«Мережа» стала «необхідністю» для більшості сучасних людей.
Причина, чому може настати така зручна мережева ера, «волоконно-оптична технологія зв’язку», можна назвати незамінною.
У 1966 році британське китайське сорго запропонувало концепцію оптичного волокна, яке стало кульмінацією розвитку оптоволоконного зв’язку в усьому світі. Перше покоління систем світлових хвиль, що працюють на 0,8 мкм, було офіційно введено в комерційне використання в 1978 році, а друге покоління світлових хвиль На початку 1980-х років швидко впроваджувалися системи зв’язку з використанням багатомодового волокна. До 1990 року оптична система третього покоління, що працює на швидкості 2,4 Гбіт/с і 1,55 мкм, змогла надавати послуги комерційного зв’язку.
«Батько волокон» сорго, який зробив проривний внесок у «передачу світла у волокнах для оптичного зв’язку», був удостоєний Нобелівської премії з фізики 2009 року.
Оптоволоконний зв’язок став одним із основних стовпів сучасного зв’язку, відіграючи ключову роль у сучасних телекомунікаційних мережах. Він також розглядається як важливий символ нової світової технологічної революції та основний засіб передачі інформації в майбутньому інформаційному суспільстві.
В останні роки ринок додатків великих даних, хмарних обчислень, 5G, Інтернету речей і штучного інтелекту стрімко розвивався. Ринок безпілотних додатків, який приходить, приносить вибухове зростання трафіку даних. Взаємозв’язок центрів обробки даних поступово перетворився на дослідження оптичного зв’язку. гаряча точка.
У великому центрі обробки даних Google
Поточний центр обробки даних — це вже не просто один або кілька комп’ютерних кімнат, а набір кластерів центрів обробки даних. Для нормальної роботи різних Інтернет-служб і ринків додатків центри обробки даних повинні працювати разом. і масивна взаємодія інформації між центрами обробки даних створила попит на мережі взаємозв’язку центрів обробки даних, і оптоволоконний зв’язок став необхідним засобом досягнення взаємозв’язку.
На відміну від традиційного обладнання для передачі телекомунікаційної мережі доступу, з’єднання центрів обробки даних має забезпечити більше інформації та більш щільну передачу, що вимагає від комутаційного обладнання вищої швидкості, нижчого енергоспоживання та більшої мініатюрності. Одним із основних факторів, який визначає, чи можуть ці можливості бути досягається модуль оптичного приймача.
Деякі базові знання про модулі оптичних приймачів
Інформаційна мережа в основному використовує оптичне волокно як середовище передачі, але розрахунок і аналіз струму також повинні базуватися на електричних сигналах, а модуль оптичного приймача є основним пристроєм для реалізації фотоелектричного перетворення.
Основними компонентами оптичного модуля є передавач (субмодуль випромінювання світла)/приймач (субмодуль приймання світла) або трансивер (модуль оптичного приймача), електричний чіп, а також включають пасивні компоненти, такі як лінзи, розгалужувачі та об’єднувачі. Склад периферійної схеми.
На кінці передачі: електричний сигнал перетворюється в оптичний сигнал за допомогою передавача, а потім вводиться в оптичне волокно за допомогою оптичного адаптера; на кінці прийому: оптичний сигнал в оптичному волокні приймається приймачем через оптичний адаптер. і перетворюється в електричний сигнал і відправляється в обчислювальний блок для обробки.
Схема модуля оптичного приймача
З розвитком технології оптоелектронної інтеграції форма упаковки модуля оптичного приймача також зазнала деяких змін. Перш ніж сформувати індустрію оптичних модулів, її розробляли великі виробники телекомунікаційного обладнання. Інтерфейси були різними і не могли використовуватися універсально. Це призвело до того, що модулі оптичних трансиверів стали невзаємозамінними. Для розвитку галузі виникла остаточна «Угода з кількох джерел (MSA)». Зі стандартом MSA почали з’являтися компанії, які самостійно зосереджувалися на розробці трансиверів, і галузь розвивалася.
Модуль оптичного приймача можна розділити на SFP, XFP, QSFP, CFP тощо відповідно до форми упаковки:
· SFP (Small Form-factor Pluggable) — це компактний модуль трансивера, який можна підключати, для телекомунікаційних програм і програм передачі даних, який підтримує швидкість передачі до 10 Гбіт/с.
XFP (10 Gigabit Small Form Factor Pluggable) — це модуль трансивера малого форм-фактора зі швидкістю 10G, який підтримує кілька протоколів зв’язку, таких як 10G Ethernet, 10G Fibre Channel і SONETOC-192. Трансивери XFP можна використовувати для передачі даних і телекомунікаційних ринках і пропонують кращі характеристики енергоспоживання, ніж інші трансивери 10 Гбіт/с.
QSFP (Quad Small Form-factor Pluggable) — це компактний стандарт трансивера, що підключається, для високошвидкісних програм передачі даних. За швидкістю QSFP можна розділити на оптичні модулі 4×1G QSFP, 4×10GQSFP+, 4×25G QSFP28. В даний час QSFP28 широко використовується в глобальних центрах обробки даних.
· CFP (Centum gigabits Form Pluggable) базується на стандартизованому оптичному комунікаційному модулі щільної хвилі зі швидкістю передачі 100-400 Гбіт/с. Розмір модуля CFP більший, ніж у SFP/XFP/QSFP, і зазвичай використовується для передачі на великі відстані, наприклад у міській мережі.
