„Sieť“ sa stala „nevyhnutnosťou“ pre väčšinu súčasných ľudí.
Dôvodom, prečo môže prísť taká pohodlná sieťová éra, možno povedať, že „komunikačná technológia z optických vlákien“ je nevyhnutná.
V roku 1966 britský čínsky cirok navrhol koncept optického vlákna, ktorý zapálil vyvrcholenie rozvoja komunikácie s optickými vláknami na celom svete. Prvá generácia svetelných systémov pracujúcich pri 0,8 μm v roku 1978 bola oficiálne uvedená do komerčného využitia a druhá generácia svetelných vĺn komunikačné systémy využívajúce v počiatkoch multimódové vlákno boli rýchlo predstavené začiatkom 80. rokov 20. storočia. V roku 1990 bola tretia generácia optického vlnového systému s rýchlosťou 2,4 Gb/sa 1,55 μm schopná poskytovať komerčné komunikačné služby.
„Otec vlákna“ cirok, ktorý prelomovo prispel k „prenosu svetla vo vlákne pre optickú komunikáciu“, získal v roku 2009 Nobelovu cenu za fyziku.
Komunikácia z optických vlákien sa v súčasnosti stala jedným z hlavných pilierov modernej komunikácie a zohráva kľúčovú úlohu v moderných telekomunikačných sieťach. Je tiež vnímaný ako dôležitý symbol novej svetovej technologickej revolúcie a hlavný prostriedok prenosu informácií v budúcej informačnej spoločnosti.
V posledných rokoch sa trh s aplikáciami veľkých dát, cloud computingu, 5G, internetu vecí a umelej inteligencie rýchlo rozvinul. Trh s bezobslužnými aplikáciami, ktorý prichádza, prináša prudký nárast dátovej prevádzky. Prepojenie dátových centier sa postupne rozvinulo do výskumu optickej komunikácie. horúce miesto.
Vnútri veľkého dátového centra Google
Súčasné dátové centrum už nie je len jedna alebo niekoľko počítačových miestností, ale súbor klastrov dátových centier. Na dosiahnutie normálneho fungovania rôznych internetových služieb a trhov aplikácií musia dátové centrá spolupracovať. a masívna interakcia informácií medzi dátovými centrami vytvorila dopyt po sieťach prepojenia dátových centier a komunikácia pomocou optických vlákien sa stala nevyhnutným prostriedkom na dosiahnutie vzájomného prepojenia.
Na rozdiel od tradičných zariadení na prenos telekomunikačnej siete, prepojenie dátových centier potrebuje dosiahnuť viac informácií a hustejší prenos, čo si vyžaduje vyššiu rýchlosť, nižšiu spotrebu energie a väčšiu miniaturizáciu prepínacieho zariadenia. dosiahnutý je optický transceiverový modul.
Niektoré základné znalosti o moduloch optických transceiverov
Informačná sieť využíva ako prenosové médium hlavne optické vlákno, ale súčasný výpočet a analýza musia byť založené aj na elektrických signáloch a modul optického transceivera je základným zariadením na realizáciu fotoelektrickej konverzie.
Hlavnými komponentmi optického modulu sú vysielač (submodul vyžarujúci svetlo)/prijímač (submodul prijímania svetla) alebo vysielač s prijímačom (modul optického vysielača s prijímačom), elektrický čip a zahŕňajú aj pasívne komponenty, ako sú šošovky, rozdeľovače a zlučovače. Zloženie obvodového obvodu.
Na vysielacom konci: elektrický signál je konvertovaný na optický signál pomocou Transimittera a potom privedený do optického vlákna pomocou optického adaptéra;Na prijímacom konci: optický signál v optickom vlákne je prijímaný prijímačom cez optický adaptér a prevedený na elektrický signál a odoslaný do výpočtovej jednotky na spracovanie.
