„Tinklas“ tapo „būtinybe“ daugumai šiuolaikinių žmonių.
Priežastis, kodėl gali ateiti tokia patogi tinklo era, galima sakyti, kad „šviesolaidžio ryšio technologija“ yra nepakeičiama.
1966 m. Didžiosios Britanijos kinų sorgas pasiūlė optinio pluošto koncepciją, kuri įžiebė optinio pluošto komunikacijos vystymosi kulminaciją visame pasaulyje. Pirmosios kartos šviesos bangos sistemos, veikiančios 0,8 μm 1978 m., buvo oficialiai pradėtos naudoti komerciniais tikslais, o antroji šviesos bangų karta ryšių sistemos, naudojusios daugiamodį šviesolaidį, buvo greitai įdiegtos devintojo dešimtmečio pradžioje. Iki 1990 m. trečios kartos optinių bangų sistema, veikusi 2,4 Gb/s ir 1,55 μm greičiu, galėjo teikti komercinio ryšio paslaugas.
2009 m. Nobelio fizikos premija apdovanotas „pluošto tėvas“ sorgas, įnešęs proveržį į „šviesos perdavimą optiniam ryšiui skaiduloje“.
Šviesolaidinis ryšys dabar tapo vienu iš pagrindinių šiuolaikinio ryšio ramsčių, atliekančių pagrindinį vaidmenį šiuolaikiniuose telekomunikacijų tinkluose.Jis taip pat laikomas svarbiu naujosios pasaulio technologinės revoliucijos simboliu ir pagrindine informacijos perdavimo priemone ateities informacinėje visuomenėje.
Pastaraisiais metais sparčiai vystėsi didelių duomenų, debesų kompiuterijos, 5G, daiktų interneto ir dirbtinio intelekto taikomųjų programų rinka.Artėjanti nepilotuojamų programų rinka sparčiai auga duomenų srautui.Duomenų centrų sujungimas pamažu peraugo į optinio ryšio tyrimus.karštas taškas.
Dideliame „Google“ duomenų centre
Dabartinis duomenų centras nebėra tik vienas ar keli kompiuterių kambariai, o duomenų centrų grupių rinkinys.Norint normaliai dirbti įvairiose interneto paslaugų ir taikomųjų programų rinkose, duomenų centrai turi dirbti kartu. o didžiulė informacijos sąveika tarp duomenų centrų sukūrė duomenų centrų sujungimo tinklų paklausą, o šviesolaidinis ryšys tapo būtina priemone sujungimui pasiekti.
Skirtingai nuo tradicinės telekomunikacijų prieigos tinklo perdavimo įrangos, duomenų centrų sujungimas turi užtikrinti daugiau informacijos ir tankesnį perdavimą, todėl perjungimo įranga turi turėti didesnį greitį, mažesnį energijos suvartojimą ir labiau sumažinti. Vienas iš pagrindinių veiksnių, lemiančių, ar šios galimybės gali būti pasiektas optinio siųstuvo-imtuvo modulis.
Kai kurios pagrindinės žinios apie optinių siųstuvų-imtuvų modulius
Informaciniame tinkle kaip perdavimo terpė daugiausia naudojamas optinis pluoštas, tačiau srovės skaičiavimas ir analizė taip pat turi būti pagrįsti elektriniais signalais, o optinio siųstuvo-imtuvo modulis yra pagrindinis fotoelektrinės konversijos įrenginys.
Pagrindiniai optinio modulio komponentai yra siųstuvas (šviesos skleidžiantis submodulis) / imtuvas (šviesos priėmimo submodulis) arba siųstuvas-imtuvas (optinio siųstuvo-imtuvo modulis), elektros lustas, taip pat yra pasyviųjų komponentų, tokių kaip lęšiai, skirstytuvai ir kombinatoriai.Periferinės grandinės sudėtis.
Siuntimo gale: elektros signalas siųstuvas paverčiamas optiniu signalu, o po to optinis adapteris įvedamas į optinį skaidulą; Priėmimo gale: optinį signalą optiniame pluošte imtuvas priima per optinį adapterį ir paverčiamas elektriniu signalu ir siunčiamas į skaičiavimo įrenginį apdoroti.
