„Netzwerk“ ist für die meisten modernen Menschen zu einer „Notwendigkeit“ geworden.
Der Grund, warum ein so komfortables Netzwerkzeitalter kommen kann, ist die „Glasfaser-Kommunikationstechnologie“, die als unverzichtbar bezeichnet werden kann.
1966 schlug die britisch-chinesische Sorghum das Konzept der Glasfaser vor, das den Höhepunkt der weltweiten Entwicklung der Glasfaserkommunikation auslöste. Die erste Generation von Lichtwellensystemen, die bei 0,8 μm arbeiteten, wurde 1978 offiziell in den kommerziellen Einsatz gebracht, und die zweite Generation von Lichtwellen Kommunikationssysteme, die in den frühen Tagen Multimode-Fasern verwendeten, wurden Anfang der 1980er Jahre schnell eingeführt. Bis 1990 war das optische Wellensystem der dritten Generation, das mit 2,4 Gb / s und 1,55 μm arbeitete, in der Lage, kommerzielle Kommunikationsdienste bereitzustellen.
Der „Vater der Glasfaser“ Sorghum, der einen bahnbrechenden Beitrag zur „Lichtübertragung in Glasfasern für die optische Kommunikation“ leistete, wurde 2009 mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet.
Die Glasfaserkommunikation ist mittlerweile zu einer der Hauptsäulen der modernen Kommunikation geworden und spielt eine zentrale Rolle in modernen Telekommunikationsnetzen.Es wird auch als wichtiges Symbol der neuen technologischen Revolution der Welt und als wichtigstes Mittel der Informationsübertragung in der zukünftigen Informationsgesellschaft angesehen.
In den letzten Jahren hat sich der Anwendungsmarkt von Big Data, Cloud Computing, 5G, Internet of Things und künstlicher Intelligenz rasant entwickelt.Der kommende Markt für unbemannte Anwendungen bringt dem Datenverkehr ein explosionsartiges Wachstum.Die Verbindung von Rechenzentren hat sich allmählich zur optischen Kommunikationsforschung entwickelt.Hotspot.
Im großen Rechenzentrum von Google
Das aktuelle Rechenzentrum besteht nicht mehr nur aus einem einzelnen oder wenigen Computerräumen, sondern aus einer Reihe von Rechenzentrums-Clustern. Um die normale Arbeit verschiedener Internetdienste und Anwendungsmärkte zu erreichen, müssen Rechenzentren zusammenarbeiten. In Echtzeit und die massive Interaktion von Informationen zwischen Rechenzentren hat die Nachfrage nach Rechenzentrums-Verbindungsnetzwerken geschaffen, und Glasfaserkommunikation ist zu einem notwendigen Mittel geworden, um eine Verbindung zu erreichen.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Übertragungsgeräten für Telekommunikationszugangsnetze muss die Verbindung von Rechenzentren mehr Informationen und eine dichtere Übertragung erreichen, was eine höhere Geschwindigkeit, einen geringeren Stromverbrauch und eine stärkere Miniaturisierung der Schaltgeräte erfordert. Einer der Kernfaktoren, die bestimmen, ob diese Fähigkeiten möglich sind erreicht ist das optische Transceiver-Modul.
Einige Grundkenntnisse über optische Transceiver-Module
Das Informationsnetzwerk verwendet hauptsächlich Glasfaser als Übertragungsmedium, aber die aktuelle Berechnung und Analyse muss auch auf elektrischen Signalen basieren, und das optische Transceiver-Modul ist das Kerngerät zur Realisierung der photoelektrischen Umwandlung.
Die Kernkomponenten des optischen Moduls sind Sender (lichtemittierendes Submodul)/Empfänger (lichtempfangendes Submodul) oder Transceiver (optisches Transceiver-Modul), elektrische Chips und umfassen auch passive Komponenten wie Linsen, Teiler und Kombinatoren.Aufbau der Peripherieschaltung.
Am Sendeende: Das elektrische Signal wird vom Transimitter in ein optisches Signal umgewandelt und dann vom optischen Adapter in die Glasfaser eingegeben. Am Empfängerende: Das optische Signal in der Glasfaser wird vom Empfänger über den optischen Adapter empfangen und in ein elektrisches Signal umgewandelt und zur Verarbeitung an die Recheneinheit gesendet.
