“Rede” tornou-se uma “necessidade” para a maioria das pessoas contemporâneas.
A razão pela qual uma era de rede tão conveniente pode surgir é que a “tecnologia de comunicação de fibra óptica” pode ser considerada indispensável.
Em 1966, o sorgo chinês britânico propôs o conceito de fibra óptica, que deu início ao clímax do desenvolvimento da comunicação por fibra óptica em todo o mundo. A primeira geração de sistemas de ondas luminosas operando a 0,8 μm em 1978 foi oficialmente colocada em uso comercial, e a segunda geração de ondas luminosas os sistemas de comunicação que usavam fibra multimodo nos primeiros dias foram rapidamente introduzidos no início da década de 1980. Em 1990, o sistema de ondas ópticas de terceira geração operando a 2,4 Gb/s e 1,55 μm foi capaz de fornecer serviços de comunicação comercial.
O sorgo “pai da fibra”, que deu uma contribuição inovadora para “a transmissão de luz em fibra para comunicação óptica”, recebeu o Prêmio Nobel de Física de 2009.
A comunicação por fibra óptica tornou-se agora um dos principais pilares da comunicação moderna, desempenhando um papel fundamental nas modernas redes de telecomunicações. É também visto como um símbolo importante da nova revolução tecnológica mundial e o principal meio de transmissão de informação na futura sociedade da informação.
Nos últimos anos, o mercado de aplicações de big data, computação em nuvem, 5G, Internet das Coisas e inteligência artificial desenvolveu-se rapidamente. O mercado de aplicações não tripuladas que está a chegar está a trazer um crescimento explosivo ao tráfego de dados. A interconexão de data centers desenvolveu-se gradualmente em pesquisas de comunicação óptica. ponto quente.
Dentro do grande data center do Google
O data center atual não é mais apenas uma ou algumas salas de computadores, mas um conjunto de clusters de data centers.Para alcançar o funcionamento normal de vários serviços de Internet e mercados de aplicativos, os data centers precisam trabalhar juntos.O tempo real e a interação massiva de informações entre data centers criou a demanda por redes de interconexão de data centers, e a comunicação por fibra óptica tornou-se um meio necessário para alcançar a interconexão.
Ao contrário dos equipamentos tradicionais de transmissão de rede de acesso de telecomunicações, a interconexão do data center precisa obter mais informações e uma transmissão mais densa, o que exige que os equipamentos de comutação tenham maior velocidade, menor consumo de energia e mais miniaturização.Um dos principais fatores que determinam se esses recursos podem ser alcançado é o módulo transceptor óptico.
Alguns conhecimentos básicos sobre módulos transceptores ópticos
A rede de informação utiliza principalmente fibra óptica como meio de transmissão, mas o cálculo e análise de corrente também devem ser baseados em sinais elétricos, e o módulo transceptor óptico é o dispositivo central para realizar a conversão fotoelétrica.
Os componentes principais do módulo óptico são Transmissor (Submódulo Emissor de Luz)/Receptor (Submódulo de Recepção de Luz) ou Transceptor (Módulo Transceptor Óptico), chip elétrico e também incluem componentes passivos, como lentes, divisores e combinadores. Composição do circuito periférico.
Na extremidade de transmissão: o sinal elétrico é convertido em um sinal óptico pelo Transimitter e, em seguida, inserido na fibra óptica pelo adaptador óptico; Na extremidade de recepção: o sinal óptico na fibra óptica é recebido pelo Receptor através do adaptador óptico e convertido em um sinal elétrico e enviado à unidade de computação para processamento.
Esquema do módulo transceptor óptico
Com o desenvolvimento da tecnologia de integração optoeletrônica, a forma de embalagem do módulo transceptor óptico também sofreu algumas alterações. Antes da formação da indústria de módulos ópticos, ela foi desenvolvida pelos principais fabricantes de equipamentos de telecomunicações nos primeiros dias. As interfaces eram variadas e não podiam ser usadas universalmente. Isso tornou os módulos transceptores ópticos não intercambiáveis. Para o desenvolvimento da indústria, o “Acordo Multi Fonte (MSA)” final surgiu. Com o padrão MSA, empresas que se concentraram de forma independente no desenvolvimento de Transceptores começaram a surgir e a indústria cresceu.
O módulo transceptor óptico pode ser dividido em SFP, XFP, QSFP, CFP, etc. de acordo com o formato da embalagem:
· SFP (Small Form-factor Pluggable) é um módulo transceptor compacto e conectável padrão para aplicações de telecomunicações e comunicação de dados que suporta taxas de transferência de até 10 Gbps.
O XFP (10 Gigabit Small Form Factor Pluggable) é um módulo transceptor conectável de fator de forma pequeno de taxa 10G que suporta vários protocolos de comunicação, como Ethernet 10G, Fibre Channel 10G e transceptores SONETOC-192.XFP podem ser usados nas comunicações de dados e mercados de telecomunicações e oferecem melhores características de consumo de energia do que outros transceptores de 10 Gbps.
QSFP (Quad Small Form-factor Pluggable) é um padrão de transceptor compacto e conectável para aplicações de comunicação de dados de alta velocidade. De acordo com a velocidade, o QSFP pode ser dividido em módulos ópticos 4×1G QSFP, 4×10GQSFP+, 4×25G QSFP28. Atualmente o QSFP28 tem sido amplamente utilizado em data centers globais.
