해야 하며 전력 소비와 볼륨이 상대적으로 커서 데이터 센터 애플리케이션에 적합하지 않습니다. 현재 400G 광 모듈에서는 8채널 53G NRZ 또는 4채널 106G PAM4(4 펄스 진폭 변조) 신호 변조는 주로 400G 신호 전송을 실현하는 데 사용됩니다.
모듈 패키징 측면에서 OSFP 또는 QSFP-DD가 사용되며 두 패키지 모두 8개의 전기 신호 인터페이스를 제공할 수 있습니다. 이에 비해 QSFP-DD 패키지는 크기가 더 작고 데이터 센터 애플리케이션에 더 적합합니다. OSFP 패키지는 크기가 약간 더 크고 더 많은 전력을 소비하므로 통신 애플리케이션에 더 적합합니다.
100G/400G 광 모듈의 "핵심" 전력 분석
100G 및 400G 광 모듈 구현에 대해 간략하게 소개했습니다. 100G CWDM4 솔루션, 400G CWDM8 솔루션 및 400G CWDM4 솔루션의 개략도에서 다음을 볼 수 있습니다.
100G CWDM4 회로도
400G CWDM8 회로도
400G CWDM4 회로도
광모듈에서 광전신호변환을 구현하는 핵심은 광검출기이다. 이러한 계획을 최종적으로 충족하려면 "핵심"에서 어떤 요구 사항을 충족해야 합니까?
100G CWDM4 솔루션은 4λx25GbE 구현이 필요하고, 400G CWDM8 솔루션은 8λx50GbE 구현이 필요하며, 400G CWDM4 솔루션은 4λx100GbE 구현이 필요합니다. 변조 방식에 따라 100G CWDM4 및 400G CWDM8 방식은 각각 변조 속도에 해당하는 NRZ 변조를 채택합니다. 25Gbd 및 53Gbd 장치. 400G CWDM4 체계는 PAM4 변조 체계를 채택하며, 이를 위해서는 장치의 변조 속도가 53Gbd 이상이어야 합니다.
장치 변조 속도는 장치 대역폭에 해당합니다. 1310nm 대역 100G 광 모듈의 경우 대역폭 25GHz InGaAs 감지기 또는 감지기 어레이로 충분합니다.