Schaltplan des optischen Transceiver-Moduls
Mit der Entwicklung der optoelektronischen Integrationstechnologie hat auch die Verpackungsform des optischen Transceivermoduls einige Änderungen erfahren.Bevor die Branche der optischen Module gegründet wurde, wurde sie in den frühen Tagen von den großen Herstellern von Telekommunikationsgeräten entwickelt.Die Schnittstellen waren vielfältig und nicht universell einsetzbar.Dadurch wurden die optischen Transceiver-Module nicht austauschbar. Für die Entwicklung der Industrie kam das endgültige „Multi Source Agreement (MSA)“ zustande.Mit dem MSA-Standard entstanden Unternehmen, die sich unabhängig auf die Entwicklung von Transceivern konzentrierten, und die Branche stieg auf.
Das optische Transceiver-Modul kann je nach Verpackungsform in SFP, XFP, QSFP, CFP usw. unterteilt werden:
· SFP (Small Form-factor Pluggable) ist ein kompakter, steckbarer Transceiver-Modulstandard für Telekommunikations- und Datenkommunikationsanwendungen, der Übertragungsraten von bis zu 10 Gbit/s unterstützt.
Das XFP (10 Gigabit Small Form Factor Pluggable) ist ein steckbares Transceiver-Modul mit 10G-Rate und kleinem Formfaktor, das mehrere Kommunikationsprotokolle wie 10G Ethernet, 10G Fibre Channel und SONETOC-192 unterstützt. XFP-Transceiver können in der Datenkommunikation und verwendet werden Telekommunikationsmärkte und bieten bessere Stromverbrauchseigenschaften als andere 10-Gbit/s-Transceiver.
QSFP (Quad Small Form-factor Pluggable) ist ein kompakter, steckbarer Transceiver-Standard für Hochgeschwindigkeits-Datenkommunikationsanwendungen.Je nach Geschwindigkeit kann das QSFP in 4×1G QSFP, 4×10GQSFP+, 4×25G QSFP28 optische Module unterteilt werden.Derzeit ist QSFP28 in globalen Rechenzentren weit verbreitet.
· CFP (Centum Gigabits Form Pluggable) basiert auf einem standardisierten Dense-Wave-Optical-Splitting-Kommunikationsmodul mit einer Übertragungsrate von 100-400 Gbps.Die Größe des CFP-Moduls ist größer als die des SFP/XFP/QSFP und wird im Allgemeinen für Langstreckenübertragungen wie z. B. ein Stadtgebietsnetz verwendet.
Optisches Transceiver-Modul für die Kommunikation im Rechenzentrum
Die Kommunikation im Rechenzentrum kann je nach Art der Verbindung in drei Kategorien eingeteilt werden:
(1) Das Rechenzentrum für den Benutzer wird durch das Verhalten des Endbenutzers wie das Surfen auf der Webseite, das Senden und Empfangen von E-Mails und Videostreams durch Zugriff auf die Cloud generiert;
(2) Rechenzentrumsverbindung, die hauptsächlich für Datenreplikation, Software- und System-Upgrades verwendet wird;
(3) Innerhalb des Rechenzentrums wird es hauptsächlich für die Speicherung, Generierung und das Mining von Informationen verwendet.Laut Ciscos Prognose macht die interne Kommunikation von Rechenzentren mehr als 70 % der Rechenzentrumskommunikation aus, und die Entwicklung des Baus von Rechenzentren hat die Entwicklung von optischen Hochgeschwindigkeitsmodulen hervorgebracht.
Der Datenverkehr wächst weiter, und der großräumige und abflachende Trend der Rechenzentren treibt die Entwicklung optischer Module in zweierlei Hinsicht voran:
· Erhöhte Anforderungen an die Übertragungsrate
· Erhöhung der Mengennachfrage
Gegenwärtig haben sich die Anforderungen an optische Module für globale Rechenzentren von 10/40G-Optikmodulen zu 100G-Optikmodulen geändert. Chinas Alibaba Cloud Promotion wird 2018 das erste Jahr der groß angelegten Anwendung von 100G-Optikmodulen sein. Es wird erwartet, dass sie aktualisiert werden 400G optische Module im Jahr 2019.
