"Tīkls" ir kļuvis par "nepieciešamību" lielākajai daļai mūsdienu cilvēku.
Iemesls, kāpēc var pienākt tik ērta tīkla ēra, var teikt, ka “šķiedru optikas sakaru tehnoloģija” ir neaizstājama.
1966. gadā britu ķīniešu sorgo ierosināja optiskās šķiedras koncepciju, kas aizdedzināja optisko šķiedru sakaru attīstības kulmināciju visā pasaulē. Pirmās paaudzes gaismas viļņu sistēmas, kas darbojās ar 0,8 μm 1978. gadā, tika oficiāli nodotas komerciālai lietošanai, bet otrā gaismas viļņu paaudze sakaru sistēmas, kas pirmajās dienās izmantoja daudzmodu šķiedru, tika ātri ieviestas 1980. gadu sākumā. Līdz 1990. gadam trešās paaudzes optisko viļņu sistēma, kas darbojās ar ātrumu 2,4 Gb/s un 1,55 μm, spēja nodrošināt komerciālus sakaru pakalpojumus.
“Šķiedru tēvam” sorgo, kurš sniedza izrāvienu ieguldījumu “gaismas pārraidē optiskajā komunikācijā šķiedrā”, tika piešķirta 2009. gada Nobela prēmija fizikā.
Optiskās šķiedras sakari tagad ir kļuvuši par vienu no galvenajiem mūsdienu sakaru pīlāriem, kam ir galvenā loma mūsdienu telekomunikāciju tīklos. Tas tiek uzskatīts arī par nozīmīgu pasaules jaunās tehnoloģiskās revolūcijas simbolu un galveno informācijas pārraides līdzekli nākotnes informācijas sabiedrībā.
Pēdējos gados strauji attīstījies lielo datu, mākoņdatošanas, 5G, lietiskā interneta un mākslīgā intelekta lietojumprogrammu tirgus. Nākamais bezpilota lietojumprogrammu tirgus rada strauju datu plūsmas pieaugumu. Datu centru starpsavienojumi pakāpeniski ir attīstījušies optiskās komunikācijas izpētē. karstais punkts.
Google lielajā datu centrā
Pašreizējais datu centrs vairs nav tikai viena vai dažas datortelpas, bet gan datu centru kopu kopums.Lai nodrošinātu dažādu interneta pakalpojumu un lietojumprogrammu tirgu normālu darbību, datu centriem ir jāsadarbojas.Reālā laika un masveida informācijas mijiedarbība starp datu centriem ir radījusi pieprasījumu pēc datu centru starpsavienojumu tīkliem, un optiskās šķiedras sakari ir kļuvuši par nepieciešamu līdzekli starpsavienojuma sasniegšanai.
Atšķirībā no tradicionālajām telekomunikāciju piekļuves tīkla pārraides iekārtām, datu centru starpsavienojumam ir jāpanāk vairāk informācijas un blīvāka pārraide, tādēļ komutācijas iekārtām ir nepieciešams lielāks ātrums, mazāks enerģijas patēriņš un lielāka miniaturizācija. Viens no galvenajiem faktoriem, kas nosaka, vai šīs iespējas var būt sasniegts ir optiskā raiduztvērēja modulis.
Dažas pamatzināšanas par optisko raiduztvērēju moduļiem
Informācijas tīkls galvenokārt izmanto optisko šķiedru kā pārraides līdzekli, taču strāvas aprēķinam un analīzei ir jābalstās arī uz elektriskiem signāliem, un optiskā raiduztvērēja modulis ir galvenā ierīce fotoelektriskās pārveidošanas īstenošanai.
Optiskā moduļa galvenie komponenti ir raidītājs (gaismas izstarojošais apakšmodulis)/uztvērējs (gaismas uztveršanas apakšmodulis) vai raiduztvērējs (optiskā uztvērēja modulis), elektriskā mikroshēma, kā arī pasīvās sastāvdaļas, piemēram, lēcas, sadalītāji un kombinētāji. Perifērijas ķēdes sastāvs.
Raidīšanas galā: elektrisko signālu pārvērš optiskā signālā ar raidītāju, un pēc tam optiskajā adapterī ievada optisko šķiedru; uztveršanas galā: uztvērējs uztver optisko signālu, izmantojot optisko adapteri. un pārveidots elektriskajā signālā un nosūtīts uz skaitļošanas bloku apstrādei.
