„Sieć” stała się „koniecznością” dla większości współczesnych ludzi.
Powodem, dla którego może nadejść tak wygodna era sieci, można powiedzieć, że „technologia komunikacji światłowodowej” jest niezbędna.
W 1966 r. brytyjskie chińskie sorgo zaproponowało koncepcję światłowodu, co zapoczątkowało punkt kulminacyjny rozwoju komunikacji światłowodowej na całym świecie. Pierwsza generacja systemów fal świetlnych działająca na 0,8 μm w 1978 r. została oficjalnie wprowadzona do użytku komercyjnego, a druga generacja fal świetlnych systemy komunikacyjne wykorzystujące światłowód wielomodowy we wczesnych dniach zostały szybko wprowadzone na początku lat 80. Do 1990 roku system fal optycznych trzeciej generacji działający z prędkością 2,4 Gb/si 1,55 μm był w stanie świadczyć komercyjne usługi komunikacyjne.
Sorgo „ojciec światłowodu”, który wniósł przełomowy wkład w „przesył światła w światłowodzie do komunikacji optycznej”, otrzymał w 2009 roku Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki.
Komunikacja światłowodowa stała się obecnie jednym z głównych filarów nowoczesnej komunikacji, odgrywając kluczową rolę w nowoczesnych sieciach telekomunikacyjnych.Jest również postrzegany jako ważny symbol nowej światowej rewolucji technologicznej i główny środek przekazu informacji w przyszłym społeczeństwie informacyjnym.
W ostatnich latach dynamicznie rozwija się rynek aplikacji big data, cloud computing, 5G, Internet of Things i sztucznej inteligencji.Nadchodzący rynek aplikacji bezzałogowych powoduje gwałtowny wzrost ruchu danych.Połączenie między centrami danych stopniowo przekształciło się w badania nad komunikacją optyczną.gorący punkt.
Wewnątrz dużego centrum danych Google
Obecne centrum danych to już nie tylko jedna lub kilka sal komputerowych, ale zestaw klastrów centrów danych. Aby zapewnić normalną pracę różnych rynków usług internetowych i aplikacji, centra danych muszą ze sobą współpracować. a masowa interakcja informacji między centrami danych stworzyła zapotrzebowanie na sieci łączące centra danych, a komunikacja światłowodowa stała się niezbędnym środkiem do osiągnięcia wzajemnych połączeń.
W przeciwieństwie do tradycyjnych urządzeń transmisyjnych w sieciach dostępu telekomunikacyjnego, wzajemne połączenia centrów danych muszą zapewniać więcej informacji i gęstszą transmisję, co wymaga większej szybkości, mniejszego zużycia energii i większej miniaturyzacji urządzeń przełączających. osiągnięty jest optyczny moduł nadawczo-odbiorczy.
Podstawowa wiedza na temat optycznych modułów nadawczo-odbiorczych
Sieć informacyjna wykorzystuje głównie światłowód jako medium transmisyjne, ale bieżące obliczenia i analiza muszą również opierać się na sygnałach elektrycznych, a optyczny moduł nadawczo-odbiorczy jest podstawowym urządzeniem do realizacji konwersji fotoelektrycznej.
Podstawowymi elementami modułu optycznego są nadajnik (podmoduł emitujący światło)/odbiornik (podmoduł odbioru światła) lub nadajnik-odbiornik (optyczny moduł nadawczo-odbiorczy), układ elektryczny, a także elementy pasywne, takie jak soczewki, rozdzielacze i sumatory.Skład obwodów peryferyjnych.
Po stronie nadawczej: sygnał elektryczny jest konwertowany na sygnał optyczny przez Transimitter, a następnie wprowadzany do światłowodu przez adapter optyczny; Po stronie odbiorczej: sygnał optyczny w światłowodzie jest odbierany przez odbiornik za pośrednictwem adaptera optycznego i konwertowane na sygnał elektryczny i wysyłane do jednostki obliczeniowej w celu przetworzenia.
