“Mreža” je postala “neophodnost” za većinu savremenih ljudi.
Razlog zašto tako zgodna mrežna era može doći, može se reći da je “fiber-optička komunikaciona tehnologija” neophodna.
Godine 1966. britanski kineski sirak je predložio koncept optičkih vlakana, što je zapalilo vrhunac razvoja komunikacije optičkim vlaknima širom svijeta. Prva generacija svjetlosnih sistema koji rade na 0,8 μm 1978. službeno je puštena u komercijalnu upotrebu, a druga generacija svjetlosnih Komunikacioni sistemi koji su koristili višemodna vlakna u ranim danima brzo su uvedeni ranih 1980-ih. Do 1990. godine, treća generacija optičkog talasnog sistema koji je radio na 2,4 Gb/s i 1,55 μm bio je u stanju da pruži komercijalne komunikacione usluge.
“Otac vlakana” sirka, koji je dao značajan doprinos “prenošenju svjetlosti u vlaknima za optičku komunikaciju”, dobio je Nobelovu nagradu za fiziku 2009.
Komunikacija optičkim vlaknima sada je postala jedan od glavnih stubova moderne komunikacije, igrajući ključnu ulogu u modernim telekomunikacijskim mrežama.Također se smatra važnim simbolom nove svjetske tehnološke revolucije i glavnim sredstvom prijenosa informacija u budućem informatičkom društvu.
Poslednjih godina, tržište aplikacija velikih podataka, računarstva u oblaku, 5G, Interneta stvari i veštačke inteligencije brzo se razvilo.Tržište bespilotnih aplikacija koje dolazi donosi eksplozivan rast u prometu podataka.Interkonekcija centara podataka postepeno se razvila u istraživanje optičkih komunikacija.hot spot.
Unutar Googleovog velikog data centra
Trenutni data centar više nije samo jedna ili nekoliko računarskih soba, već skup klastera data centara. Da bi se postigao normalan rad različitih internet usluga i tržišta aplikacija, data centri moraju da rade zajedno. i masovna interakcija informacija između centara podataka stvorila je potražnju za mrežama međupovezivanja centara podataka, a komunikacija optičkim vlaknima postala je neophodno sredstvo za postizanje međusobnog povezivanja.
Za razliku od tradicionalne opreme za prijenos telekomunikacijske pristupne mreže, međupovezivanje podatkovnih centara treba postići više informacija i gušći prijenos, što zahtijeva da komutirajuća oprema ima veću brzinu, manju potrošnju energije i više minijaturizacije. Jedan od ključnih faktora koji određuju da li se ove mogućnosti mogu postignut je optički primopredajni modul.
Neka osnovna znanja o optičkim primopredajnim modulima
Informacijska mreža uglavnom koristi optička vlakna kao prijenosni medij, ali trenutni proračun i analiza također moraju biti zasnovani na električnim signalima, a optički primopredajni modul je osnovni uređaj za realizaciju fotoelektrične konverzije.
Osnovne komponente optičkog modula su odašiljač (podmodul koji emituje svetlost)/prijemnik (podmodul za prijem svetlosti) ili primopredajnik (optički primopredajni modul), električni čip, a takođe uključuju pasivne komponente kao što su sočiva, razdelnici i kombinatori.Sastav perifernog kola.
Na kraju odašiljanja: električni signal se pretvara u optički signal od strane transmitera, a zatim ga optički adapter unosi u optičko vlakno; Na kraju prijema: optički signal u optičkom vlaknu prima prijemnik preko optičkog adaptera i pretvara se u električni signal i šalje u računarsku jedinicu na obradu.
Shema optičkog primopredajnog modula
Sa razvojem tehnologije optoelektronske integracije, oblik pakovanja optičkog primopredajnog modula je takođe pretrpeo neke promene.Prije nego što je nastala industrija optičkih modula, razvili su je glavni proizvođači telekom opreme u prvim danima.Interfejsi su bili različiti i nisu se mogli koristiti univerzalno.Ovo je učinilo da moduli optičkih primopredajnika nisu međusobno zamjenjivi. Za razvoj industrije došlo je do konačnog „Multi Source Agreement (MSA)”.Sa standardom MSA, kompanije koje su se samostalno fokusirale na razvoj primopredajnika počele su da se pojavljuju, a industrija je porasla.
Optički primopredajni modul se može podijeliti na SFP, XFP, QSFP, CFP, itd. prema obliku paketa:
· SFP (Small Form-factor Pluggable) je kompaktan standard primopredajnog modula koji se može priključiti za telekomunikacijske i datacom aplikacije koji podržava brzine prijenosa do 10 Gbps.
XFP (10 Gigabit Small Form Factor Pluggable) je 10G primopredajni modul malog formata koji podržava višestruke komunikacijske protokole kao što su 10G Ethernet, 10G Fiber Channel i SONETOC-192.XFP primopredajnici se mogu koristiti u komunikaciji podataka i telekomunikacijskim tržištima i nude bolje karakteristike potrošnje energije od ostalih 10Gbps primopredajnika.
QSFP (Quad Small Form-factor Pluggable) je kompaktni standard primopredajnika koji se može priključiti za aplikacije velike brzine prijenosa podataka.Prema brzini, QSFP se može podijeliti na 4×1G QSFP, 4×10GQSFP+, 4×25G QSFP28 optičke module.Trenutno se QSFP28 široko koristi u globalnim data centrima.
