La “red” se ha convertido en una “necesidad” para la mayoría de las personas contemporáneas.
La razón por la cual puede llegar una era de red tan conveniente, se puede decir que la "tecnología de comunicación de fibra óptica" es indispensable.
En 1966, el sorgo chino británico propuso el concepto de fibra óptica, que encendió el clímax del desarrollo de la comunicación por fibra óptica en todo el mundo. Los sistemas de comunicación que utilizaban fibra multimodo en los primeros días se introdujeron rápidamente a principios de la década de 1980. Para 1990, el sistema de onda óptica de tercera generación que operaba a 2,4 Gb/s y 1,55 μm podía proporcionar servicios de comunicación comercial.
El sorgo “padre de la fibra”, que hizo una contribución revolucionaria a “la transmisión de luz en fibra para la comunicación óptica”, recibió el Premio Nobel de Física 2009.
La comunicación por fibra óptica se ha convertido en uno de los principales pilares de la comunicación moderna y desempeña un papel fundamental en las redes de telecomunicaciones modernas.También se considera un símbolo importante de la nueva revolución tecnológica mundial y el principal medio de transmisión de información en la futura sociedad de la información.
En los últimos años, el mercado de aplicaciones de big data, computación en la nube, 5G, Internet de las cosas e inteligencia artificial se ha desarrollado rápidamente.El mercado de aplicaciones no tripuladas que se avecina está trayendo un crecimiento explosivo al tráfico de datos.La interconexión del centro de datos se ha convertido gradualmente en investigación de comunicación óptica.punto caliente
Dentro del gran centro de datos de Google
El centro de datos actual ya no es solo una o unas pocas salas de computadoras, sino un conjunto de clústeres de centros de datos. Para lograr el funcionamiento normal de varios servicios de Internet y mercados de aplicaciones, los centros de datos deben trabajar juntos. y la interacción masiva de información entre centros de datos ha creado la demanda de redes de interconexión de centros de datos, y la comunicación por fibra óptica se ha convertido en un medio necesario para lograr la interconexión.
A diferencia de los equipos de transmisión de red de acceso de telecomunicaciones tradicionales, la interconexión del centro de datos necesita lograr más información y una transmisión más densa, lo que requiere que los equipos de conmutación tengan mayor velocidad, menor consumo de energía y más miniaturización. Uno de los factores centrales que determinan si estas capacidades pueden ser logrado es el módulo transceptor óptico.
Algunos conocimientos básicos sobre los módulos transceptores ópticos
La red de información utiliza principalmente fibra óptica como medio de transmisión, pero el cálculo y el análisis actuales también deben basarse en señales eléctricas, y el módulo transceptor óptico es el dispositivo central para realizar la conversión fotoeléctrica.
Los componentes principales del módulo óptico son el transmisor (submódulo emisor de luz)/receptor (submódulo receptor de luz) o el transceptor (módulo transceptor óptico), el chip eléctrico y también incluyen componentes pasivos como lentes, divisores y combinadores.Composición del circuito periférico.
En el extremo de transmisión: el transmisor convierte la señal eléctrica en una señal óptica y luego el adaptador óptico la introduce en la fibra óptica; en el extremo receptor: el receptor recibe la señal óptica en la fibra óptica a través del adaptador óptico y convertida en una señal eléctrica y enviada a la unidad de computación para su procesamiento.
Esquema del módulo transceptor óptico
Con el desarrollo de la tecnología de integración optoelectrónica, la forma de empaque del módulo transceptor óptico también ha sufrido algunos cambios.Antes de que se formara la industria de módulos ópticos, fue desarrollada por los principales fabricantes de equipos de telecomunicaciones en los primeros días.Las interfaces eran variadas y no podían usarse universalmente.Esto hizo que los módulos transceptores ópticos no fueran intercambiables. Para el desarrollo de la industria, surgió el "Acuerdo de fuente múltiple (MSA)" final.Con el estándar MSA, comenzaron a surgir empresas que se centraron de forma independiente en el desarrollo de Transceiver y la industria creció.
El módulo transceptor óptico se puede dividir en SFP, XFP, QSFP, CFP, etc. según la forma del paquete:
· SFP (enchufable de factor de forma pequeño) es un estándar de módulo transceptor enchufable y compacto para aplicaciones de telecomunicaciones y comunicaciones de datos que admite tasas de transferencia de hasta 10 Gbps.
El XFP (10 Gigabit Small Form Factor Pluggable) es un módulo transceptor conectable de factor de forma pequeño de velocidad 10G que admite múltiples protocolos de comunicación como 10G Ethernet, 10G Fibre Channel y SONETOC-192. Los transceptores XFP se pueden usar en las comunicaciones de datos y mercados de telecomunicaciones y ofrecen mejores características de consumo de energía que otros transceptores de 10 Gbps.
QSFP (Quad Small Form-factor Pluggable) es un estándar de transceptor compacto y enchufable para aplicaciones de comunicación de datos de alta velocidad.Según la velocidad, el QSFP se puede dividir en módulos ópticos 4×1G QSFP, 4×10GQSFP+, 4×25G QSFP28.Actualmente QSFP28 ha sido ampliamente utilizado en centros de datos globales.
· CFP (Centum gigabits Form Pluggable) se basa en un módulo de comunicación de división óptica de onda densa estandarizado con una velocidad de transmisión de 100-400 Gbps.El tamaño del módulo CFP es mayor que el del SFP/XFP/QSFP y generalmente se usa para transmisiones de larga distancia, como una red de área metropolitana.
