A "rede" converteuse nunha "necesidade" para a maioría da xente contemporánea.
A razón pola que pode chegar unha era de rede tan conveniente, pódese dicir que a "tecnoloxía de comunicación de fibra óptica" é indispensable.
En 1966, o sorgo chinés británico propuxo o concepto de fibra óptica, o que provocou o clímax do desenvolvemento da comunicación por fibra óptica en todo o mundo. A primeira xeración de sistemas de ondas de luz que funcionaban a 0,8 μm en 1978 púxose en uso comercial, e a segunda xeración de ondas de luz. Os sistemas de comunicación que usaban fibra multimodo nos primeiros días foron introducidos rapidamente a principios dos anos 80. En 1990, o sistema de ondas ópticas de terceira xeración que funcionaba a 2,4 Gb/s e 1,55 μm era capaz de proporcionar servizos de comunicación comercial.
O sorgo "pai da fibra", que fixo unha gran contribución á "transmisión da luz en fibra para a comunicación óptica", foi galardoado co Premio Nobel de Física en 2009.
A comunicación por fibra óptica converteuse nun dos principais piares da comunicación moderna, xogando un papel fundamental nas redes de telecomunicacións modernas.Tamén é visto como un importante símbolo da nova revolución tecnolóxica mundial e o principal medio de transmisión da información na futura sociedade da información.
Nos últimos anos, o mercado de aplicacións de big data, cloud computing, 5G, Internet das cousas e intelixencia artificial desenvolveuse rapidamente.O mercado de aplicacións non tripuladas que está chegando está traendo un crecemento explosivo ao tráfico de datos.A interconexión do centro de datos desenvolveuse gradualmente na investigación de comunicacións ópticas.punto quente.
Dentro do gran centro de datos de Google
O centro de datos actual xa non é só unha ou unhas poucas salas de informática, senón un conxunto de clusters de centros de datos. Para lograr o traballo normal de varios servizos de Internet e mercados de aplicacións, os centros de datos deben traballar xuntos. O tempo real e a interacción masiva de información entre centros de datos creou a demanda de redes de interconexión de centros de datos, e a comunicación por fibra óptica converteuse nun medio necesario para lograr a interconexión.
A diferenza dos equipos tradicionais de transmisión de redes de acceso de telecomunicacións, a interconexión do centro de datos necesita conseguir máis información e unha transmisión máis densa, o que require que os equipos de conmutación teñan maior velocidade, menor consumo de enerxía e máis miniaturización. Un dos factores fundamentais que determina se estas capacidades poden ser conseguido é o módulo transceptor óptico.
Algúns coñecementos básicos sobre módulos transceptores ópticos
A rede de información usa principalmente fibra óptica como medio de transmisión, pero o cálculo e análise actual tamén debe basearse en sinais eléctricos, e o módulo transceptor óptico é o dispositivo principal para realizar a conversión fotoeléctrica.
Os compoñentes básicos do módulo óptico son o transmisor (submódulo emisor de luz)/receptor (submódulo receptor de luz) ou o transceptor (módulo transceptor óptico), chip eléctrico e tamén inclúen compoñentes pasivos como lentes, divisores e combinadores.Composición do circuíto periférico.
No extremo de transmisión: o sinal eléctrico convértese nun sinal óptico polo transmisor, e despois introdúcese na fibra óptica polo adaptador óptico; No extremo receptor: o sinal óptico da fibra óptica é recibido polo receptor a través do adaptador óptico. e convertido nun sinal eléctrico e enviado á unidade de computación para o seu procesamento.
Esquema do módulo transceptor óptico
Co desenvolvemento da tecnoloxía de integración optoelectrónica, a forma de embalaxe do módulo transceptor óptico tamén sufriu algúns cambios.Antes de que se formase a industria do módulo óptico, foi desenvolvida polos principais fabricantes de equipos de telecomunicacións nos primeiros tempos.As interfaces eran variadas e non se podían usar universalmente.Isto fixo que os módulos transceptores ópticos non fosen intercambiables. Para o desenvolvemento da industria, xurdiu o "Acordo de fontes múltiples (MSA)" final.Co estándar MSA, comezaron a xurdir empresas que se centraban de forma independente no desenvolvemento de Transceiver, e a industria aumentou.
O módulo transceptor óptico pódese dividir en SFP, XFP, QSFP, CFP, etc. segundo o formulario do paquete:
· SFP (Small Form-Factor Pluggable) é un módulo transceptor compacto e enchufable estándar para aplicacións de telecomunicacións e comunicación de datos que admite velocidades de transferencia de ata 10 Gbps.
O XFP (10 Gigabit Small Form Factor Pluggable) é un módulo transceptor enchufable de factor de forma pequeno de 10G que admite múltiples protocolos de comunicación como Ethernet 10G, Fibre Channel 10G e SONETOC-192. Os transceptores XFP pódense utilizar nas comunicacións de datos e mercados de telecomunicacións e ofrecen mellores características de consumo de enerxía que outros transceptores de 10 Gbps.
QSFP (Quad Small Form-factor Pluggable) é un estándar de transceptor compacto e enchufable para aplicacións de comunicación de datos de alta velocidade.Segundo a velocidade, o QSFP pódese dividir en módulos ópticos 4×1G QSFP, 4×10GQSFP+, 4×25G QSFP28.Actualmente QSFP28 utilizouse amplamente nos centros de datos globais.
· CFP (Centum gigabits Form Pluggable) baséase nun módulo de comunicación de división óptica de onda densa estandarizada cunha taxa de transmisión de 100-400 Gbps.O tamaño do módulo CFP é maior que o do SFP/XFP/QSFP e úsase xeralmente para a transmisión de longa distancia, como unha rede de área metropolitana.
