‘Netwerk’ is voor de meeste hedendaagse mensen een ‘noodzaak’ geworden.
De reden waarom zo’n handig netwerktijdperk kan aanbreken, is dat ‘glasvezelcommunicatietechnologie’ onmisbaar is.
In 1966 stelde de Brits-Chinese sorghum het concept van optische vezel voor, wat het hoogtepunt vormde van de wereldwijde ontwikkeling van glasvezelcommunicatie. De eerste generatie lichtgolfsystemen die in 1978 op 0,8 μm werkten, werd officieel in commercieel gebruik genomen, en de tweede generatie lichtgolfsystemen Communicatiesystemen die in de begindagen multimode glasvezel gebruikten, werden snel geïntroduceerd in het begin van de jaren tachtig. In 1990 kon het optische golfsysteem van de derde generatie, dat werkte met 2,4 Gb / s en 1,55 μm, commerciële communicatiediensten leveren.
De ‘vader van de vezels’, sorghum, die een baanbrekende bijdrage leverde aan ‘de transmissie van licht in vezels voor optische communicatie’, ontving in 2009 de Nobelprijs voor de natuurkunde.
Glasvezelcommunicatie is nu een van de belangrijkste pijlers van de moderne communicatie geworden en speelt een centrale rol in moderne telecommunicatienetwerken. Het wordt ook gezien als een belangrijk symbool van de nieuwe technologische revolutie in de wereld en het belangrijkste middel voor de overdracht van informatie in de toekomstige informatiemaatschappij.
De afgelopen jaren heeft de applicatiemarkt van big data, cloud computing, 5G, Internet of Things en kunstmatige intelligentie zich snel ontwikkeld. De onbemande applicatiemarkt die eraan komt, zorgt voor een explosieve groei van het dataverkeer. De interconnectie van datacentra heeft zich geleidelijk ontwikkeld tot onderzoek naar optische communicatie. hotspot.
Binnen in het grote datacenter van Google
Het huidige datacenter bestaat niet langer uit één of enkele computerruimtes, maar uit een reeks datacenterclusters. Om de normale werkzaamheden van verschillende internetdiensten en applicatiemarkten te kunnen verwezenlijken, moeten datacenters samenwerken. De massale interactie van informatie tussen datacentra heeft de vraag naar datacenter-interconnectienetwerken doen ontstaan, en glasvezelcommunicatie is een noodzakelijk middel geworden om interconnectie te bewerkstelligen.
In tegenstelling tot traditionele transmissieapparatuur voor telecomtoegangsnetwerken moet de interconnectie van datacenters meer informatie en een dichtere transmissie bereiken, wat vereist dat schakelapparatuur een hogere snelheid, een lager energieverbruik en meer miniaturisatie heeft. Een van de kernfactoren die bepalen of deze mogelijkheden kunnen worden bereikt bereikt is de optische transceivermodule.
Enige basiskennis over optische transceivermodules
Het informatienetwerk maakt voornamelijk gebruik van optische vezels als transmissiemedium, maar de huidige berekening en analyse moet ook gebaseerd zijn op elektrische signalen, en de optische transceivermodule is het kernapparaat voor het realiseren van foto-elektrische conversie.
De kerncomponenten van de optische module zijn zender (Light Emitting Submodule)/ontvanger (Light Receiving Submodule) of Transceiver (Optical Transceiver Module), elektrische chip, en omvatten ook passieve componenten zoals lenzen, splitters en combiners. Samenstelling van perifere circuits.
Aan de zendende kant: het elektrische signaal wordt door de zender omgezet in een optisch signaal en vervolgens door de optische adapter ingevoerd in de optische vezel; Aan de ontvangende kant: het optische signaal in de optische vezel wordt door de ontvanger ontvangen via de optische adapter en omgezet in een elektrisch signaal en voor verwerking naar de rekeneenheid gestuurd.