Schemat modułu nadawczo-odbiorczego optycznego
Wraz z rozwojem technologii integracji optoelektronicznej, zmianie uległa również forma opakowania optycznego modułu nadawczo-odbiorczego.Zanim powstał przemysł modułów optycznych, został on opracowany przez głównych producentów sprzętu telekomunikacyjnego na początku.Interfejsy były zróżnicowane i nie mogły być używane uniwersalnie.To sprawiło, że optyczne moduły nadawczo-odbiorcze nie były wymienne. Dla rozwoju branży powstała ostateczna umowa „Multi Source Agreement (MSA)”.Wraz ze standardem MSA zaczęły pojawiać się firmy, które niezależnie koncentrowały się na rozwoju Transceivera, a branża rosła.
Optyczny moduł nadawczo-odbiorczy można podzielić na SFP, XFP, QSFP, CFP itp. zgodnie z formą opakowania:
· SFP (Small Form-factor Pluggable) to kompaktowy, wtykowy standard modułu nadawczo-odbiorczego dla aplikacji telekomunikacyjnych i danych, który obsługuje transfer z szybkością do 10 Gb/s.
XFP (10 Gigabit Small Form Factor Pluggable) to moduł nadawczo-odbiorczy o małej obudowie o przepustowości 10G, który obsługuje wiele protokołów komunikacyjnych, takich jak 10G Ethernet, 10G Fibre Channel i urządzenia nadawczo-odbiorcze SONETOC-192.XFP, które mogą być używane do przesyłania danych i telekomunikacyjnych i oferują lepsze charakterystyki zużycia energii niż inne transceivery 10Gbps.
QSFP (Quad Small Form-factor Pluggable) to kompaktowy, wtykowy standard nadawczo-odbiorczy do aplikacji szybkiej transmisji danych.W zależności od prędkości, QSFP można podzielić na moduły optyczne 4×1G QSFP, 4×10GQSFP+, 4×25G QSFP28.Obecnie QSFP28 jest szeroko stosowany w globalnych centrach danych.
· CFP (Centum gigabits Form Pluggable) jest oparty na znormalizowanym module komunikacyjnym z dzieleniem optycznym gęstej fali o szybkości transmisji 100-400 Gb/s.Rozmiar modułu CFP jest większy niż modułu SFP/XFP/QSFP i jest zwykle używany do transmisji na duże odległości, np. w sieciach miejskich.
Optyczny moduł nadawczo-odbiorczy do komunikacji w centrum danych
Komunikację w centrum danych można podzielić na trzy kategorie w zależności od rodzaju połączenia:
(1) Centrum danych dla użytkownika jest generowane przez zachowanie użytkownika końcowego, takie jak przeglądanie strony internetowej, wysyłanie i odbieranie wiadomości e-mail i strumieni wideo poprzez dostęp do chmury;
(2) Połączenie między centrami danych, wykorzystywane głównie do replikacji danych, aktualizacji oprogramowania i systemów;
(3) Wewnątrz centrum danych służy głównie do przechowywania, generowania i wydobywania informacji.Zgodnie z prognozą Cisco, komunikacja wewnętrzna w centrach danych odpowiada za ponad 70% komunikacji w centrach danych, a rozwój konstrukcji centrów danych przyczynił się do rozwoju szybkich modułów optycznych.
Ruch danych stale rośnie, a wielkoskalowy i spłaszczający trend w centrum danych napędza rozwój modułów optycznych w dwóch aspektach:
· Zwiększone wymagania dotyczące szybkości transmisji
· Wzrost zapotrzebowania ilościowego
Obecnie wymagania globalnych modułów optycznych centrum danych zmieniły się z modułów optycznych 10/40G na moduły optyczne 100G. Chińska promocja chmury Alibaba stanie się pierwszym rokiem zastosowania modułów optycznych 100G na dużą skalę w 2018 roku. Oczekuje się, że nastąpi aktualizacja Moduły optyczne 400G w 2019 roku.
