"네트워크"는 대부분의 현대인들에게 "필수품"이 되었습니다.
이처럼 편리한 네트워크 시대가 도래할 수 있는 이유는 '광통신 기술'이 필수 불가결하다고 할 수 있다.
1966년 영국의 중국 수수는 광섬유 개념을 제안하여 전 세계적으로 광섬유 통신 발전의 절정을 이루었습니다. 1978년 0.8μm에서 작동하는 1세대 광파 시스템이 공식적으로 상용화되었으며, 2세대 광파 1980년대 초반에 다중모드 광섬유를 사용한 통신 시스템이 빠르게 도입되었습니다. 1990년에는 2.4Gb/s 및 1.55μm에서 작동하는 3세대 광파 시스템이 상용 통신 서비스를 제공할 수 있게 되었습니다.
"광통신을 위한 광섬유의 빛 전송"에 획기적인 기여를 한 "섬유의 아버지" 수수는 2009년 노벨 물리학상을 수상했습니다.
광섬유 통신은 이제 현대 통신 네트워크의 중추적인 역할을 하는 현대 통신의 주요 기둥 중 하나가 되었습니다.또한 세계의 새로운 기술 혁명의 중요한 상징이자 미래 정보 사회에서 정보 전달의 주요 수단으로 간주됩니다.
최근 몇 년 동안 빅 데이터, 클라우드 컴퓨팅, 5G, 사물 인터넷 및 인공 지능의 응용 시장이 빠르게 발전했습니다.다가오는 무인 애플리케이션 시장은 데이터 트래픽의 폭발적인 성장을 가져오고 있습니다.데이터 센터 상호 연결은 점차 광통신 연구로 발전했습니다.핫스팟.
Google의 대규모 데이터 센터 내부
현재 데이터 센터는 더 이상 하나 또는 몇 개의 컴퓨터 실이 아니라 데이터 센터 클러스터 집합입니다. 다양한 인터넷 서비스 및 응용 프로그램 시장의 정상적인 작업을 달성하려면 데이터 센터가 함께 작동해야 합니다.실시간 데이터 센터 간 정보의 대규모 상호 작용으로 인해 데이터 센터 상호 연결 네트워크에 대한 수요가 발생했으며 광섬유 통신은 상호 연결을 달성하는 데 필요한 수단이 되었습니다.
기존의 통신 액세스 네트워크 전송 장비와 달리 데이터 센터 상호 연결은 더 많은 정보와 더 밀집된 전송을 달성해야 하므로 스위칭 장비는 더 빠른 속도, 더 낮은 전력 소비, 더 많은 소형화를 요구합니다. 이러한 기능이 가능한지 여부를 결정하는 핵심 요소 중 하나 달성된 것은 광 트랜시버 모듈입니다.
광 트랜시버 모듈에 대한 몇 가지 기본 지식
정보 네트워크는 주로 광섬유를 전송 매체로 사용하지만 전류 계산 및 분석도 전기 신호를 기반으로해야하며 광 트랜시버 모듈은 광전 변환을 실현하는 핵심 장치입니다.
광 모듈의 핵심 부품은 Transimitter(Light Emitting Submodule)/Receiver(Light Receiving Submodule) 또는 Transceiver(Optical Transceiver Module), 전기 칩이며, 렌즈, Splitter, Combiner와 같은 수동 부품도 포함합니다.주변 회로 구성.
송신단에서: 전기 신호는 송신기에 의해 광 신호로 변환된 다음 광 어댑터에 의해 광섬유에 입력됩니다. 수신단에서: 광섬유의 광 신호는 광 어댑터를 통해 수신기에 수신됩니다. 전기 신호로 변환되어 처리를 위해 컴퓨팅 유닛으로 전송됩니다.
광 트랜시버 모듈 개략도
광전자 통합 기술의 발전으로 광 트랜시버 모듈의 패키징 형태도 약간의 변화를 겪었습니다.광모듈 산업이 형성되기 이전에는 초기에 주요 통신장비 제조사들에 의해 개발되었다.인터페이스는 다양했고 보편적으로 사용할 수 없었습니다.이로 인해 광 트랜시버 모듈을 교환할 수 없게 되었습니다. 산업 발전을 위해 최종 "MSA(Multi Source Agreement)"가 탄생했습니다.MSA 표준으로 트랜시버 개발에 독자적으로 집중하는 회사가 등장하기 시작했고 업계가 상승했습니다.
광 트랜시버 모듈은 패키지 형태에 따라 SFP, XFP, QSFP, CFP 등으로 나눌 수 있습니다.
· SFP(Small Form-factor Pluggable)는 최대 10Gbps 전송 속도를 지원하는 통신 및 데이터 통신 응용 프로그램을 위한 플러그형 소형 트랜시버 모듈 표준입니다.
XFP(10 Gigabit Small Form Factor Pluggable)는 10G 이더넷, 10G 파이버 채널 및 SONETOC-192와 같은 다중 통신 프로토콜을 지원하는 10G 속도 소형 폼 팩터 플러그 가능 트랜시버 모듈입니다. XFP 트랜시버는 데이터 통신 및 다른 10Gbps 트랜시버보다 더 나은 전력 소비 특성을 제공합니다.
QSFP(Quad Small Form-factor Pluggable)는 고속 데이터 통신 애플리케이션을 위한 플러그형 소형 트랜시버 표준입니다.속도에 따라 QSFP는 4×1G QSFP, 4×10GQSFP+, 4×25G QSFP28 광 모듈로 나눌 수 있습니다.현재 QSFP28은 글로벌 데이터 센터에서 널리 사용되고 있습니다.