Schema van optische transceivermodule
Met de ontwikkeling van opto-elektronische integratietechnologie heeft de verpakkingsvorm van de optische transceivermodule ook enkele veranderingen ondergaan. Voordat de optische module-industrie werd gevormd, werd deze in de beginperiode ontwikkeld door de grote fabrikanten van telecomapparatuur. De interfaces waren gevarieerd en konden niet universeel worden gebruikt. Hierdoor waren de optische transceivermodules niet uitwisselbaar. Voor de ontwikkeling van de industrie kwam de uiteindelijke “Multi Source Agreement (MSA)” tot stand. Met de MSA-standaard ontstonden bedrijven die zich onafhankelijk concentreerden op de ontwikkeling van Transceiver, en de industrie groeide.
De optische transceivermodule kan worden onderverdeeld in SFP, XFP, QSFP, CFP, enz. volgens de pakketvorm:
· SFP (Small Form-factor Pluggable) is een compacte, inplugbare standaard voor zendontvangermodules voor telecom- en datacomtoepassingen die overdrachtssnelheden tot 10 Gbps ondersteunt.
De XFP (10 Gigabit Small Form Factor Pluggable) is een inplugbare transceivermodule met een kleine vormfactor van 10G die meerdere communicatieprotocollen ondersteunt, zoals 10G Ethernet, 10G Fibre Channel en SONETOC-192.XFP-transceivers kunnen worden gebruikt in de datacommunicatie en telecommunicatiemarkten en bieden betere stroomverbruikkenmerken dan andere 10Gbps-transceivers.
QSFP (Quad Small Form-factor Pluggable) is een compacte, inplugbare transceiverstandaard voor snelle datacommunicatietoepassingen. Afhankelijk van de snelheid kan de QSFP worden onderverdeeld in 4×1G QSFP, 4×10GQSFP+, 4×25G QSFP28 optische modules. Momenteel wordt QSFP28 op grote schaal gebruikt in wereldwijde datacenters.
· CFP (Centum gigabits Form Pluggable) is gebaseerd op een gestandaardiseerde optische splitsende communicatiemodule met hoge golven en een transmissiesnelheid van 100-400 Gbps. De grootte van de CFP-module is groter dan die van de SFP/XFP/QSFP en wordt over het algemeen gebruikt voor transmissie over lange afstanden, zoals een grootstedelijk netwerk.
Optische transceivermodule voor datacentercommunicatie
Datacentercommunicatie kan worden onderverdeeld in drie categorieën, afhankelijk van het type verbinding:
(1) Het datacenter voor de gebruiker wordt gegenereerd door het gedrag van de eindgebruiker, zoals surfen op de webpagina, het verzenden en ontvangen van e-mails en videostreams door toegang te krijgen tot de cloud;
(2) Interconnectie van datacentra, voornamelijk gebruikt voor datareplicatie, software- en systeemupgrades;
(3) Binnen het datacenter wordt het voornamelijk gebruikt voor informatieopslag, -generatie en -mining. Volgens de voorspelling van Cisco is de interne communicatie in datacenters verantwoordelijk voor meer dan 70% van de datacentercommunicatie, en heeft de ontwikkeling van de datacenterconstructie geleid tot de ontwikkeling van snelle optische modules.
Het dataverkeer blijft groeien en de grootschalige en afvlakkende trend in het datacenter stimuleert de ontwikkeling van optische modules in twee aspecten:
· Hogere eisen aan de transmissiesnelheid
· Toename van de vraag naar hoeveelheden
Op dit moment zijn de eisen aan optische modules voor wereldwijde datacenters veranderd van 10/40G optische modules naar 100G optische modules. De Chinese Alibaba Cloud Promotion wordt het eerste jaar van grootschalige toepassing van 100G optische modules in 2018. Er wordt verwacht dat deze zal worden geüpgraded 400G optische modules in 2019.