Schéma modulu optického transceivera
S rozvojom optoelektronickej integračnej technológie prešla aj forma balenia modulu optického vysielača a prijímača určitými zmenami. Pred vytvorením odvetvia optických modulov ho v prvých dňoch vyvinuli hlavní výrobcovia telekomunikačných zariadení. Rozhrania boli rôzne a nedali sa použiť univerzálne. To spôsobilo, že moduly optických transceiverov nie sú vzájomne zameniteľné. Pre rozvoj tohto odvetvia vznikla konečná „Multi Source Agreement (MSA)“. So štandardom MSA začali vznikať spoločnosti, ktoré sa nezávisle zameriavali na vývoj Transceiveru, a toto odvetvie vzrástlo.
Modul optického transceiveru možno rozdeliť na SFP, XFP, QSFP, CFP atď. podľa formy balenia:
· SFP (Small Form-factor Pluggable) je štandardný kompaktný zásuvný modul transceiveru pre telekomunikačné a dátové aplikácie, ktorý podporuje prenosové rýchlosti až 10 Gbps.
XFP (10 Gigabit Small Form Factor Pluggable) je zásuvný modul vysielača a prijímača s rýchlosťou 10G, ktorý podporuje viacero komunikačných protokolov, ako je 10G Ethernet, 10G Fibre Channel a SONETOC-192.XFP transceivery možno použiť v dátovej komunikácii telekomunikačné trhy a ponúkajú lepšie charakteristiky spotreby energie ako iné 10Gbps transceivery.
QSFP (Quad Small Form-factor Pluggable) je kompaktný, zásuvný štandard transceivera pre aplikácie vysokorýchlostnej dátovej komunikácie. Podľa rýchlosti možno QSFP rozdeliť na optické moduly 4×1G QSFP, 4×10GQSFP+, 4×25G QSFP28. V súčasnosti je QSFP28 široko používaný v globálnych dátových centrách.
· CFP (Centum gigabits Form Pluggable) je založený na štandardizovanom komunikačnom module s hustou vlnou a optickým delením s prenosovou rýchlosťou 100-400 Gbps. Veľkosť modulu CFP je väčšia ako veľkosť modulu SFP/XFP/QSFP a vo všeobecnosti sa používa na prenos na veľké vzdialenosti, ako je napríklad sieť metropolitných oblastí.
Modul optického transceiveru pre komunikáciu dátového centra
Komunikáciu dátového centra možno rozdeliť do troch kategórií podľa typu pripojenia:
(1) Dátové centrum pre používateľa je generované správaním koncového používateľa, ako je prehliadanie webovej stránky, odosielanie a prijímanie e-mailov a video streamov prostredníctvom prístupu ku cloudu;
(2) prepojenie dátových centier, používané hlavne na replikáciu dát, softvérové a systémové aktualizácie;
(3) Vo vnútri dátového centra sa používa hlavne na ukladanie, generovanie a ťažbu informácií. Podľa predpovede spoločnosti Cisco interná komunikácia dátových centier predstavuje viac ako 70 % komunikácie dátových centier a rozvoj výstavby dátových centier podnietil vývoj vysokorýchlostných optických modulov.
Dátová prevádzka naďalej narastá a rozsiahly a sploštený trend dátového centra poháňa vývoj optických modulov v dvoch aspektoch:
· Zvýšené požiadavky na prenosovú rýchlosť
· Zvýšenie dopytu po množstve
V súčasnosti sa požiadavky na optické moduly globálnych dátových centier zmenili z optických modulov 10/40G na optické moduly 100G. Čínska akcia Alibaba Cloud Promotion sa v roku 2018 stane prvým rokom rozsiahlej aplikácie optických modulov 100G. Očakáva sa upgrade 400G optické moduly v roku 2019.