Evolutionspfad des Ali-Cloud-Moduls
Der Trend zu großen Rechenzentren hat zu einer Zunahme der Anforderungen an die Übertragungsentfernung geführt.Die Übertragungsreichweite von Multimode-Fasern ist durch die Erhöhung der Signalrate begrenzt und wird voraussichtlich schrittweise durch Singlemode-Fasern ersetzt. Die Kosten für die Glasfaserverbindung setzen sich aus zwei Teilen zusammen: dem optischen Modul und der Glasfaser.Für unterschiedliche Entfernungen gibt es verschiedene anwendbare Lösungen. Für die Mittel- und Langstreckenverbindung, die für die Kommunikation in Rechenzentren erforderlich ist, gibt es zwei revolutionäre Lösungen von MSA:
· PSM4 (Parallel Single Mode 4 Spuren)
· CWDM4 (Coarse Wavelength Division Multiplexer 4 Spuren)
Unter ihnen ist die Verwendung von PSM4-Fasern viermal so hoch wie bei CWDM4.Wenn die Verbindungsentfernung lang ist, sind die Kosten der CWDM4-Lösung relativ niedrig.Aus der folgenden Tabelle können wir einen Vergleich der optischen 100G-Modullösungen für Rechenzentren entnehmen:
Heute ist die Implementierungstechnologie von optischen 400G-Modulen in den Mittelpunkt der Branche gerückt. Die Hauptfunktion des optischen 400G-Moduls besteht darin, den Datendurchsatz zu verbessern und die Bandbreite und Portdichte des Rechenzentrums zu maximieren Verstärkung, geringes Rauschen, Miniaturisierung und Integration, um die Anforderungen von drahtlosen Netzwerken der nächsten Generation und extrem großen Kommunikationsanwendungen in Rechenzentren zu erfüllen.
Das frühe optische 400G-Modul verwendete ein 16-Kanal-25G-NRZ-Signalmodulationsverfahren (Non-Returnto Zero) in einem CFP8-Gehäuse. Der Vorteil besteht darin, dass die auf dem optischen 100G-Modul ausgereifte 25G-NRZ-Signalmodulationstechnologie ausgeliehen werden kann, aber der Nachteil ist dass 16 Signale parallel übertragen werden müssen und der Stromverbrauch und die Lautstärke relativ groß sind, was für Rechenzentrumsanwendungen nicht geeignet ist. Im aktuellen optischen 400G-Modul, 8-Kanal 53G NRZ oder 4-Kanal 106G PAM4 (4 Pulse Amplitudenmodulation) Signalmodulation wird hauptsächlich verwendet, um die 400G-Signalübertragung zu realisieren.
In Bezug auf die Modulverpackung wird OSFP oder QSFP-DD verwendet, und beide Pakete können 8 elektrische Signalschnittstellen bereitstellen. Im Vergleich dazu ist das QSFP-DD-Paket kleiner und besser für Rechenzentrumsanwendungen geeignet;Das OSFP-Paket ist etwas größer und verbraucht mehr Strom, wodurch es besser für Telekommunikationsanwendungen geeignet ist.
Analysieren Sie die „Kernleistung“ von optischen 100G/400G-Modulen
Wir haben die Implementierung von optischen 100G- und 400G-Modulen kurz vorgestellt.Folgendes ist in den schematischen Diagrammen der 100G-CWDM4-Lösung, der 400G-CWDM8-Lösung und der 400G-CWDM4-Lösung zu sehen:
100G CWDM4-Schema
400G CWDM8-Schema
400G CWDM4-Schema
Im optischen Modul ist der Schlüssel zur Umsetzung der photoelektrischen Signalwandlung der Photodetektor.Um diese Pläne endlich zu erfüllen, welche Art von Bedürfnissen müssen Sie vom „Kern“ aus erfüllen?
Die 100G-CWDM4-Lösung erfordert eine 4λx25GbE-Implementierung, die 400G-CWDM8-Lösung eine 8λx50GbE-Implementierung und die 400G-CWDM4-Lösung eine 4λx100GbE-Implementierung 25-Gbd- und 53-Gbd-Geräte. Das 400G-CWDM4-Schema übernimmt das PAM4-Modulationsschema, das auch erfordert, dass das Gerät eine Modulationsrate von 53 Gbd oder mehr hat.
Die Gerätemodulationsrate entspricht der Gerätebandbreite.Für ein optisches 1310-nm-Band-100G-Modul ist ein InGaAs-Detektor oder -Array mit einer Bandbreite von 25 GHz ausreichend.