· CFP (Centum gigabits Form Pluggable) é baseado em um módulo de comunicação de divisão óptica de onda densa padronizado com uma taxa de transmissão de 100-400 Gbps. O tamanho do módulo CFP é maior que o do SFP/XFP/QSFP e geralmente é usado para transmissão de longa distância, como uma rede de área metropolitana.
Módulo transceptor óptico para comunicação de data center
A comunicação do data center pode ser dividida em três categorias de acordo com o tipo de conexão:
(1) O data center para o usuário é gerado pelo comportamento do usuário final, como navegar na página web, enviar e receber e-mails e streams de vídeo acessando a nuvem;
(2) Interconexão de data centers, utilizada principalmente para replicação de dados, atualizações de software e sistemas;
(3) Dentro do data center, é usado principalmente para armazenamento, geração e mineração de informações. De acordo com a previsão da Cisco, a comunicação interna do data center é responsável por mais de 70% da comunicação do data center, e o desenvolvimento da construção do data center gerou o desenvolvimento de módulos ópticos de alta velocidade.
O tráfego de dados continua a crescer, e a tendência de grande escala e achatamento do data center está impulsionando o desenvolvimento de módulos ópticos em dois aspectos:
· Aumento dos requisitos de taxa de transmissão
· Aumento da demanda por quantidade
Atualmente, os requisitos dos módulos ópticos de data center global mudaram de módulos ópticos 10/40G para módulos ópticos 100G. A Alibaba Cloud Promotion da China se tornará o primeiro ano de aplicação em larga escala de módulos ópticos 100G em 2018. Espera-se que seja atualizado. Módulos ópticos 400G em 2019.
Caminho de evolução do módulo de nuvem Ali
A tendência de data centers em grande escala levou a um aumento nos requisitos de distância de transmissão. A distância de transmissão das fibras multimodo é limitada pelo aumento da taxa de sinal e deverá ser gradativamente substituída por fibras monomodo. O custo do link de fibra é composto por duas partes: o módulo óptico e a fibra óptica. Para diferentes distâncias, existem diferentes soluções aplicáveis. Para a interconexão de média a longa distância necessária para a comunicação do data center, existem duas soluções revolucionárias nascidas da MSA:
· PSM4（Modo Único Paralelo 4 pistas）
· CWDM4（Multiplexador de divisão de comprimento de onda grosso 4 pistas）
Entre eles, o uso de fibra PSM4 é quatro vezes maior que o CWDM4. Quando a distância do link é longa, o custo da solução CWDM4 é relativamente baixo. Na tabela abaixo, podemos ver uma comparação das soluções de módulos ópticos 100G para data centers:
Hoje, a tecnologia de implementação de módulos ópticos 400G tornou-se o foco da indústria. A principal função do módulo óptico 400G é melhorar a taxa de transferência de dados e maximizar a largura de banda e a densidade de portas do data center. ganho, baixo ruído, miniaturização e integração, para atender às necessidades de redes sem fio de próxima geração e aplicações de comunicações de data center de ultra grande escala.
O primeiro módulo óptico 400G usava um método de modulação de sinal 25G NRZ (Non-Returnto Zero) de 16 canais em um pacote CFP8. A vantagem é que a tecnologia de modulação de sinal 25G NRZ amadurecida no módulo óptico 100G pode ser emprestada, mas a desvantagem é que 16 sinais precisam ser transmitidos em paralelo, e o consumo de energia e o volume são relativamente grandes, o que não é adequado para aplicações de data center. No módulo óptico 400G atual, 53G NRZ de 8 canais ou 106G PAM4 de 4 canais (4 pulso Modulação de amplitude) a modulação de sinal é usada principalmente para realizar a transmissão de sinal 400G.
Em termos de embalagem de módulo, é usado OSFP ou QSFP-DD, e ambos os pacotes podem fornecer 8 interfaces de sinal elétrico. Em comparação, o pacote QSFP-DD é menor em tamanho e mais adequado para aplicações de data center; o pacote OSFP é um pouco maior e consome mais energia, tornando-o mais adequado para aplicações de telecomunicações.
Analise a potência “central” dos módulos ópticos 100G/400G
Apresentamos brevemente a implementação de módulos ópticos 100G e 400G. O seguinte pode ser visto nos diagramas esquemáticos da solução 100G CWDM4, da solução 400G CWDM8 e da solução 400G CWDM4:
Esquema 100G CWDM4
Esquema 400G CWDM8
Esquema 400G CWDM4
No módulo óptico, a chave para realizar a conversão do sinal fotoelétrico é o fotodetector. Para finalmente cumprir esses planos, que tipo de necessidades você precisa atender desde o “núcleo”?
A solução 100G CWDM4 requer implementação de 4λx25GbE, a solução 400G CWDM8 requer implementação de 8λx50GbE e a solução 400G CWDM4 requer implementação de 4λx100GbE. Correspondendo ao método de modulação, os esquemas 100G CWDM4 e 400G CWDM8 adotam modulação NRZ, que correspondem respectivamente à taxa de modulação de Dispositivos de 25 Gbd e 53 Gbd. O esquema 400G CWDM4 adota o esquema de modulação PAM4, que também exige que o dispositivo tenha uma taxa de modulação de 53 Gbd ou mais.
A taxa de modulação do dispositivo corresponde à largura de banda do dispositivo. Para um módulo óptico 100G de banda de 1310 nm, um detector InGaAs de largura de banda de 25 GHz ou conjunto de detectores é suficiente.