Módulo transceptor óptico para la comunicación del centro de datos
La comunicación del centro de datos se puede dividir en tres categorías según el tipo de conexión:
(1) El centro de datos para el usuario es generado por el comportamiento del usuario final, como navegar por la página web, enviar y recibir correos electrónicos y transmisiones de video al acceder a la nube;
(2) Interconexión de centros de datos, utilizada principalmente para la replicación de datos, actualizaciones de software y sistemas;
(3) Dentro del centro de datos, se utiliza principalmente para almacenamiento, generación y extracción de información.Según el pronóstico de Cisco, la comunicación interna del centro de datos representa más del 70% de la comunicación del centro de datos, y el desarrollo de la construcción del centro de datos ha generado el desarrollo de módulos ópticos de alta velocidad.
El tráfico de datos continúa creciendo, y la tendencia aplanada y a gran escala del centro de datos está impulsando el desarrollo de módulos ópticos en dos aspectos:
· Aumento de los requisitos de velocidad de transmisión
· Aumento de la demanda de cantidad
En la actualidad, los requisitos de los módulos ópticos del centro de datos global han cambiado de módulos ópticos de 10/40G a módulos ópticos de 100G. La promoción en la nube de Alibaba de China se convertirá en el primer año de aplicación a gran escala de módulos ópticos de 100G en 2018. Se espera que actualice Módulos ópticos de 400G en 2019.
Ruta de evolución del módulo Ali Cloud
La tendencia de los centros de datos a gran escala ha llevado a un aumento en los requisitos de distancia de transmisión.La distancia de transmisión de las fibras multimodo está limitada por el aumento en la velocidad de la señal y se espera que sean reemplazadas gradualmente por fibras monomodo. El costo del enlace de fibra se compone de dos partes: el módulo óptico y la fibra óptica.Para diferentes distancias, existen diferentes soluciones aplicables. Para la interconexión de media a larga distancia requerida para la comunicación del centro de datos, existen dos soluciones revolucionarias nacidas de MSA:
· PSM4（Modo único paralelo 4 carriles）
· CWDM4 (multiplexor de división de longitud de onda gruesa de 4 carriles)
Entre ellos, el uso de fibra PSM4 es cuatro veces mayor que el de CWDM4.Cuando la distancia del enlace es larga, el costo de la solución CWDM4 es relativamente bajo.En la siguiente tabla, podemos ver una comparación de las soluciones de módulos ópticos 100G del centro de datos:
Hoy en día, la tecnología de implementación de los módulos ópticos 400G se ha convertido en el centro de atención de la industria. La función principal del módulo óptico 400G es mejorar el rendimiento de datos y maximizar el ancho de banda y la densidad de puertos del centro de datos. Su tendencia futura es lograr una amplia ganancia, bajo nivel de ruido, miniaturización e integración, para satisfacer las necesidades de las redes inalámbricas de próxima generación y las aplicaciones de comunicaciones de centros de datos a gran escala.
El primer módulo óptico 400G usaba un método de modulación de señal 25G NRZ (sin retorno a cero) de 16 canales en un paquete CFP8. La ventaja es que la tecnología de modulación de señal 25G NRZ madurada en el módulo óptico 100G se puede tomar prestada, pero la desventaja es que se deben transmitir 16 señales en paralelo, y el consumo de energía y el volumen son relativamente grandes, lo que no es adecuado para aplicaciones de centros de datos. En el módulo óptico actual de 400G, 8 canales 53G NRZ o 4 canales 106G PAM4 (4 Pulse Modulación de amplitud) la modulación de señal se utiliza principalmente para realizar la transmisión de señal de 400G.
En cuanto al paquete de módulos, se utiliza OSFP o QSFP-DD, y ambos paquetes pueden proporcionar 8 interfaces de señales eléctricas. En comparación, el paquete QSFP-DD es más pequeño y más adecuado para aplicaciones de centros de datos;el paquete OSFP es un poco más grande y consume más energía, lo que lo hace más adecuado para aplicaciones de telecomunicaciones.
Analice la potencia del "núcleo" de los módulos ópticos de 100G/400G
Hemos presentado brevemente la implementación de módulos ópticos de 100G y 400G.Lo siguiente se puede ver en los diagramas esquemáticos de la solución 100G CWDM4, la solución 400G CWDM8 y la solución 400G CWDM4:
Esquema de 100G CWDM4
Esquema de 400G CWDM8
Esquema de 400G CWDM4
En el módulo óptico, la clave para realizar la conversión de la señal fotoeléctrica es el fotodetector.Para finalmente cumplir con estos planes, ¿qué tipo de necesidades necesita satisfacer desde el “núcleo”?
La solución 100G CWDM4 requiere una implementación de 4λx25GbE, la solución 400G CWDM8 requiere una implementación de 8λx50GbE y la solución 400G CWDM4 requiere una implementación de 4λx100GbE. En correspondencia con el método de modulación, los esquemas 100G CWDM4 y 400G CWDM8 adoptan la modulación NRZ, que corresponden respectivamente a la tasa de modulación de Dispositivos de 25 Gbd y 53 Gbd. El esquema 400G CWDM4 adopta el esquema de modulación PAM4, que también requiere que el dispositivo tenga una tasa de modulación de 53 Gbd o más.
La tasa de modulación del dispositivo corresponde al ancho de banda del dispositivo.Para un módulo óptico de 100 G de banda de 1310 nm, es suficiente un detector InGaAs de 25 GHz de ancho de banda o una matriz de detectores.