Evolutiepad van de Ali-cloudmodule
De trend van grootschalige datacenters heeft geleid tot een toename van de vereisten voor transmissieafstanden. De transmissieafstand van multimode-vezels wordt beperkt door de toename van de signaalsnelheid en zal naar verwachting geleidelijk worden vervangen door single-mode-vezels. De kosten van de glasvezelverbinding bestaan uit twee delen: de optische module en de optische vezel. Voor verschillende afstanden zijn er verschillende toepasbare oplossingen. Voor de middellange tot lange afstandsinterconnectie die nodig is voor datacentercommunicatie zijn er twee revolutionaire oplossingen van MSA:
· PSM4 (Parallelle enkele modus 4 rijstroken)
· CWDM4 (grove golflengteverdelingsmultiplexer 4 rijstroken)
Onder hen is het gebruik van PSM4-vezels vier keer zo groot als dat van CWDM4. Wanneer de verbindingsafstand lang is, zijn de kosten van de CWDM4-oplossing relatief laag. In de onderstaande tabel kunnen we een vergelijking zien van de 100G optische moduleoplossingen voor datacenters:
Tegenwoordig is de implementatietechnologie van 400G optische modules de focus van de industrie geworden. De belangrijkste functie van de 400G optische module is het verbeteren van de datadoorvoer en het maximaliseren van de bandbreedte en poortdichtheid van het datacenter. De toekomstige trend is het bereiken van brede versterking, weinig ruis, miniaturisatie en integratie, om te voldoen aan de behoeften van draadloze netwerken van de volgende generatie en communicatietoepassingen op ultragrote schaal in datacenters.
De vroege 400G optische module gebruikte een 16-kanaals 25G NRZ-signaalmodulatiemethode (Non-Returnto Zero) in een CFP8-pakket. Het voordeel is dat de 25G NRZ-signaalmodulatietechnologie die is ontwikkeld op de 100G optische module kan worden geleend, maar het nadeel is dat er 16 signalen parallel moeten worden verzonden en dat het stroomverbruik en het volume relatief groot zijn, wat niet geschikt is voor datacentertoepassingen. In de huidige 400G optische module, 8-kanaals 53G NRZ of 4-kanaals 106G PAM4 (4 Pulse Amplitude Modulatie) signaalmodulatie wordt voornamelijk gebruikt om 400G-signaaloverdracht te realiseren.
Wat de moduleverpakking betreft, wordt OSFP of QSFP-DD gebruikt, en beide pakketten kunnen 8 elektrische signaalinterfaces bieden. Ter vergelijking: het QSFP-DD-pakket is kleiner van formaat en geschikter voor datacentertoepassingen; het OSFP-pakket is iets groter van formaat en verbruikt meer stroom, waardoor het beter geschikt is voor telecomtoepassingen.
Analyseer de “kern”-kracht van 100G/400G optische modules
We hebben kort de implementatie van 100G- en 400G-optische modules geïntroduceerd. Het volgende is te zien in de schematische diagrammen van de 100G CWDM4-oplossing, de 400G CWDM8-oplossing en de 400G CWDM4-oplossing:
100G CWDM4-schema
400G CWDM8-schema
400G CWDM4-schema
In de optische module is de fotodetector de sleutel om foto-elektrische signaalconversie te realiseren. Om uiteindelijk aan deze plannen te voldoen, aan welke behoeften moet je vanuit de ‘kern’ voldoen?
De 100G CWDM4-oplossing vereist een implementatie van 4λx25GbE, de 400G CWDM8-oplossing vereist een implementatie van 8λx50GbE en de 400G CWDM4-oplossing vereist een implementatie van 4λx100GbE. Overeenkomstig de modulatiemethode gebruiken de 100G CWDM4- en 400G CWDM8-schema's NRZ-modulatie, die respectievelijk overeenkomen met de modulatiesnelheid van 25Gbd- en 53Gbd-apparaten. Het 400G CWDM4-schema maakt gebruik van het PAM4-modulatieschema, waarbij ook vereist is dat het apparaat een modulatiesnelheid van 53Gbd of meer heeft.
De modulatiesnelheid van het apparaat komt overeen met de bandbreedte van het apparaat. Voor een 1310 nm-band 100G optische module is een InGaAs-detector of detectorarray met een bandbreedte van 25 GHz voldoende.