· CFP (Centum gigabits Form Pluggable) je baziran na standardizovanom gustom talasnom optičkom dijeljenju komunikacionog modula sa brzinom prijenosa od 100-400 Gbps.Veličina CFP modula je veća od veličine SFP/XFP/QSFP i općenito se koristi za prijenos na velike udaljenosti kao što je gradska mreža.
Optički primopredajni modul za komunikaciju u podatkovnom centru
Komunikacija u podatkovnom centru može se podijeliti u tri kategorije prema vrsti veze:
(1) Data centar za korisnika je generiran ponašanjem krajnjeg korisnika kao što je pregledavanje web stranice, slanje i primanje e-pošte i video tokova pristupom oblaku;
(2) Interkonekcija centara podataka, koja se uglavnom koristi za replikaciju podataka, nadogradnju softvera i sistema;
(3) Unutar podatkovnog centra, uglavnom se koristi za pohranu informacija, generiranje i rudarenje.Prema Ciscovoj prognozi, interna komunikacija data centra čini više od 70% komunikacije data centra, a razvoj konstrukcije data centara iznedrio je razvoj optičkih modula velike brzine.
Promet podataka nastavlja rasti, a trend velikih razmjera i spljoštenja podatkovnog centra pokreće razvoj optičkih modula u dva aspekta:
· Povećani zahtjevi za brzinu prijenosa
· Povećanje količinske potražnje
Trenutno su se zahtjevi optičkih modula globalnih centara podataka promijenili sa 10/40G optičkih modula na 100G optičke module. Kineska Alibaba Cloud promocija će postati prva godina široke primjene 100G optičkih modula u 2018. Očekuje se nadogradnja 400G optički moduli u 2019.
Ali put evolucije modula oblaka
Trend velikih podatkovnih centara doveo je do povećanja zahtjeva za daljinom prijenosa.Udaljenost prijenosa multimodnih vlakana ograničena je povećanjem brzine signala i očekuje se da će se postepeno zamijeniti jednomodnim vlaknima. Trošak vlaknaste veze sastoji se od dva dijela: optičkog modula i optičkog vlakna.Za različite udaljenosti postoje različita primjenjiva rješenja. Za međuvezu na srednje i velike udaljenosti koja je potrebna za komunikaciju u podatkovnom centru, postoje dva revolucionarna rješenja nastala iz MSA:
· PSM4 (Paralelni Single Mode 4 trake)
· CWDM4 (Multiplekser grube valne dužine 4 trake)
Među njima, upotreba PSM4 vlakana je četiri puta veća od CWDM4.Kada je udaljenost veze duga, cijena rješenja CWDM4 je relativno niska.Iz donje tabele možemo vidjeti poređenje rješenja optičkog modula za podatkovni centar 100G:
Danas je tehnologija implementacije 400G optičkih modula postala fokus industrije. Glavna funkcija 400G optičkog modula je poboljšati protok podataka i maksimizirati propusni opseg i gustinu portova u podatkovnom centru. Njegov budući trend je postizanje široke pojačanje, niska razina buke, minijaturizacija i integracija, kako bi se zadovoljile potrebe bežičnih mreža sljedeće generacije i komunikacijskih aplikacija ultra-velikih centara podataka.
Rani 400G optički modul koristio je 16-kanalni 25G NRZ (Non-Returnto Zero) metod modulacije signala u CFP8 paketu. Prednost je što se tehnologija modulacije signala 25G NRZ sazrela na 100G optičkom modulu može posuditi, ali nedostatak je da je 16 signala potrebno paralelno prenositi, a potrošnja energije i volumen su relativno veliki, što nije prikladno za aplikacije u podatkovnim centrima. U trenutnom optičkom modulu 400G, 8-kanalni 53G NRZ ili 4-kanalni 106G PAM4 (4 pulsa Amplitudna modulacija) modulacija signala se uglavnom koristi za realizaciju 400G prijenosa signala.
Što se tiče pakovanja modula, koristi se OSFP ili QSFP-DD, a oba paketa mogu da obezbede 8 električnih signalnih interfejsa. Za poređenje, QSFP-DD paket je manji po veličini i pogodniji za aplikacije u data centrima;OSFP paket je nešto veće veličine i troši više energije, što ga čini pogodnijim za telekomunikacijske aplikacije.
Analizirajte „jezgro“ snage 100G/400G optičkih modula
Ukratko smo predstavili implementaciju 100G i 400G optičkih modula.Sljedeće se može vidjeti na šematskim dijagramima rješenja 100G CWDM4, 400G CWDM8 rješenja i 400G CWDM4 rješenja:
100G CWDM4 shema
400G CWDM8 shema
400G CWDM4 shema
U optičkom modulu, ključ za realizaciju fotoelektrične konverzije signala je fotodetektor.Da biste konačno ispunili ove planove, koje sve potrebe trebate ispuniti iz „jezgra“?
Rješenje 100G CWDM4 zahtijeva implementaciju 4λx25GbE, rješenje 400G CWDM8 zahtijeva implementaciju 8λx50GbE, a rješenje 400G CWDM4 zahtijeva implementaciju 4λx100GbE. U skladu sa metodom modulacije, 100G CWDM4 i 400G CWDM8 rješenje odgovaraju modulacijskoj shemi CWDM, a 400G modulirajuća šema odgovara CWDM šemi. 25Gbd i 53Gbd uređaji. 400G CWDM4 šema usvaja PAM4 modulacionu šemu, koja takođe zahteva da uređaj ima stopu modulacije od 53Gbd ili više.
Brzina modulacije uređaja odgovara propusnoj širini uređaja.Za 100G optički modul od 1310 nm, dovoljan je InGaAs detektor ili detektorski niz od 25 GHz.