Ścieżka ewolucji modułu Ali cloud
Trend dużych centrów danych doprowadził do wzrostu wymagań dotyczących odległości transmisji.Odległość transmisji światłowodów wielomodowych jest ograniczona wzrostem szybkości sygnału i oczekuje się, że będzie stopniowo zastępowana przez światłowody jednomodowe. Koszt łącza światłowodowego składa się z dwóch części: modułu optycznego i światłowodu.Dla różnych odległości istnieją różne rozwiązania. W przypadku połączeń międzysieciowych na średnich i dużych odległościach wymaganych do komunikacji w centrum danych istnieją dwa rewolucyjne rozwiązania stworzone przez firmę MSA:
· PSM4 (Parallel Single Mode 4 pasy)
· CWDM4 (Multiplekser z podziałem długości fali zgrubnej 4 linie)
Wśród nich wykorzystanie włókien PSM4 jest czterokrotnie większe niż w przypadku CWDM4.Gdy odległość łącza jest duża, koszt rozwiązania CWDM4 jest stosunkowo niski.Z poniższej tabeli możemy zobaczyć porównanie rozwiązań modułu optycznego 100G data center:
Dziś technologia wdrażania modułów optycznych 400G stała się przedmiotem zainteresowania branży. Główną funkcją modułu optycznego 400G jest poprawa przepustowości danych i maksymalizacja przepustowości i gęstości portów centrum danych. Jego przyszłym trendem jest osiągnięcie szerokiego zysk, niski poziom szumów, miniaturyzacja i integracja, aby sprostać potrzebom sieci bezprzewodowych nowej generacji i aplikacji komunikacyjnych w centrach danych na bardzo dużą skalę.
Wczesny moduł optyczny 400G wykorzystywał 16-kanałową metodę modulacji sygnału 25G NRZ (Non-Returnto Zero) w pakiecie CFP8. Zaletą jest to, że technologia modulacji sygnału 25G NRZ dojrzała w module optycznym 100G może być pożyczona, ale wadą jest że 16 sygnałów musi być przesyłanych równolegle, a pobór mocy i głośność są stosunkowo duże, co nie nadaje się do zastosowań w centrach danych. W obecnym module optycznym 400G, 8-kanałowy 53G NRZ lub 4-kanałowy 106G PAM4 (4 impulsy Modulacja amplitudy) modulacja sygnału służy głównie do realizacji transmisji sygnału 400G.
Jeśli chodzi o opakowanie modułów, stosuje się OSFP lub QSFP-DD, a oba pakiety mogą zapewnić 8 interfejsów sygnałów elektrycznych. Dla porównania pakiet QSFP-DD jest mniejszy i bardziej odpowiedni do zastosowań w centrach danych;pakiet OSFP jest nieco większy i zużywa więcej energii, dzięki czemu jest bardziej odpowiedni do zastosowań telekomunikacyjnych.
Przeanalizuj moc „rdzenia” modułów optycznych 100G/400G
Przedstawiliśmy pokrótce implementację modułów optycznych 100G i 400G.Na schematach ideowych rozwiązania 100G CWDM4, rozwiązania 400G CWDM8 i rozwiązania 400G CWDM4 można zobaczyć:
Schemat 100G CWDM4
Schemat 400G CWDM8
Schemat 400G CWDM4
W module optycznym kluczem do realizacji konwersji sygnału fotoelektrycznego jest fotodetektor.Aby w końcu zrealizować te plany, jakie potrzeby musisz zaspokoić od „rdzenia”?
Rozwiązanie 100G CWDM4 wymaga implementacji 4λx25GbE, rozwiązanie 400G CWDM8 wymaga implementacji 8λx50GbE, a rozwiązanie 400G CWDM4 wymaga implementacji 4λx100GbE. Zgodnie z metodą modulacji, schematy 100G CWDM4 i 400G CWDM8 przyjmują modulację NRZ, która odpowiednio odpowiada szybkości modulacji Urządzenia 25 Gbd i 53 Gbd. Schemat 400G CWDM4 przyjmuje schemat modulacji PAM4, który również wymaga, aby urządzenie miało szybkość modulacji 53 Gbd lub wyższą.
Szybkość modulacji urządzenia odpowiada przepustowości urządzenia.W przypadku modułu optycznego 100G w paśmie 1310nm wystarczająca jest przepustowość detektora InGaAs o częstotliwości 25 GHz lub matryca detektorów.