Оптичний приймально-передавальний модуль для зв'язку в центрі обробки даних
Зв'язок центру обробки даних можна розділити на три категорії відповідно до типу підключення:
(1) Центр обробки даних для користувача створюється поведінкою кінцевого користувача, наприклад переглядом веб-сторінки, надсиланням і отриманням електронних листів і відеопотоків через доступ до хмари;
(2) Взаємозв’язок центру обробки даних, який в основному використовується для реплікації даних, оновлення програмного забезпечення та системи;
(3) У центрі обробки даних він в основному використовується для зберігання, генерації та видобутку інформації. Згідно з прогнозом Cisco, на внутрішню комунікацію центру обробки даних припадає понад 70% зв’язку в центрі обробки даних, а розвиток будівництва центрів обробки даних породив розробку високошвидкісних оптичних модулів.
Трафік даних продовжує зростати, і тенденція до великого масштабу та зведення центрів обробки даних стимулює розвиток оптичних модулів у двох аспектах:
· Підвищені вимоги до швидкості передачі
· Збільшення кількісного попиту
Наразі вимоги до оптичних модулів глобальних центрів обробки даних змінилися з оптичних модулів 10/40G на оптичні модулі 100G. Акція Alibaba Cloud Promotion у Китаї стане першим роком широкомасштабного застосування оптичних модулів 100G у 2018 році. Очікується оновлення Оптичні модулі 400G у 2019 році.
Шлях еволюції хмарного модуля Ali
Тенденція великомасштабних центрів обробки даних призвела до збільшення вимог до відстані передачі. Відстань передачі багатомодових волокон обмежена збільшенням швидкості сигналу, і очікується, що вони будуть поступово замінені одномодовими волокнами. Вартість волоконно-оптичної лінії зв’язку складається з двох частин: оптичного модуля та оптичного волокна. Існують різні застосовні рішення для різних відстаней. Для з’єднання на середній і великій відстані, необхідного для зв’язку в центрі обробки даних, існують два революційні рішення, створені MSA:
· PSM4（Паралельний однорежимний 4 смуги）
· CWDM4（Мультиплексор із грубим розподілом по довжині хвилі, 4 смуги）
Серед них використання оптоволокна PSM4 у чотири рази перевищує використання CWDM4. Якщо відстань зв’язку велика, вартість рішення CWDM4 є відносно низькою. У таблиці нижче ми можемо побачити порівняння оптичних модулів центру обробки даних 100G:
Сьогодні технологія реалізації оптичних модулів 400G опинилася в центрі уваги галузі. Основна функція оптичного модуля 400G полягає в покращенні пропускної здатності даних і максимальному збільшенні пропускної здатності та щільності портів центру обробки даних. Його майбутня тенденція полягає в досягненні широких підсилення, низький рівень шуму, мініатюризація та інтеграція, щоб задовольнити потреби бездротових мереж наступного покоління та комунікаційних додатків ультравеликого центру обробки даних.
Ранній оптичний модуль 400G використовував 16-канальний метод модуляції сигналу 25G NRZ (Non-Returnto Zero) у корпусі CFP8. Перевагою є те, що технологію модуляції сигналу 25G NRZ, розроблену на оптичному модулі 100G, можна запозичити, але недоліком є що 16 сигналів потрібно передавати паралельно, а споживання електроенергії та обсяг є відносно великими, що не підходить для додатків центру обробки даних. У поточному оптичному модулі 400G 8-канальний 53G NRZ або 4-канальний 106G PAM4 (4-імпульсний Амплітудна модуляція) модуляція сигналу в основному використовується для реалізації передачі сигналу 400G.
З точки зору упаковки модуля використовується OSFP або QSFP-DD, і обидва пакети можуть забезпечити 8 інтерфейсів електричних сигналів. Для порівняння пакет QSFP-DD менший за розміром і більше підходить для додатків центру обробки даних; пакет OSFP трохи більший за розміром і споживає більше енергії, що робить його більш придатним для телекомунікаційних програм.
Проаналізуйте «основну» потужність оптичних модулів 100G/400G
Ми коротко представили реалізацію оптичних модулів 100G і 400G. На схематичних схемах рішень 100G CWDM4, 400G CWDM8 і 400G CWDM4 можна побачити наступне:
Схема 100G CWDM4
Схема 400G CWDM8
Схема 400G CWDM4
В оптичному модулі ключем до реалізації фотоелектричного перетворення сигналу є фотодетектор. Щоб нарешті реалізувати ці плани, які потреби потрібно задовольнити з «ядра»?
Рішення 100G CWDM4 вимагає впровадження 4λx25GbE, рішення 400G CWDM8 вимагає впровадження 8λx50GbE, а рішення 400G CWDM4 вимагає впровадження 4λx100GbE. Відповідно до методу модуляції, схеми 100G CWDM4 і 400G CWDM8 застосовують модуляцію NRZ, яка відповідно відповідає швидкості модуляції Пристрої 25 Гбіт/с і 53 Гбіт/с. Схема 400G CWDM4 використовує схему модуляції PAM4, яка також вимагає, щоб пристрій мав швидкість модуляції 53 Гбіт/с або більше.
Швидкість модуляції пристрою відповідає смузі пропускання пристрою. Для оптичного модуля 100G діапазону 1310 нм достатньо детектора InGaAs із смугою пропускання 25 ГГц або масиву детекторів.