Optinio siųstuvo-imtuvo modulio schema
Tobulėjant optoelektroninės integracijos technologijai, optinio siųstuvo-imtuvo modulio pakuotės forma taip pat šiek tiek pasikeitė.Prieš susiformuojant optinių modulių pramonei, pradžioje ją kūrė pagrindiniai telekomunikacijų įrangos gamintojai.Sąsajos buvo įvairios ir negalėjo būti naudojamos visuotinai.Dėl to optinių siųstuvų-imtuvų moduliai nebuvo keičiami. Pramonės plėtrai buvo sudarytas galutinis „Kelių šaltinių susitarimas (MSA)“.Su MSA standartu pradėjo atsirasti įmonės, kurios savarankiškai sutelkė dėmesį į siųstuvų imtuvų kūrimą, ir pramonė pakilo.
Optinio siųstuvo-imtuvo modulis gali būti suskirstytas į SFP, XFP, QSFP, CFP ir tt pagal pakuotės formą:
· SFP (Small Form-factor Pluggable) yra kompaktiškas, prijungiamas siųstuvo-imtuvo modulio standartas, skirtas telekomunikacijų ir duomenų perdavimo programoms, palaikantis iki 10 Gbps perdavimo spartą.
XFP (10 Gigabit Small Form Factor Pluggable) yra 10G spartos mažo formato prijungiamas siųstuvo-imtuvo modulis, kuris palaiko kelis ryšio protokolus, tokius kaip 10G Ethernet, 10G Fibre Channel ir SONETOC-192.XFP siųstuvai-imtuvai gali būti naudojami duomenų ryšiui ir telekomunikacijų rinkose ir siūlo geresnes energijos suvartojimo charakteristikas nei kiti 10 Gbps siųstuvai-imtuvai.
QSFP (Quad Small Form-factor Pluggable) yra kompaktiškas, prijungiamas siųstuvo-imtuvo standartas, skirtas didelės spartos duomenų perdavimo programoms.Pagal greitį QSFP galima suskirstyti į 4×1G QSFP, 4×10GQSFP+, 4×25G QSFP28 optinius modulius.Šiuo metu QSFP28 plačiai naudojamas pasauliniuose duomenų centruose.
· CFP (Centum gigabits Form Pluggable) yra pagrįstas standartizuotu tankios bangos optinio skaidymo ryšio moduliu, kurio perdavimo sparta yra 100-400 Gbps.CFP modulio dydis yra didesnis nei SFP/XFP/QSFP ir paprastai naudojamas perdavimui dideliais atstumais, pvz., metropolinės zonos tinklu.
Optinis siųstuvo-imtuvo modulis duomenų centro ryšiui
Duomenų centro ryšį galima suskirstyti į tris kategorijas pagal ryšio tipą:
(1) Duomenų centras vartotojui sukuriamas pagal galutinio vartotojo elgseną, pvz., naršant tinklalapyje, siunčiant ir gaunant el. laiškus ir vaizdo įrašų srautus pasiekiant debesį;
(2) Duomenų centrų sujungimas, daugiausia naudojamas duomenų replikavimui, programinei įrangai ir sistemos atnaujinimui;
(3) Duomenų centre jis daugiausia naudojamas informacijos saugojimui, generavimui ir gavybai.Remiantis Cisco prognozėmis, duomenų centro vidinė komunikacija sudaro daugiau nei 70% duomenų centro komunikacijos, o duomenų centrų statybos plėtra paskatino sparčiųjų optinių modulių kūrimą.
Duomenų srautas ir toliau auga, o didelė duomenų centro tendencija optinių modulių plėtrą skatina dviem aspektais:
· Padidinti perdavimo spartos reikalavimai
· Kiekybinės paklausos padidėjimas
Šiuo metu pasaulinių duomenų centro optinių modulių reikalavimai pasikeitė nuo 10/40G optinių modulių iki 100G optinių modulių. Kinijos „Alibaba Cloud Promotion“ taps pirmaisiais didelio masto 100G optinių modulių taikymo metais 2018 m. Tikimasi, kad ji bus atnaujinta. 400G optiniai moduliai 2019 m.
