"Nätverk" har blivit en "nödvändighet" för de flesta nutida människor.
Anledningen till att en så pass bekväm nätverkstid kan komma, "fiberoptisk kommunikationsteknik" kan sägas vara oumbärlig.
År 1966 föreslog den brittiska kinesiska sorghum konceptet optisk fiber, vilket antände klimaxen av att utveckla optisk fiberkommunikation över hela världen. Den första generationen av ljusvågssystem som fungerade på 0,8 μm 1978 togs officiellt i kommersiellt bruk, och den andra generationen av ljusvågor kommunikationssystem som använde multimodfiber i de tidiga dagarna introducerades snabbt i början av 1980-talet. År 1990 kunde tredje generationens optiska vågsystem med 2,4 Gb/s och 1,55 μm tillhandahålla kommersiella kommunikationstjänster.
"Fiberns fader" sorghum, som gjorde ett banbrytande bidrag till "överföring av ljus i fiber för optisk kommunikation", tilldelades 2009 års Nobelpris i fysik.
Optisk fiberkommunikation har nu blivit en av huvudpelarna i modern kommunikation, och spelar en central roll i moderna telekommunikationsnätverk. Det ses också som en viktig symbol för världens nya tekniska revolution och det viktigaste sättet att överföra information i det framtida informationssamhället.
Under de senaste åren har applikationsmarknaden för big data, cloud computing, 5G, Internet of Things och artificiell intelligens utvecklats snabbt. Den obemannade applikationsmarknaden som kommer ger en explosiv tillväxt för datatrafiken. Sammankoppling av datacenter har gradvis utvecklats till forskning om optisk kommunikation. hot spot.
Inuti Googles stora datacenter
Det nuvarande datacentret är inte längre bara ett enstaka eller några få datorrum, utan en uppsättning datacenterkluster. För att uppnå det normala arbetet med olika Internettjänster och applikationsmarknader måste datacenter samarbeta. och massiv interaktion av information mellan datacenter har skapat efterfrågan på datacentersammankopplingsnätverk, och optisk fiberkommunikation har blivit ett nödvändigt medel för att uppnå sammankoppling.
Till skillnad från traditionell utrustning för överföring av telekommunikationsnätverk måste sammankoppling av datacenter uppnå mer information och tätare överföring, vilket kräver att växlingsutrustningen har högre hastighet, lägre strömförbrukning och mer miniatyrisering. En av de centrala faktorerna som avgör om dessa funktioner kan användas uppnås är den optiska transceivermodulen.
Vissa grundläggande kunskaper om optiska transceivermoduler
Informationsnätverket använder huvudsakligen optisk fiber som överföringsmedium, men strömberäkningen och analysen måste också baseras på elektriska signaler, och den optiska transceivermodulen är kärnan för att realisera fotoelektrisk omvandling.
Kärnkomponenterna i den optiska modulen är Transimitter (Light Emitting Submodule)/Receiver (Light Receiving Submodule) eller Transceiver (Optical Transceiver Module), elektriskt chip, och inkluderar även passiva komponenter såsom linser, splitters och kombinerare. Perifer krets sammansättning.
Vid sändningsänden: den elektriska signalen omvandlas till en optisk signal av sändaren och matas sedan in till den optiska fibern av den optiska adaptern; Vid den mottagande änden: den optiska signalen i den optiska fibern tas emot av mottagaren genom den optiska adaptern och omvandlas till en elektrisk signal och skickas till beräkningsenheten för bearbetning.
Schematisk optisk transceivermodul
Med utvecklingen av optoelektronisk integrationsteknik har förpackningsformen för den optiska transceivermodulen också genomgått vissa förändringar. Innan den optiska modulindustrin bildades utvecklades den av de stora telekomutrustningstillverkarna i början. Gränssnitten var varierande och kunde inte användas universellt. Detta gjorde att de optiska transceivermodulerna inte var utbytbara. För utvecklingen av branschen kom det slutliga "Multi Source Agreement (MSA)" till stånd. Med MSA-standarden började företag som självständigt fokuserade på att utveckla Transceiver att växa fram, och branschen steg.
Den optiska transceivermodulen kan delas in i SFP, XFP, QSFP, CFP, etc. enligt paketformen:
· SFP (Small Form-factor Pluggable) är en kompakt, pluggbar transceivermodulstandard för telekom- och datakomapplikationer som stöder upp till 10 Gbps överföringshastigheter.
XFP (10 Gigabit Small Form Factor Pluggable) är en 10G-hastighet liten formfaktor pluggbar transceivermodul som stöder flera kommunikationsprotokoll som 10G Ethernet, 10G Fibre Channel och SONETOC-192.XFP transceivrar kan användas i datakommunikation och telekommunikationsmarknader och erbjuder bättre strömförbrukningsegenskaper än andra 10 Gbps transceivrar.
QSFP (Quad Small Form-factor Pluggable) är en kompakt, pluggbar transceiverstandard för höghastighetsdatakommunikationstillämpningar. Beroende på hastigheten kan QSFP delas in i 4×1G QSFP, 4×10GQSFP+, 4×25G QSFP28 optiska moduler. För närvarande har QSFP28 använts i stor utsträckning i globala datacenter.