· CFP(Centum gigabits Form Pluggable)는 100-400Gbps의 전송 속도를 가진 표준화된 밀집파 광분할 통신 모듈을 기반으로 합니다.CFP 모듈의 크기는 SFP/XFP/QSFP보다 크며 일반적으로 수도권 네트워크와 같은 장거리 전송에 사용됩니다.
데이터 센터 통신용 광 트랜시버 모듈
데이터 센터 통신은 연결 유형에 따라 세 가지 범주로 나눌 수 있습니다.
(1) 사용자에 대한 데이터 센터는 클라우드에 액세스하여 웹 페이지 탐색, 이메일 및 비디오 스트림 송수신과 같은 최종 사용자 행동에 의해 생성됩니다.
(2) 데이터 복제, 소프트웨어 및 시스템 업그레이드에 주로 사용되는 데이터 센터 상호 연결.
(3) 데이터 센터 내부에서 주로 정보 저장, 생성 및 마이닝에 사용됩니다.Cisco의 예측에 따르면 데이터 센터 내부 통신은 데이터 센터 통신의 70% 이상을 차지하며 데이터 센터 건설의 발전은 고속 광 모듈의 개발을 낳았습니다.
데이터 트래픽은 계속해서 증가하고 있으며 데이터 센터의 대규모 평면화 추세는 두 가지 측면에서 광 모듈 개발을 주도하고 있습니다.
· 전송 속도 요구 사항 증가
· 수요량 증가
현재 글로벌 데이터 센터 광 모듈의 요구 사항은 10/40G 광 모듈에서 100G 광 모듈로 변경되었습니다. 중국의 Alibaba Cloud 프로모션은 2018년에 100G 광 모듈의 대규모 적용의 첫 해가 될 것입니다. 업그레이드가 예상됩니다. 2019년 400G 광 모듈.
Ali 클라우드 모듈 진화 경로
대규모 데이터 센터의 추세는 전송 거리 요구 사항의 증가로 이어졌습니다.다중 모드 광섬유의 전송 거리는 신호 속도의 증가에 의해 제한되며 점차 단일 모드 광섬유로 대체될 것으로 예상됩니다. 광섬유 링크 비용은 광학 모듈과 광섬유의 두 부분으로 구성됩니다.거리에 따라 적용 가능한 솔루션이 다릅니다. 데이터 센터 통신에 필요한 중장거리 상호 연결을 위해 MSA에서 탄생한 두 가지 혁신적인 솔루션이 있습니다.
· PSM4(병렬 싱글 모드 4레인)
· CWDM4(Coarse Wavelength Division Multiplexer 4 레인)
그 중 PSM4 광섬유 사용량은 CWDM4의 4배입니다.링크 거리가 길면 CWDM4 솔루션 비용이 상대적으로 낮습니다.아래 표에서 데이터 센터 100G 광 모듈 솔루션을 비교할 수 있습니다.
오늘날 400G 광 모듈의 구현 기술은 업계의 초점이 되었습니다. 400G 광 모듈의 주요 기능은 데이터 처리량을 개선하고 데이터 센터의 대역폭 및 포트 밀도를 최대화하는 것입니다. 이득, 저잡음, 소형화 및 통합, 차세대 무선 네트워크 및 초대형 데이터 센터 통신 애플리케이션의 요구를 충족합니다.
초기 400G 광모듈은 CFP8 패키지에서 16채널 25G NRZ(Non-Returnto Zero) 신호 변조 방식을 사용했다. 16개의 신호를 병렬로 전송해야 하고 전력 소비와 볼륨이 상대적으로 커서 데이터 센터 애플리케이션에 적합하지 않습니다. 현재 400G 광 모듈에서 8채널 53G NRZ 또는 4채널 106G PAM4(4펄스 진폭 변조) 신호 변조는 주로 400G 신호 전송을 실현하는 데 사용됩니다.
모듈 패키지 측면에서 OSFP 또는 QSFP-DD가 사용되며 두 패키지 모두 8개의 전기 신호 인터페이스를 제공할 수 있습니다. 이에 비해 QSFP-DD 패키지는 크기가 더 작고 데이터 센터 애플리케이션에 더 적합합니다.OSFP 패키지는 크기가 약간 더 크고 더 많은 전력을 소비하므로 통신 애플리케이션에 더 적합합니다.
100G/400G 광 모듈의 "핵심" 전력 분석
100G 및 400G 광 모듈의 구현을 간략하게 소개했습니다.다음은 100G CWDM4 솔루션, 400G CWDM8 솔루션 및 400G CWDM4 솔루션의 개략도에서 볼 수 있습니다.
100G CWDM4 개략도
400G CWDM8 개략도
400G CWDM4 개략도
광 모듈에서 광전 신호 변환을 구현하는 핵심은 광검출기입니다.이러한 계획을 최종적으로 충족시키기 위해서는 "핵심"에서 어떤 요구를 충족해야 합니까?
100G CWDM4 솔루션은 4λx25GbE 구현이 필요하고, 400G CWDM8 솔루션은 8λx50GbE 구현이 필요하고, 400G CWDM4 솔루션은 4λx100GbE 구현이 필요합니다. 변조 방식에 따라 100G CWDM4 및 400G CWDM 방식의 변조에 해당하는 변조 속도를 각각 채택합니다. 25Gbd 및 53Gbd 장치. 400G CWDM4 방식은 PAM4 변조 방식을 채택하며, 이 방식도 장치의 변조 속도가 53Gbd 이상이어야 합니다.
장치 변조 속도는 장치 대역폭에 해당합니다.1310nm 대역 100G 광 모듈의 경우 대역폭 25GHz InGaAs 검출기 또는 검출기 어레이로 충분합니다.