“Rete” è diventata una “necessità” per la maggior parte delle persone contemporanee.
Il motivo per cui può arrivare un'era di rete così conveniente, si può dire che la "tecnologia di comunicazione in fibra ottica" è indispensabile.
Nel 1966, il sorgo cinese britannico ha proposto il concetto di fibra ottica, che ha innescato il culmine dello sviluppo della comunicazione in fibra ottica in tutto il mondo. La prima generazione di sistemi di onde luminose operanti a 0,8 μm nel 1978 è stata ufficialmente messa in uso commerciale e la seconda generazione di onde luminose i sistemi di comunicazione che utilizzavano la fibra multimodale nei primi tempi furono introdotti rapidamente all'inizio degli anni '80. Nel 1990, il sistema a onde ottiche di terza generazione operante a 2,4 Gb/s e 1,55 μm era in grado di fornire servizi di comunicazione commerciale.
Il sorgo "padre della fibra", che ha dato un contributo rivoluzionario alla "trasmissione della luce in fibra per la comunicazione ottica", è stato insignito del Premio Nobel per la fisica 2009.
La comunicazione in fibra ottica è ormai diventata uno dei pilastri principali della comunicazione moderna, svolgendo un ruolo fondamentale nelle moderne reti di telecomunicazioni.È anche visto come un importante simbolo della nuova rivoluzione tecnologica mondiale e il principale mezzo di trasmissione dell'informazione nella futura società dell'informazione.
Negli ultimi anni il mercato delle applicazioni di big data, cloud computing, 5G, Internet of Things e intelligenza artificiale si è sviluppato rapidamente.Il mercato delle applicazioni senza pilota che sta arrivando sta portando una crescita esplosiva al traffico dati.L'interconnessione dei data center si è gradualmente trasformata nella ricerca sulla comunicazione ottica.punto di accesso.
All'interno del grande data center di Google
L'attuale data center non è più solo una o poche sale computer, ma un insieme di cluster di data center. Per svolgere il normale lavoro di vari servizi Internet e mercati applicativi, i data center devono lavorare insieme. Il tempo reale e la massiccia interazione di informazioni tra i data center ha creato la domanda di reti di interconnessione dei data center e la comunicazione in fibra ottica è diventata un mezzo necessario per ottenere l'interconnessione.
A differenza delle tradizionali apparecchiature di trasmissione della rete di accesso alle telecomunicazioni, l'interconnessione del data center deve ottenere più informazioni e una trasmissione più densa, il che richiede che le apparecchiature di commutazione abbiano una velocità maggiore, un consumo energetico inferiore e una maggiore miniaturizzazione. Uno dei fattori principali che determina se queste capacità possono essere ottenuto è il modulo ricetrasmettitore ottico.
Alcune conoscenze di base sui moduli ricetrasmettitori ottici
La rete informativa utilizza principalmente la fibra ottica come mezzo di trasmissione, ma il calcolo e l'analisi attuali devono essere basati anche su segnali elettrici e il modulo ricetrasmettitore ottico è il dispositivo centrale per realizzare la conversione fotoelettrica.
I componenti principali del modulo ottico sono Transimitter (Light Emitting Submodule)/Receiver (Light Receiving Submodule) o Transceiver (Optical Transceiver Module), chip elettrico e includono anche componenti passivi come lenti, splitter e combinatori.Composizione del circuito periferico.
All'estremità trasmittente: il segnale elettrico viene convertito in un segnale ottico dal Transimitter, quindi immesso nella fibra ottica dall'adattatore ottico; All'estremità ricevente: il segnale ottico nella fibra ottica viene ricevuto dal ricevitore tramite l'adattatore ottico e convertito in un segnale elettrico e inviato all'unità di calcolo per l'elaborazione.
