„Rețeaua” a devenit o „necesitate” pentru majoritatea oamenilor contemporani.
Motivul pentru care poate veni o eră atât de convenabilă a rețelei, „tehnologia de comunicare prin fibră optică” se poate spune că este indispensabilă.
În 1966, sorgul britanic chinez a propus conceptul de fibră optică, care a aprins punctul culminant al dezvoltării comunicațiilor prin fibră optică la nivel mondial. Prima generație de sisteme de unde luminoase care funcționează la 0,8 μm în 1978 a fost pusă oficial în uz comercial, iar a doua generație de unde luminoase. sistemele de comunicații care foloseau fibră multimodă în primele zile au fost introduse rapid la începutul anilor 1980. Până în 1990, a treia generație a sistemului de unde optice care funcționează la 2,4 Gb/s și 1,55 μm a fost capabil să ofere servicii de comunicații comerciale.
Sorgul „părintele fibrelor”, care a adus o contribuție revoluționară la „transmiterea luminii prin fibre pentru comunicații optice”, a fost distins cu Premiul Nobel pentru Fizică în 2009.
Comunicarea prin fibră optică a devenit acum unul dintre principalii piloni ai comunicării moderne, jucând un rol esențial în rețelele moderne de telecomunicații.De asemenea, este văzută ca un simbol important al noii revoluții tehnologice din lume și principalul mijloc de transmitere a informațiilor în viitoarea societate informațională.
În ultimii ani, piața aplicațiilor de date mari, cloud computing, 5G, Internet of Things și inteligență artificială s-a dezvoltat rapid.Piața de aplicații fără pilot care vine aduce o creștere explozivă a traficului de date.Interconectarea centrelor de date s-a dezvoltat treptat în cercetarea comunicațiilor optice.punct fierbinte.
În interiorul centrului mare de date Google
Centrul de date actual nu mai este doar o singură sau câteva săli de calculatoare, ci un set de clustere de centre de date. Pentru a realiza funcționarea normală a diferitelor servicii de internet și piețe de aplicații, centrele de date trebuie să lucreze împreună. În timp real și interacțiunea masivă a informațiilor dintre centrele de date a creat cererea pentru rețele de interconectare a centrelor de date, iar comunicarea prin fibră optică a devenit un mijloc necesar pentru a realiza interconectarea.
Spre deosebire de echipamentele tradiționale de transmisie a rețelei de acces la telecomunicații, interconectarea centrelor de date trebuie să obțină mai multe informații și o transmisie mai densă, ceea ce necesită ca echipamentele de comutare să aibă viteză mai mare, consum mai mic de energie și mai multă miniaturizare. Unul dintre factorii de bază care determină dacă aceste capabilități pot fi realizat este modulul transceiver optic.
Câteva cunoștințe de bază despre modulele transceiver optice
Rețeaua de informații folosește în principal fibra optică ca mediu de transmisie, dar calculul și analiza curentului trebuie să se bazeze și pe semnale electrice, iar modulul emițător-receptor optic este dispozitivul de bază pentru realizarea conversiei fotoelectrice.
Componentele de bază ale modulului optic sunt Transmitter (Light Emitting Submodule)/Receiver (Light Receiving Submodule) sau Transceiver (Optical Transceiver Module), cip electric și includ, de asemenea, componente pasive, cum ar fi lentile, splittere și combinatoare.Compoziția circuitului periferic.
La capătul de transmisie: semnalul electric este convertit într-un semnal optic de către transmițător și apoi introdus în fibra optică de către adaptorul optic; La capătul de recepție: semnalul optic din fibra optică este primit de receptor prin adaptorul optic și convertit într-un semnal electric și trimis către unitatea de calcul pentru procesare.
Schema modulului transceiver optic
Odată cu dezvoltarea tehnologiei de integrare optoelectronică, forma de ambalare a modulului transceiver optic a suferit, de asemenea, unele modificări.Înainte de formarea industriei modulelor optice, aceasta a fost dezvoltată de marii producători de echipamente de telecomunicații în primele zile.Interfețele erau variate și nu puteau fi utilizate universal.Acest lucru a făcut ca modulele transceiver optice să nu fie interschimbabile. Pentru dezvoltarea industriei, a luat ființă „Acordul cu surse multiple (MSA)” final.Odată cu standardul MSA, au început să apară companii care s-au concentrat independent pe dezvoltarea Transceiver, iar industria a crescut.
Modulul emițător-receptor optic poate fi împărțit în SFP, XFP, QSFP, CFP etc., conform formei de pachet:
· SFP (Small Form-Factor Pluggable) este un modul standard de transceiver compact, conectabil pentru aplicații de telecomunicații și comunicații de date, care acceptă rate de transfer de până la 10 Gbps.
XFP (10 Gigabit Small Form Factor Pluggable) este un modul transceiver conectabil cu factor de formă mic de 10G care acceptă mai multe protocoale de comunicație, cum ar fi 10G Ethernet, 10G Fibre Channel și SONETOC-192. Transceiverele XFP pot fi utilizate în comunicațiile de date și piețele de telecomunicații și oferă caracteristici de consum de energie mai bune decât alte transceiver-uri de 10 Gbps.
QSFP (Quad Small Form-Factor Pluggable) este un standard de transceiver compact, conectabil, pentru aplicații de comunicare de date de mare viteză.În funcție de viteză, QSFP poate fi împărțit în module optice 4×1G QSFP, 4×10GQSFP+, 4×25G QSFP28.În prezent, QSFP28 a fost utilizat pe scară largă în centrele de date globale.
· CFP (Centum gigabits Form Pluggable) se bazează pe un modul de comunicație standardizat cu divizare optică cu undă densă, cu o rată de transmisie de 100-400 Gbps.Dimensiunea modulului CFP este mai mare decât cea a SFP/XFP/QSFP și este, în general, utilizată pentru transmisia pe distanțe lungi, cum ar fi o rețea de zonă metropolitană.