· CFP (Centum gigabits Form Pluggable) är baserad på en standardiserad dense wave optisk splittande kommunikationsmodul med en överföringshastighet på 100-400 Gbps. Storleken på CFP-modulen är större än den för SFP/XFP/QSFP och används vanligtvis för långdistansöverföring såsom ett storstadsnätverk.
Optisk transceivermodul för datacenterkommunikation
Datacenterkommunikation kan delas in i tre kategorier beroende på typ av anslutning:
(1) Datacentret till användaren genereras av slutanvändarens beteende som att surfa på webbsidan, skicka och ta emot e-post och videoströmmar genom att komma åt molnet;
(2) Sammankoppling av datacenter, som huvudsakligen används för datareplikering, mjukvara och systemuppgraderingar;
(3) Inuti datacentret används det huvudsakligen för informationslagring, generering och gruvdrift. Enligt Ciscos prognos står den interna kommunikationen för datacenter för mer än 70 % av datacenterkommunikationen, och utvecklingen av datacenterkonstruktion har lett till utvecklingen av optiska höghastighetsmoduler.
Datatrafiken fortsätter att växa, och datacentrets storskaliga och utplattande trend driver utvecklingen av optiska moduler i två aspekter:
· Ökade krav på överföringshastighet
· Ökning av efterfrågan på kvantitet
För närvarande har kraven för globala datacenter optiska moduler ändrats från 10/40G optiska moduler till 100G optiska moduler.Kinas Alibaba Cloud Promotion kommer att bli det första året av storskalig tillämpning av 100G optiska moduler under 2018. Det förväntas uppgraderas 400G optiska moduler 2019.
Ali molnmodulens utvecklingsväg
Trenden med storskaliga datacenter har lett till ökade krav på överföringsavstånd. Överföringsavståndet för multimodfibrer begränsas av ökningen av signalhastigheten och förväntas gradvis ersättas av singelmodsfibrer. Kostnaden för fiberlänken består av två delar: den optiska modulen och den optiska fibern. För olika avstånd finns det olika tillämpliga lösningar. För den medel- till långdistanssammankoppling som krävs för datacenterkommunikation finns det två revolutionerande lösningar som kommer från MSA:
· PSM4（Parallell Single Mode 4 banor）
· CWDM4（Coarse Wavelength Division Multiplexer 4 lanes）
Bland dem är PSM4-fiberanvändningen fyra gånger så stor som CWDM4. När länkavståndet är långt är kostnaden för CWDM4-lösningen relativt låg. Från tabellen nedan kan vi se en jämförelse av datacenter 100G optiska modullösningar:
Idag har implementeringstekniken för 400G optiska moduler blivit branschens fokus. Den optiska modulen 400Gs huvudfunktion är att förbättra datagenomströmningen och maximera bandbredden och portdensiteten i datacentret. Dess framtida trend är att uppnå bred förstärkning, lågt brus, miniatyrisering och integration, för att möta behoven hos nästa generations trådlösa nätverk och ultrastorskaliga datacenterkommunikationstillämpningar.
Den tidiga 400G optiska modulen använde en 16-kanals 25G NRZ (Non-Returnto Zero) signalmoduleringsmetod i ett CFP8-paket. Fördelen är att 25G NRZ-signalmoduleringstekniken som mognat på den 100G optiska modulen kan lånas, men nackdelen är att 16 signaler behöver sändas parallellt, och strömförbrukningen och volymen är relativt stor, vilket inte lämpar sig för datacenterapplikationer.I den nuvarande 400G optiska modulen, 8-kanals 53G NRZ eller 4-kanals 106G PAM4 (4 Pulse Amplitudmodulering) signalmodulering används huvudsakligen för att realisera 400G signalöverföring.
När det gäller modulpaketering används OSFP eller QSFP-DD, och båda paketen kan ge 8 elektriska signalgränssnitt. I jämförelse är QSFP-DD-paketet mindre i storlek och mer lämpligt för datacenterapplikationer; OSFP-paketet är något större i storlek och förbrukar mer ström, vilket gör det mer lämpligt för telekomapplikationer.
Analysera "kärnkraften" hos 100G/400G optiska moduler
Vi har kortfattat introducerat implementeringen av 100G och 400G optiska moduler. Följande kan ses i de schematiska diagrammen för 100G CWDM4-lösningen, 400G CWDM8-lösningen och 400G CWDM4-lösningen:
100G CWDM4 schema
400G CWDM8 schema
400G CWDM4 schema
I den optiska modulen är nyckeln för att realisera fotoelektrisk signalomvandling fotodetektorn. För att äntligen kunna uppfylla dessa planer, vilken typ av behov behöver du möta från "kärnan"?
100G CWDM4-lösningen kräver 4λx25GbE-implementering, 400G CWDM8-lösningen kräver 8λx50GbE-implementering, och 400G CWDM4-lösningen kräver 4λx100GbE-implementering. Motsvarande modulationsmetoden motsvarar 100G CWDM0-,Z- och DM0-moduleringsschemat moduleringshastigheten för 25Gbd- och 53Gbd-enheter. 400G CWDM4-schemat använder PAM4-moduleringsschemat, vilket också kräver att enheten har en moduleringshastighet på 53Gbd eller mer.
Enhetsmodulationshastigheten motsvarar enhetens bandbredd. För en 1310nm-band 100G optisk modul räcker det med en bandbredd på 25GHz InGaAs-detektor eller detektormatris.