Cesta vývoja cloudového modulu Ali
Trend rozsiahlych dátových centier viedol k zvýšeniu požiadaviek na prenosovú vzdialenosť. Prenosová vzdialenosť multimódových vlákien je obmedzená nárastom rýchlosti signálu a očakáva sa, že bude postupne nahradená jednovidovými vláknami. Cena optického spojenia sa skladá z dvoch častí: optického modulu a optického vlákna. Pre rôzne vzdialenosti existujú rôzne použiteľné riešenia. Pre prepojenie na stredné až dlhé vzdialenosti potrebné pre komunikáciu dátových centier existujú dve revolučné riešenia zrodené od MSA:
· PSM4 (paralelný jeden režim 4 pruhy)
· CWDM4 (multiplexer s hrubým delením vlnovej dĺžky 4 pruhy)
Medzi nimi je využitie vlákna PSM4 štyrikrát väčšie ako CWDM4. Keď je vzdialenosť spojenia dlhá, náklady na riešenie CWDM4 sú relatívne nízke. Z tabuľky nižšie vidíme porovnanie riešení optických modulov dátového centra 100G:
Dnes sa technológia implementácie optických modulov 400G stala stredobodom záujmu priemyslu. Hlavnou funkciou optického modulu 400G je zlepšiť priepustnosť dát a maximalizovať šírku pásma a hustotu portov dátového centra. Jeho budúcim trendom je dosiahnuť široké zisk, nízky šum, miniaturizácia a integrácia, aby vyhovovali potrebám bezdrôtových sietí novej generácie a veľmi rozsiahlych komunikačných aplikácií dátových centier.
Skorý optický modul 400G používal 16-kanálovú metódu modulácie signálu 25G NRZ (Non-Returnto Zero) v balení CFP8. Výhodou je, že technológiu modulácie signálu 25G NRZ vyzretú na optickom module 100G je možné zapožičať, nevýhodou je však že je potrebné prenášať 16 signálov paralelne a spotreba energie a objem sú relatívne veľké, čo nie je vhodné pre aplikácie dátových centier. V súčasnom 400G optickom module je 8-kanálový 53G NRZ alebo 4-kanálový 106G PAM4 (4 pulzné Modulácia amplitúdy) modulácia signálu sa používa hlavne na realizáciu prenosu signálu 400G.
Pokiaľ ide o modulové balenie, používa sa OSFP alebo QSFP-DD a oba balíky môžu poskytnúť 8 elektrických signálových rozhraní. V porovnaní s tým je balík QSFP-DD menší a vhodnejší pre aplikácie dátových centier; balík OSFP má o niečo väčšiu veľkosť a spotrebuje viac energie, takže je vhodnejší pre telekomunikačné aplikácie.
Analyzujte „jadrový“ výkon optických modulov 100G/400G
V krátkosti sme si predstavili implementáciu 100G a 400G optických modulov. Na schematických diagramoch riešenia 100G CWDM4, 400G CWDM8 a 400G CWDM4 je možné vidieť nasledovné:
Schéma 100G CWDM4
Schéma 400G CWDM8
Schéma 400G CWDM4
V optickom module je kľúčom k realizácii konverzie fotoelektrického signálu fotodetektor. Aby ste konečne splnili tieto plány, aké potreby musíte splniť z „jadra“?
The 100G CWDM4 solution requires 4λx25GbE implementation, the 400G CWDM8 solution requires 8λx50GbE implementation, and the 400G CWDM4 solution requires 4λx100GbE implementation.Corresponding to the modulation method, the 100G CWDM4 and 400G CWDM8 schemes adopt NRZ modulation, which respectively correspond to the modulation rate of Zariadenia 25Gbd a 53Gbd. Schéma 400G CWDM4 využíva modulačnú schému PAM4, ktorá tiež vyžaduje, aby zariadenie malo modulačnú rýchlosť 53Gbd alebo viac.
Rýchlosť modulácie zariadenia zodpovedá šírke pásma zariadenia. Pre 100G optický modul v pásme 1310nm postačuje 25GHz InGaAs detektor alebo pole detektorov.