Modul transceiver optic pentru comunicarea centrului de date
Comunicarea centrului de date poate fi împărțită în trei categorii în funcție de tipul de conexiune:
(1) Centrul de date pentru utilizator este generat de comportamentul utilizatorului final, cum ar fi navigarea pe pagina web, trimiterea și primirea de e-mailuri și fluxuri video prin accesarea cloud;
(2) Interconectarea centrelor de date, utilizată în principal pentru replicarea datelor, upgrade-uri de software și sistem;
(3) În interiorul centrului de date, acesta este utilizat în principal pentru stocarea, generarea și extragerea informațiilor.Conform prognozei Cisco, comunicarea internă a centrului de date reprezintă mai mult de 70% din comunicarea centrului de date, iar dezvoltarea construcției centrelor de date a dat naștere la dezvoltarea modulelor optice de mare viteză.
Traficul de date continuă să crească, iar tendința la scară largă și de aplatizare a centrului de date conduce dezvoltarea modulelor optice în două aspecte:
· Cerințe de viteză de transmisie crescute
· Creșterea cererii cantitative
În prezent, cerințele modulelor optice globale ale centrelor de date s-au schimbat de la modulele optice 10/40G la module optice 100G. Promoția cloud Alibaba din China va deveni primul an de aplicare la scară largă a modulelor optice 100G în 2018. Se așteaptă să se actualizeze Module optice 400G în 2019.
Calea de evoluție a modulului Ali cloud
Tendința centrelor de date la scară largă a condus la creșterea cerințelor privind distanța de transmisie.Distanța de transmisie a fibrelor multimode este limitată de creșterea ratei semnalului și este de așteptat să fie înlocuită treptat cu fibre monomodale. Costul conexiunii de fibră este compus din două părți: modulul optic și fibra optică.Pentru diferite distanțe, există diferite soluții aplicabile. Pentru interconectarea la distanță medie și lungă necesară pentru comunicarea centrului de date, există două soluții revoluționare născute din MSA:
· PSM4（Mod unic paralel 4 benzi）
· CWDM4 (Multiplexor cu diviziune grosieră a lungimii de undă 4 benzi)
Printre acestea, utilizarea fibrei PSM4 este de patru ori mai mare decât CWDM4.Când distanța de legătură este mare, costul soluției CWDM4 este relativ scăzut.Din tabelul de mai jos, putem vedea o comparație a soluțiilor de module optice 100G pentru centrul de date:
Astăzi, tehnologia de implementare a modulelor optice 400G a devenit punctul central al industriei. Funcția principală a modulului optic 400G este de a îmbunătăți debitul de date și de a maximiza lățimea de bandă și densitatea portului centrului de date. Tendința sa viitoare este de a obține o scară largă. câștig, zgomot redus, miniaturizare și integrare, pentru a răspunde nevoilor rețelelor wireless de ultimă generație și aplicațiilor de comunicații pentru centre de date la scară foarte mare.
Modulul optic timpuriu 400G a folosit o metodă de modulare a semnalului 25G NRZ (Non-Returnto Zero) cu 16 canale într-un pachet CFP8. Avantajul este că tehnologia de modulare a semnalului 25G NRZ maturată pe modulul optic 100G poate fi împrumutată, dar dezavantajul este că 16 semnale trebuie transmise în paralel, iar consumul de energie și volumul sunt relativ mari, ceea ce nu este potrivit pentru aplicațiile din centrul de date. În modulul optic actual de 400G, 53G NRZ cu 8 canale sau 106G PAM4 cu 4 canale (4 puls). Modulația de amplitudine) modularea semnalului este utilizată în principal pentru a realiza transmisia semnalului 400G.
În ceea ce privește ambalarea modulelor, se utilizează OSFP sau QSFP-DD, iar ambele pachete pot oferi 8 interfețe de semnal electric. În comparație, pachetul QSFP-DD este mai mic ca dimensiune și mai potrivit pentru aplicațiile de centre de date;pachetul OSFP este puțin mai mare ca dimensiune și consumă mai multă energie, ceea ce îl face mai potrivit pentru aplicațiile de telecomunicații.
Analizați puterea „core” a modulelor optice 100G/400G
Am introdus pe scurt implementarea modulelor optice 100G și 400G.Următoarele pot fi văzute în diagramele schematice ale soluției 100G CWDM4, soluției 400G CWDM8 și soluției 400G CWDM4:
Schema 100G CWDM4
Schema 400G CWDM8
Schema 400G CWDM4
În modulul optic, cheia pentru realizarea conversiei semnalului fotoelectric este fotodetectorul.Pentru a îndeplini în sfârșit aceste planuri, ce fel de nevoi trebuie să satisfaci din „nucleu”?
Soluția 100G CWDM4 necesită implementare 4λx25GbE, soluția 400G CWDM8 necesită implementare 8λx50GbE, iar soluția 400G CWDM4 necesită implementare 4λx100GbE. Corespunzător metodei de modulare, 100G CWDM8, care adoptă schema de modulare CWDM4 și respectiv 40G, care corespunde ratei de modulare CWDM4 și respectiv 40GbE. Dispozitive de 25 Gbd și 53 Gbd. Schema CWDM4 400G adoptă schema de modulație PAM4, care necesită, de asemenea, ca dispozitivul să aibă o rată de modulație de 53 Gbd sau mai mult.
Rata de modulație a dispozitivului corespunde lățimii de bandă a dispozitivului.Pentru un modul optic 100G cu bandă de 1310 nm, este suficient un detector sau o matrice de detectoare InGaAs cu lățimea de bandă de 25 GHz.