Optiskā raiduztvērēja moduļa shēma
Attīstoties optoelektroniskās integrācijas tehnoloģijai, dažas izmaiņas ir notikušas arī optiskā raiduztvērēja moduļa iepakojuma formā. Pirms optisko moduļu nozares izveidošanas to pirmajās dienās izstrādāja lielākie telekomunikāciju iekārtu ražotāji. Saskarnes bija dažādas, un tās nevarēja izmantot universāli. Tas padarīja optisko raiduztvērēju moduļus nesamaināmus. Nozares attīstībai tika izveidots galīgais “Multi Source Agreement (MSA)”. Ar MSA standartu sāka parādīties uzņēmumi, kas neatkarīgi koncentrējās uz raiduztvērēja izstrādi, un nozare pieauga.
Optiskā raiduztvērēja moduli var iedalīt SFP, XFP, QSFP, CFP utt. atbilstoši iepakojuma formai:
· SFP (Small Form-factor Pluggable) ir kompakts, pievienojams raiduztvērēja moduļa standarts telekomunikāciju un datu sakaru lietojumprogrammām, kas atbalsta pārsūtīšanas ātrumu līdz 10 Gbps.
XFP (10 Gigabit Small Form Factor Pluggable) ir 10 G ātruma maza formas faktora pievienojams raiduztvērēja modulis, kas atbalsta vairākus sakaru protokolus, piemēram, 10G Ethernet, 10G Fibre Channel un SONETOC-192.XFP raiduztvērējus var izmantot datu sakariem un telekomunikāciju tirgos un piedāvā labākus enerģijas patēriņa raksturlielumus nekā citi 10 Gbps raiduztvērēji.
QSFP (Quad Small Form-factor Pluggable) ir kompakts, pievienojams raiduztvērēja standarts ātrgaitas datu komunikācijas lietojumprogrammām. Atbilstoši ātrumam QSFP var iedalīt 4×1G QSFP, 4×10GQSFP+, 4×25G QSFP28 optiskajos moduļos. Pašlaik QSFP28 ir plaši izmantots globālajos datu centros.
· CFP (Centum gigabits Form Pluggable) pamatā ir standartizēts blīvu viļņu optiskās sadalīšanas sakaru modulis ar pārraides ātrumu 100-400 Gbps. CFP moduļa izmērs ir lielāks nekā SFP/XFP/QSFP, un to parasti izmanto liela attāluma pārraidei, piemēram, metropoles tīkla tīklā.
Optiskais raiduztvērēja modulis datu centra komunikācijai
Datu centra komunikāciju var iedalīt trīs kategorijās atkarībā no savienojuma veida:
(1) datu centru lietotājam ģenerē galalietotāja uzvedība, piemēram, tīmekļa lapas pārlūkošana, e-pasta ziņojumu un video straumju sūtīšana un saņemšana, piekļūstot mākonim;
(2) datu centru starpsavienojums, ko galvenokārt izmanto datu replikācijai, programmatūras un sistēmas jauninājumiem;
(3) Datu centrā to galvenokārt izmanto informācijas glabāšanai, ģenerēšanai un ieguvei. Saskaņā ar Cisco prognozēm, datu centra iekšējā komunikācija veido vairāk nekā 70% no datu centra komunikācijas, un datu centru būvniecības attīstība ir radījusi ātrdarbīgu optisko moduļu attīstību.
Datu datplūsma turpina pieaugt, un datu centra vērienīgā un vienmērīgā tendence virza optisko moduļu attīstību divos aspektos:
· Paaugstinātas pārraides ātruma prasības
· Daudzuma pieprasījuma pieaugums
Pašlaik globālo datu centra optisko moduļu prasības ir mainījušās no 10/40G optiskajiem moduļiem uz 100G optiskajiem moduļiem. Ķīnas Alibaba Cloud Promotion kļūs par pirmo gadu liela mēroga 100G optisko moduļu izmantošanai 2018. gadā. Paredzams, ka tas tiks jaunināts. 400G optiskie moduļi 2019. gadā.