Ali debesies modulio evoliucijos kelias
Didelio masto duomenų centrų tendencija padidino perdavimo atstumo reikalavimus.Daugiamodių skaidulų perdavimo atstumą riboja signalo spartos padidėjimas ir tikimasi, kad jį palaipsniui pakeis vienmodžiai skaidulos. Skaidulinės jungties kaina susideda iš dviejų dalių: optinio modulio ir optinio pluošto.Skirtingiems atstumams taikomi skirtingi sprendimai. Duomenų centro ryšiui reikalingas vidutinio ir didelio atstumo sujungimas, yra du revoliuciniai MSA sprendimai:
· PSM4 (4 juostos lygiagrečios vieno režimo)
· CWDM4 (4 juostų šiurkščiavilnių bangų ilgio padalijimo multiplekseris)
Tarp jų PSM4 pluošto naudojimas yra keturis kartus didesnis nei CWDM4.Kai ryšio atstumas yra ilgas, CWDM4 sprendimo kaina yra palyginti maža.Žemiau esančioje lentelėje matome duomenų centro 100G optinio modulio sprendimų palyginimą:
Šiandien 400G optinių modulių diegimo technologija tapo pramonės dėmesio centre.Pagrindinė 400G optinio modulio funkcija yra pagerinti duomenų pralaidumą ir maksimaliai padidinti duomenų centro pralaidumą bei prievadų tankį. Jo ateities tendencija yra stiprinimas, mažas triukšmas, miniatiūrizavimas ir integravimas, kad atitiktų naujos kartos belaidžių tinklų ir itin didelio masto duomenų centrų ryšio programų poreikius.
Ankstyvajame 400G optiniame modulyje CFP8 pakete buvo naudojamas 16 kanalų 25G NRZ (Non-Returnto Zero) signalo moduliavimo metodas. Privalumas yra tas, kad 25G NRZ signalo moduliavimo technologiją, subrendusią 100G optiniame modulyje, galima pasiskolinti, tačiau trūkumas yra tas, kad kad lygiagrečiai reikia perduoti 16 signalų, o energijos suvartojimas ir apimtis yra santykinai dideli, o tai netinka duomenų centro programoms.Dabartiniame 400G optiniame modulyje 8 kanalų 53G NRZ arba 4 kanalų 106G PAM4 (4 impulsų). Amplitudės moduliacija) signalo moduliavimas daugiausia naudojamas 400G signalo perdavimui.
Kalbant apie modulių pakuotę, naudojamas OSFP arba QSFP-DD, abiejuose paketuose gali būti 8 elektrinių signalų sąsajos. Palyginimui, QSFP-DD paketas yra mažesnio dydžio ir labiau tinka duomenų centrų programoms;OSFP paketas yra šiek tiek didesnis ir sunaudoja daugiau energijos, todėl jis labiau tinka telekomunikacijų programoms.
Išanalizuokite 100G/400G optinių modulių „pagrindinę“ galią
Trumpai pristatėme 100G ir 400G optinių modulių diegimą.100G CWDM4 tirpalo, 400G CWDM8 tirpalo ir 400G CWDM4 tirpalo scheminėse diagramose galima pamatyti taip:
100G CWDM4 schema
400G CWDM8 schema
400G CWDM4 schema
Optiniame modulyje raktas į fotoelektrinio signalo konvertavimą yra fotodetektorius.Norint pagaliau įgyvendinti šiuos planus, kokius poreikius reikia tenkinti iš „pagrindo“?
100G CWDM4 sprendimui reikalingas 4λx25GbE diegimas, 400G CWDM8 sprendimui reikalingas 8λx50GbE diegimas, o 400G CWDM4 sprendimui reikalingas 4λx100GbE diegimas. Atitinka moduliavimo metodą, 100G CWDM4 moduliavimo schemą, kuri atitinka CDMZ8 moduliavimo spartą, ir NR4000GbE. 25 Gbd ir 53 Gbd įrenginiai. 400 G CWDM4 schemoje naudojama PAM4 moduliavimo schema, kuri taip pat reikalauja, kad įrenginio moduliavimo sparta būtų 53 Gbd ar daugiau.
Įrenginio moduliavimo sparta atitinka įrenginio pralaidumą.1310 nm juostos 100G optiniam moduliui pakanka 25 GHz dažnių juostos pločio InGaAs detektoriaus arba detektoriaus matricos.