Módulo transceptor óptico para comunicación con centro de datos
A comunicación do centro de datos pódese dividir en tres categorías segundo o tipo de conexión:
(1) O centro de datos para o usuario xérase polo comportamento do usuario final, como navegar pola páxina web, enviar e recibir correos electrónicos e fluxos de vídeo ao acceder á nube;
(2) Interconexión de centros de datos, utilizada principalmente para a replicación de datos, actualizacións de software e sistemas;
(3) Dentro do centro de datos, úsase principalmente para almacenamento, xeración e minería de información.Segundo a previsión de Cisco, a comunicación interna do centro de datos representa máis do 70% da comunicación do centro de datos e o desenvolvemento da construción do centro de datos xerou o desenvolvemento de módulos ópticos de alta velocidade.
O tráfico de datos segue crecendo, e a tendencia a gran escala e aplanamento do centro de datos está impulsando o desenvolvemento de módulos ópticos en dous aspectos:
· Aumento dos requisitos de velocidade de transmisión
· Aumento da demanda de cantidade
Actualmente, os requisitos dos módulos ópticos do centro de datos globais cambiaron de módulos ópticos 10/40G a módulos ópticos 100G. A promoción da nube Alibaba de China converterase no primeiro ano de aplicación a gran escala de módulos ópticos 100G en 2018. Espérase que se actualice. Módulos ópticos 400G en 2019.
Camiño de evolución do módulo de nube Ali
A tendencia dos centros de datos a gran escala levou a un aumento dos requisitos de distancia de transmisión.A distancia de transmisión das fibras multimodo está limitada polo aumento da taxa de sinal e espérase que sexa substituída gradualmente por fibras monomodo. O custo do enlace de fibra está composto por dúas partes: o módulo óptico e a fibra óptica.Para diferentes distancias, existen diferentes solucións aplicables. Para a interconexión de media e longa distancia necesaria para a comunicación do centro de datos, existen dúas solucións revolucionarias que nacen de MSA:
· PSM4（Modo único paralelo 4 carrís）
· CWDM4 (Multiplexor de división de lonxitude de onda grosa de 4 vías)
Entre eles, o uso de fibra PSM4 é catro veces superior ao de CWDM4.Cando a distancia da ligazón é longa, o custo da solución CWDM4 é relativamente baixo.Na seguinte táboa, podemos ver unha comparación das solucións do módulo óptico 100G do centro de datos:
Hoxe, a tecnoloxía de implementación dos módulos ópticos 400G converteuse no foco da industria. A función principal do módulo óptico 400G é mellorar o rendemento de datos e maximizar o ancho de banda e a densidade de portos do centro de datos. A súa tendencia futura é lograr ganancia, baixo ruído, miniaturización e integración, para satisfacer as necesidades das redes sen fíos de próxima xeración e das aplicacións de comunicacións de centros de datos a gran escala.
O primeiro módulo óptico 400G utilizaba un método de modulación de sinal 25G NRZ (Non-Returnto Zero) de 16 canles nun paquete CFP8. A vantaxe é que a tecnoloxía de modulación de sinal 25G NRZ madurada no módulo óptico 100G pódese tomar prestada, pero a desvantaxe é que 16 sinais deben transmitirse en paralelo, e o consumo de enerxía e o volume son relativamente grandes, o que non é adecuado para aplicacións de centros de datos. No módulo óptico 400G actual, 53G NRZ de 8 canles ou 106G PAM4 de 4 canles (4 pulsos). Modulación de amplitud) a modulación de sinal úsase principalmente para realizar a transmisión de sinal de 400G.
En termos de empaquetado de módulos, úsase OSFP ou QSFP-DD, e ambos os paquetes poden proporcionar 8 interfaces de sinal eléctrico. En comparación, o paquete QSFP-DD é de menor tamaño e máis axeitado para aplicacións de centros de datos;o paquete OSFP ten un tamaño lixeiramente maior e consome máis enerxía, polo que é máis axeitado para aplicacións de telecomunicacións.
Analiza a potencia "núcleo" dos módulos ópticos 100G/400G
Presentamos brevemente a implementación de módulos ópticos 100G e 400G.O seguinte pódese ver nos diagramas esquemáticos da solución 100G CWDM4, a solución 400G CWDM8 e a solución 400G CWDM4:
Esquema 100G CWDM4
Esquema 400G CWDM8
Esquema 400G CWDM4
No módulo óptico, a clave para realizar a conversión de sinal fotoeléctrico é o fotodetector.Para finalmente cumprir estes plans, que tipo de necesidades necesitas satisfacer desde o "núcleo"?
A solución 100G CWDM4 require unha implementación de 4λx25GbE, a solución 400G CWDM8 require unha implementación de 8λx50GbE e a solución 400G CWDM4 require unha implementación de 4λx100GbE. Correspondente ao método de modulación, o 100G CWDM8 adopta o esquema de modulación CWDM4 e CWNR 480G que corresponden á modulación CWDM4 e 480G respectivamente. Dispositivos de 25 Gbd e 53 Gbd. O esquema CWDM4 400G adopta o esquema de modulación PAM4, que tamén require que o dispositivo teña unha taxa de modulación de 53 Gbd ou máis.
A taxa de modulación do dispositivo corresponde ao ancho de banda do dispositivo.Para un módulo óptico 100G de banda de 1310 nm, é suficiente un detector ou matriz de detectores InGaAs de 25 GHz de ancho de banda.