Schema del modulo ricetrasmettitore ottico
Con lo sviluppo della tecnologia di integrazione optoelettronica, anche la forma di confezionamento del modulo ricetrasmettitore ottico ha subito alcune modifiche.Prima che si formasse l'industria dei moduli ottici, all'inizio fu sviluppata dai principali produttori di apparecchiature per le telecomunicazioni.Le interfacce erano varie e non potevano essere utilizzate universalmente.Ciò ha reso i moduli del ricetrasmettitore ottico non intercambiabili. Per lo sviluppo del settore, è nato il "Multi Source Agreement (MSA)" finale.Con lo standard MSA, hanno iniziato a emergere aziende che si sono concentrate in modo indipendente sullo sviluppo di ricetrasmettitori e il settore è cresciuto.
Il modulo ricetrasmettitore ottico può essere suddiviso in SFP, XFP, QSFP, CFP, ecc. in base al modulo del pacchetto:
· SFP (Small Form-factor Pluggable) è un modulo ricetrasmettitore compatto e collegabile standard per applicazioni di telecomunicazioni e datacom che supporta velocità di trasferimento fino a 10 Gbps.
L'XFP (10 Gigabit Small Form Factor Pluggable) è un modulo ricetrasmettitore innestabile con fattore di forma ridotto con velocità 10G che supporta protocolli di comunicazione multipli come Ethernet 10G, Fibre Channel 10G e ricetrasmettitori SONETOC-192.XFP possono essere utilizzati nelle comunicazioni dati e mercati delle telecomunicazioni e offrono caratteristiche di consumo energetico migliori rispetto ad altri ricetrasmettitori a 10 Gbps.
QSFP (Quad Small Form-factor Pluggable) è uno standard di ricetrasmettitore compatto e collegabile per applicazioni di comunicazione dati ad alta velocità.A seconda della velocità, il QSFP può essere suddiviso in moduli ottici 4×1G QSFP, 4×10GQSFP+, 4×25G QSFP28.Attualmente QSFP28 è stato ampiamente utilizzato nei data center globali.
· CFP (Centum gigabits Form Pluggable) si basa su un modulo di comunicazione a divisione ottica standardizzato ad onda densa con una velocità di trasmissione di 100-400 Gbps.La dimensione del modulo CFP è maggiore di quella dell'SFP/XFP/QSFP e viene generalmente utilizzata per la trasmissione a lunga distanza come una rete metropolitana.
Modulo ricetrasmettitore ottico per la comunicazione con data center
La comunicazione del data center può essere suddivisa in tre categorie in base al tipo di connessione:
(1) Il data center per l'utente è generato dal comportamento dell'utente finale come la navigazione nella pagina Web, l'invio e la ricezione di e-mail e flussi video tramite l'accesso al cloud;
(2) Interconnessione data center, utilizzata principalmente per la replica dei dati, aggiornamenti software e di sistema;
(3) All'interno del data center, viene utilizzato principalmente per l'archiviazione, la generazione e l'estrazione di informazioni.Secondo le previsioni di Cisco, la comunicazione interna del data center rappresenta oltre il 70% della comunicazione del data center e lo sviluppo della costruzione di data center ha generato lo sviluppo di moduli ottici ad alta velocità.
Il traffico dati continua a crescere e il trend su larga scala e flattening del data center sta guidando lo sviluppo dei moduli ottici sotto due aspetti:
· Requisiti di velocità di trasmissione aumentati
· Aumento della domanda di quantità
Allo stato attuale, i requisiti dei moduli ottici per data center globali sono cambiati da moduli ottici 10/40G a moduli ottici 100G. La promozione cinese Alibaba Cloud diventerà il primo anno di applicazione su larga scala di moduli ottici 100G nel 2018. Si prevede un aggiornamento Moduli ottici 400G nel 2019.
