«Сеть» стала «необходимостью» для большинства современных людей.
Причина, по которой может наступить такая удобная сетевая эра, можно сказать, что «волоконно-оптическая технология связи» незаменима.
В 1966 году британское китайское сорго предложило концепцию оптического волокна, которая положила начало кульминации развития оптоволоконной связи во всем мире. системы связи, использующие многомодовое волокно в первые дни, были быстро внедрены в начале 1980-х годов. К 1990 году система оптических волн третьего поколения, работающая на скорости 2,4 Гбит / с и 1,55 мкм, могла предоставлять коммерческие услуги связи.
«Отец волокна» сорго, внесший революционный вклад в «передачу света по волокну для оптической связи», был удостоен Нобелевской премии по физике 2009 года.
Оптоволоконная связь в настоящее время стала одним из основных столпов современной связи, играя ключевую роль в современных телекоммуникационных сетях.Он также рассматривается как важный символ новой мировой технологической революции и основного средства передачи информации в будущем информационном обществе.
В последние годы стремительно развивается рынок приложений больших данных, облачных вычислений, 5G, Интернета вещей и искусственного интеллекта.Грядущий рынок беспилотных приложений приводит к взрывному росту трафика данных.Взаимосвязь центров обработки данных постепенно превратилась в исследования оптической связи.горячая точка.
Внутри большого центра обработки данных Google
Текущий центр обработки данных представляет собой уже не одну или несколько компьютерных комнат, а набор кластеров центров обработки данных. Для обеспечения нормальной работы различных интернет-сервисов и рынков приложений центры обработки данных должны работать вместе. и массовый обмен информацией между центрами обработки данных создал спрос на сети взаимосвязи центров обработки данных, а оптоволоконная связь стала необходимым средством для обеспечения взаимосвязи.
В отличие от традиционного передающего оборудования сети телекоммуникационного доступа, при соединении центров обработки данных необходимо обеспечить больший объем информации и более плотную передачу, что требует от коммутационного оборудования более высокой скорости, меньшего энергопотребления и большей миниатюризации. Один из основных факторов, определяющих, могут ли эти возможности быть реализованы достигается модуль оптического приемопередатчика.
Некоторые базовые знания об оптических модулях приемопередатчика
Информационная сеть в основном использует оптическое волокно в качестве среды передачи, но текущие расчеты и анализ также должны основываться на электрических сигналах, а модуль оптического приемопередатчика является основным устройством для реализации фотоэлектрического преобразования.
Основными компонентами оптического модуля являются передатчик (светоизлучающий субмодуль)/приемник (светоприемный субмодуль) или приемопередатчик (модуль оптического приемопередатчика), электрическая микросхема, а также пассивные компоненты, такие как линзы, разветвители и сумматоры.Состав периферийной цепи.
На передающем конце: электрический сигнал преобразуется в оптический сигнал передатчиком, а затем вводится в оптическое волокно с помощью оптического адаптера; На приемном конце: оптический сигнал в оптическом волокне принимается приемником через оптический адаптер. и преобразуется в электрический сигнал и отправляется в вычислительный блок для обработки.
Схема модуля оптического приемопередатчика
С развитием технологии оптоэлектронной интеграции форма упаковки оптического приемопередающего модуля также претерпела некоторые изменения.До того, как была сформирована индустрия оптических модулей, она была разработана крупными производителями телекоммуникационного оборудования в первые дни.Интерфейсы были разнообразны и не могли использоваться повсеместно.Это сделало модули оптических приемопередатчиков не взаимозаменяемыми. Для развития отрасли было заключено окончательное «Соглашение о множестве источников (MSA)».Со стандартом MSA начали появляться компании, которые самостоятельно занимались разработкой Transceiver, и индустрия росла.
Модуль оптического приемопередатчика можно разделить на SFP, XFP, QSFP, CFP и т. д. в зависимости от формы упаковки:
· SFP (Small Form-factor Pluggable) — это компактный съемный модуль приемопередатчика, являющийся стандартом для телекоммуникационных приложений и приложений передачи данных, который поддерживает скорость передачи данных до 10 Гбит/с.
XFP (10 Gigabit Small Form Factor Pluggable) — это подключаемый приемопередатчик малого форм-фактора со скоростью 10G, который поддерживает несколько протоколов связи, таких как 10G Ethernet, 10G Fibre Channel и SONETOC-192. Приемопередатчики XFP могут использоваться для передачи данных и рынка телекоммуникаций и предлагают лучшие характеристики энергопотребления, чем другие приемопередатчики 10 Гбит/с.
QSFP (Quad Small Form-factor Pluggable) — это компактный сменный трансивер стандарта для приложений высокоскоростной передачи данных.По скорости QSFP можно разделить на оптические модули 4×1G QSFP, 4×10GQSFP+, 4×25G QSFP28.В настоящее время QSFP28 широко используется в глобальных центрах обработки данных.