Ali mākoņa moduļa evolūcijas ceļš
Liela mēroga datu centru tendence ir palielinājusi pārraides attāluma prasības. Daudzmodu šķiedru pārraides attālumu ierobežo signāla ātruma palielināšanās, un ir paredzams, ka tās pakāpeniski aizstās ar vienmodu šķiedrām. Šķiedras saites izmaksas sastāv no divām daļām: optiskā moduļa un optiskās šķiedras. Dažādiem attālumiem ir dažādi piemērojami risinājumi. Vidēja un liela attāluma starpsavienojumam, kas nepieciešams datu centra saziņai, ir divi revolucionāri risinājumi, kas radušies no MSA:
· PSM4 (paralēlā viena režīma 4 joslas)
· CWDM4 (rupja viļņa garuma dalīšanas multiplekseris, 4 joslas)
Tostarp PSM4 šķiedras lietojums ir četras reizes lielāks nekā CWDM4. Ja saites attālums ir garš, CWDM4 risinājuma izmaksas ir salīdzinoši zemas. Zemāk esošajā tabulā redzams datu centra 100G optiskā moduļa risinājumu salīdzinājums:
Mūsdienās 400G optisko moduļu ieviešanas tehnoloģija ir kļuvusi par nozares uzmanības centrā. 400G optiskā moduļa galvenā funkcija ir uzlabot datu caurlaidspēju un maksimāli palielināt datu centra joslas platumu un portu blīvumu. Tā nākotnes tendence ir sasniegt plašu pastiprinājums, zems trokšņa līmenis, miniaturizācija un integrācija, lai apmierinātu nākamās paaudzes bezvadu tīklu un īpaši liela mēroga datu centru sakaru lietojumprogrammu vajadzības.
Sākotnējais 400G optiskais modulis izmantoja 16 kanālu 25G NRZ (Non-Returnto Zero) signāla modulācijas metodi CFP8 pakotnē. Priekšrocība ir tāda, ka 25G NRZ signāla modulācijas tehnoloģiju, kas izstrādāta uz 100G optiskā moduļa, var aizņemties, taču trūkums ir ka paralēli jāpārraida 16 signāli, kā arī elektroenerģijas patēriņš un apjoms ir salīdzinoši liels, kas nav piemērots datu centra lietojumprogrammām.Pašreizējā 400G optiskajā modulī 8 kanālu 53G NRZ vai 4 kanālu 106G PAM4 (4 impulsu Amplitūdas modulācija) signāla modulāciju galvenokārt izmanto, lai realizētu 400G signāla pārraidi.
Runājot par moduļu iepakojumu, tiek izmantots OSFP vai QSFP-DD, un abas paketes var nodrošināt 8 elektrisko signālu saskarnes. Salīdzinājumam QSFP-DD pakotne ir mazāka izmēra un vairāk piemērota datu centra lietojumprogrammām; OSFP pakotne ir nedaudz lielāka izmēra un patērē vairāk enerģijas, padarot to piemērotāku telekomunikāciju lietojumprogrammām.
Analizējiet 100G/400G optisko moduļu “galveno” jaudu
Esam īsi iepazīstinājuši ar 100G un 400G optisko moduļu ieviešanu. 100G CWDM4 risinājuma, 400G CWDM8 risinājuma un 400G CWDM4 risinājuma shematiskajās diagrammās var redzēt sekojošo:
100G CWDM4 shēma
400G CWDM8 shēma
400G CWDM4 shēma
Optiskajā modulī galvenais, lai realizētu fotoelektriskā signāla pārveidošanu, ir fotodetektors. Lai beidzot īstenotu šos plānus, kādas vajadzības jums jāapmierina no “kodola”?
100G CWDM4 risinājumam ir nepieciešama 4λx25GbE ieviešana, 400G CWDM8 risinājumam ir nepieciešama 8λx50GbE ieviešana, un 400G CWDM4 risinājumam ir nepieciešama 4λx100GbE ieviešana. Atbilstoši modulācijas metodei 100G CWDM4 modulācija atbilst NR400GbE un attiecīgi NR400 modulācijai likme no 25 Gbd un 53 Gbd ierīces. 400 G CWDM4 shēmā tiek izmantota PAM4 modulācijas shēma, kas arī nosaka, ka ierīces modulācijas ātrumam ir jābūt 53 Gbd vai vairāk.
Ierīces modulācijas ātrums atbilst ierīces joslas platumam. 1310nm joslas 100G optiskajam modulim pietiek ar 25GHz InGaAs detektoru vai detektoru bloku.