Percorso evolutivo del modulo Ali cloud
La tendenza dei data center su larga scala ha portato a un aumento dei requisiti di distanza di trasmissione.La distanza di trasmissione delle fibre multimodali è limitata dall'aumento della velocità del segnale e dovrebbe essere gradualmente sostituita da fibre monomodali. Il costo del collegamento in fibra è composto da due parti: il modulo ottico e la fibra ottica.Per distanze diverse esistono diverse soluzioni applicabili. Per l'interconnessione a media e lunga distanza richiesta per la comunicazione del data center, sono nate da MSA due soluzioni rivoluzionarie:
· PSM4（Modalità singola parallela 4 corsie）
· CWDM4（Multiplexer a divisione di lunghezza d'onda grossolana 4 corsie）
Tra questi, l'utilizzo della fibra PSM4 è quattro volte quello di CWDM4.Quando la distanza del collegamento è lunga, il costo della soluzione CWDM4 è relativamente basso.Dalla tabella seguente, possiamo vedere un confronto tra le soluzioni del modulo ottico 100G del data center:
Oggi, la tecnologia di implementazione dei moduli ottici 400G è diventata il fulcro del settore. La funzione principale del modulo ottico 400G è migliorare la velocità effettiva dei dati e massimizzare la larghezza di banda e la densità delle porte del data center. La sua tendenza futura è quella di ottenere un'ampia guadagno, basso rumore, miniaturizzazione e integrazione, per soddisfare le esigenze delle reti wireless di prossima generazione e delle applicazioni di comunicazione di data center su larga scala.
Il primo modulo ottico 400G utilizzava un metodo di modulazione del segnale 25G NRZ (Non-Returnto Zero) a 16 canali in un pacchetto CFP8. Il vantaggio è che la tecnologia di modulazione del segnale 25G NRZ maturata sul modulo ottico 100G può essere presa in prestito, ma lo svantaggio è che 16 segnali devono essere trasmessi in parallelo e il consumo energetico e il volume sono relativamente grandi, il che non è adatto per applicazioni di data center. Nell'attuale modulo ottico 400G, 8 canali 53G NRZ o 4 canali 106G PAM4 (4 impulsi La modulazione del segnale di modulazione di ampiezza) viene utilizzata principalmente per realizzare la trasmissione del segnale 400G.
In termini di confezione del modulo, viene utilizzato OSFP o QSFP-DD ed entrambi i pacchetti possono fornire 8 interfacce di segnali elettrici. In confronto, il pacchetto QSFP-DD è di dimensioni inferiori e più adatto per applicazioni di data center;il pacchetto OSFP è di dimensioni leggermente maggiori e consuma più energia, il che lo rende più adatto alle applicazioni di telecomunicazione.
Analizza la potenza "core" dei moduli ottici 100G/400G
Abbiamo brevemente introdotto l'implementazione dei moduli ottici 100G e 400G.Quanto segue può essere visto nei diagrammi schematici della soluzione 100G CWDM4, della soluzione 400G CWDM8 e della soluzione 400G CWDM4:
Schema 100G CWDM4
Schema 400G CWDM8
Schema 400G CWDM4
Nel modulo ottico, la chiave per realizzare la conversione del segnale fotoelettrico è il fotorilevatore.Per soddisfare finalmente questi piani, che tipo di esigenze devi soddisfare dal "core"?
La soluzione 100G CWDM4 richiede l'implementazione 4λx25GbE, la soluzione 400G CWDM8 richiede l'implementazione 8λx50GbE e la soluzione 400G CWDM4 richiede l'implementazione 4λx100GbE. Corrispondendo al metodo di modulazione, gli schemi 100G CWDM4 e 400G CWDM8 adottano la modulazione NRZ, che corrisponde rispettivamente alla velocità di modulazione di Dispositivi da 25 Gbd e 53 Gbd. Lo schema 400G CWDM4 adotta lo schema di modulazione PAM4, che richiede anche che il dispositivo abbia una velocità di modulazione di 53 Gbd o superiore.
La velocità di modulazione del dispositivo corrisponde alla larghezza di banda del dispositivo.Per un modulo ottico 100G con banda 1310 nm, è sufficiente un rivelatore InGaAs con larghezza di banda da 25 GHz o un array di rivelatori.