· CFP (Centum gigabits Form Pluggable) основан на стандартизированном коммуникационном модуле с оптическим разделением для плотных волн со скоростью передачи 100-400 Гбит/с.Размер модуля CFP больше, чем у SFP/XFP/QSFP, и обычно используется для передачи на большие расстояния, например, в городской сети.
Модуль оптического приемопередатчика для связи центра обработки данных
Коммуникации центра обработки данных можно разделить на три категории по типу подключения:
(1) центр обработки данных для пользователя создается поведением конечного пользователя, таким как просмотр веб-страницы, отправка и получение электронных писем и видеопотоков при доступе к облаку;
(2) соединение центра обработки данных, в основном используемое для репликации данных, обновления программного обеспечения и системы;
(3) Внутри центра обработки данных он в основном используется для хранения, генерации и добычи информации.По прогнозу Cisco, на внутреннюю связь центра обработки данных приходится более 70% связи центра обработки данных, а развитие строительства центров обработки данных породило разработку высокоскоростных оптических модулей.
Трафик данных продолжает расти, а тенденция к масштабированию и выравниванию центров обработки данных стимулирует развитие оптических модулей в двух аспектах:
· Повышенные требования к скорости передачи
· Увеличение количества спроса
В настоящее время требования к оптическим модулям глобальных центров обработки данных изменились с оптических модулей 10/40 Гбит/с на оптические модули 100 Гбит/с. Китайская акция Alibaba Cloud Promotion станет первым годом крупномасштабного применения оптических модулей 100 Гбит/с в 2018 году. Ожидается обновление Оптические модули 400G в 2019 году.
Путь эволюции облачного модуля Ali
Тенденция крупномасштабных центров обработки данных привела к увеличению требований к дальности передачи.Расстояние передачи многомодовых волокон ограничено увеличением скорости передачи сигнала, и ожидается, что они будут постепенно вытесняться одномодовыми волокнами. Стоимость оптоволокна состоит из двух частей: оптического модуля и оптического волокна.Для разных расстояний существуют разные применимые решения. Для соединений на средних и больших расстояниях, необходимых для связи центра обработки данных, MSA предлагает два революционных решения:
· PSM4 (параллельный одномодовый, 4 полосы)
· CWDM4 (грубый мультиплексор с разделением по длине волны, 4 полосы)
Среди них использование волокна PSM4 в четыре раза больше, чем у CWDM4.При большом расстоянии связи стоимость решения CWDM4 относительно низка.Из таблицы ниже мы можем увидеть сравнение решений оптического модуля 100G для центра обработки данных:
Сегодня технология внедрения оптических модулей 400G стала в центре внимания отрасли. Основная функция оптического модуля 400G заключается в повышении пропускной способности данных и максимальном увеличении пропускной способности и плотности портов центра обработки данных. усиление, низкий уровень шума, миниатюризация и интеграция, чтобы удовлетворить потребности беспроводных сетей следующего поколения и сверхкрупномасштабных коммуникационных приложений центра обработки данных.
В ранних оптических модулях 400G использовался 16-канальный метод модуляции сигнала 25G NRZ (без возврата к нулю) в корпусе CFP8. что 16 сигналов должны передаваться параллельно, а потребляемая мощность и объем относительно велики, что не подходит для приложений центра обработки данных. Амплитудная модуляция) модуляция сигнала в основном используется для реализации передачи сигнала 400G.
Что касается упаковки модуля, используется OSFP или QSFP-DD, и оба пакета могут обеспечивать 8 интерфейсов электрических сигналов. Для сравнения, пакет QSFP-DD меньше по размеру и больше подходит для приложений центра обработки данных;пакет OSFP немного больше по размеру и потребляет больше энергии, что делает его более подходящим для телекоммуникационных приложений.
Анализ «основной» мощности оптических модулей 100G/400G
Мы кратко представили реализацию оптических модулей 100G и 400G.На схематических диаграммах решения 100G CWDM4, решения 400G CWDM8 и решения 400G CWDM4 можно увидеть следующее:
Схема 100G CWDM4
Схема 400G CWDM8
Схема 400G CWDM4
В оптическом модуле ключом к реализации фотоэлектрического преобразования сигнала является фотодетектор.Для того, чтобы наконец выполнить эти планы, какие потребности вам нужно удовлетворить из «ядра»?
Для решения 100G CWDM4 требуется реализация 4λx25GbE, для решения 400G CWDM8 требуется реализация 8λx50GbE, а для решения 400G CWDM4 требуется реализация 4λx100GbE. Устройства 25Gbd и 53Gbd. Схема 400G CWDM4 использует схему модуляции PAM4, которая также требует, чтобы устройство имело скорость модуляции 53Gbd или выше.
Скорость модуляции устройства соответствует полосе пропускания устройства.Для оптического модуля 100G с полосой 1310 нм достаточно детектора InGaAs с полосой пропускания 25 ГГц или массива детекторов.