"Mạng" đã trở thành một "điều cần thiết" đối với hầu hết mọi người hiện đại.
Lý do tại sao thời đại mạng tiện lợi đến như vậy, “công nghệ truyền thông cáp quang” có thể nói là không thể thiếu.
Năm 1966, Cao lương Trung Quốc của Anh đề xuất khái niệm về sợi quang, điều này đã khơi mào cho đỉnh cao phát triển thông tin liên lạc bằng sợi quang trên toàn thế giới. Hệ thống thông tin liên lạc sử dụng sợi quang đa mode trong thời kỳ đầu nhanh chóng được giới thiệu vào đầu những năm 1980, đến năm 1990, hệ thống sóng quang thế hệ thứ ba hoạt động ở tốc độ 2,4 Gb / s và 1,55 μm đã có thể cung cấp các dịch vụ truyền thông thương mại.
Cao lương “cha đẻ của sợi quang”, người đã có đóng góp đột phá trong việc “truyền ánh sáng trong sợi quang cho thông tin liên lạc quang học”, đã được trao giải Nobel Vật lý năm 2009.
Thông tin liên lạc bằng cáp quang ngày nay đã trở thành một trong những trụ cột chính của thông tin liên lạc hiện đại, đóng vai trò nòng cốt trong các mạng viễn thông hiện đại.Nó cũng được xem như một biểu tượng quan trọng của cuộc cách mạng công nghệ mới của thế giới và là phương tiện truyền tải thông tin chính trong xã hội thông tin tương lai.
Trong những năm gần đây, thị trường ứng dụng dữ liệu lớn, điện toán đám mây, 5G, Internet vạn vật và trí tuệ nhân tạo phát triển nhanh chóng.Thị trường ứng dụng không người lái sắp ra mắt đang mang lại sự phát triển bùng nổ cho lưu lượng dữ liệu.Kết nối trung tâm dữ liệu từng bước phát triển thành nghiên cứu truyền thông quang học.điểm nóng.
Bên trong trung tâm dữ liệu lớn của Google
Trung tâm dữ liệu hiện tại không còn chỉ là một hoặc một vài phòng máy tính mà là một tập hợp các cụm trung tâm dữ liệu. và sự tương tác lớn của thông tin giữa các trung tâm dữ liệu đã tạo ra nhu cầu về mạng kết nối trung tâm dữ liệu, và truyền thông cáp quang đã trở thành một phương tiện cần thiết để đạt được kết nối liên thông.
Không giống như thiết bị truyền dẫn mạng truy nhập viễn thông truyền thống, kết nối trung tâm dữ liệu cần đạt được nhiều thông tin hơn và truyền tải dày đặc hơn, điều này đòi hỏi thiết bị chuyển mạch phải có tốc độ cao hơn, tiêu thụ điện năng thấp hơn và thu nhỏ hơn. đạt được là mô-đun thu phát quang.
Một số kiến thức cơ bản về module thu phát quang
Mạng thông tin chủ yếu sử dụng sợi quang làm phương tiện truyền dẫn, nhưng việc tính toán và phân tích dòng điện cũng phải dựa trên các tín hiệu điện, và môđun thu phát quang là thiết bị cốt lõi để thực hiện chuyển đổi quang điện.
Các thành phần cốt lõi của mô-đun quang là Bộ phát (Mô-đun phát ánh sáng) / Bộ thu (Mô-đun nhận ánh sáng) hoặc Bộ thu phát (Mô-đun thu phát quang), chip điện và cũng bao gồm các thành phần thụ động như thấu kính, bộ chia và bộ kết hợp.Thành phần mạch ngoại vi.
Tại đầu truyền: tín hiệu điện được Bộ chuyển đổi chuyển thành tín hiệu quang, sau đó được bộ chuyển đổi quang đưa vào sợi quang; Ở đầu nhận: tín hiệu quang trong sợi quang được Bộ thu nhận thông qua bộ chuyển đổi quang và được chuyển đổi thành tín hiệu điện và gửi đến đơn vị tính toán để xử lý.
Sơ đồ mô-đun thu phát quang
Với sự phát triển của công nghệ tích hợp quang điện tử, hình thức đóng gói của mô-đun thu phát quang cũng đã có một số thay đổi.Trước khi ngành công nghiệp mô-đun quang được hình thành, nó đã được phát triển bởi các nhà sản xuất thiết bị viễn thông lớn trong những ngày đầu.Các giao diện rất đa dạng và không thể được sử dụng đại trà.Điều này làm cho các mô-đun thu phát quang không thể hoán đổi cho nhau.Với tiêu chuẩn MSA, các công ty độc lập tập trung vào việc phát triển Bộ thu phát bắt đầu xuất hiện và ngành công nghiệp này đã phát triển.
Mô-đun thu phát quang có thể được chia thành SFP, XFP, QSFP, CFP, v.v. theo dạng gói:
· SFP (Small Form-factor Pluggable) là tiêu chuẩn mô-đun thu phát nhỏ gọn, có thể cắm được cho các ứng dụng viễn thông và dữ liệu hỗ trợ tốc độ truyền lên đến 10Gbps.
XFP (10 Gigabit Small Form Factor Pluggable) là một mô-đun thu phát có thể cắm được với hệ số dạng nhỏ tốc độ 10G hỗ trợ nhiều giao thức truyền thông như 10G Ethernet, 10G Fiber Channel và SONETOC-192. Bộ thu phát XFP có thể được sử dụng trong truyền thông dữ liệu và thị trường viễn thông và đưa ra các đặc tính tiêu thụ điện năng tốt hơn so với các bộ thu phát 10Gbps khác.
QSFP (Quad Small Form-factor Pluggable) là một tiêu chuẩn thu phát nhỏ gọn, có thể cắm được cho các ứng dụng truyền dữ liệu tốc độ cao.Theo tốc độ, QSFP có thể được chia thành các mô-đun quang 4 × 1G QSFP, 4 × 10GQSFP +, 4 × 25G QSFP28.Hiện tại QSFP28 đã được sử dụng rộng rãi trong các trung tâm dữ liệu toàn cầu.
· CFP (Centum gigabits Form Pluggable) dựa trên mô-đun truyền thông tách sóng quang dày đặc được tiêu chuẩn hóa với tốc độ truyền 100-400 Gbps.Kích thước của mô-đun CFP lớn hơn của mô-đun SFP / XFP / QSFP và thường được sử dụng để truyền đường dài như mạng khu vực đô thị.
Mô-đun thu phát quang cho giao tiếp trung tâm dữ liệu
Truyền thông trung tâm dữ liệu có thể được chia thành ba loại theo loại kết nối:
(1) Trung tâm dữ liệu cho người dùng được tạo ra bởi hành vi của người dùng cuối như duyệt trang web, gửi và nhận email và luồng video bằng cách truy cập vào đám mây;
(2) Kết nối trung tâm dữ liệu, chủ yếu được sử dụng để sao chép dữ liệu, nâng cấp phần mềm và hệ thống;
(3) Bên trong trung tâm dữ liệu, nó chủ yếu được sử dụng để lưu trữ, tạo và khai thác thông tin.Theo dự báo của Cisco, truyền thông nội bộ trung tâm dữ liệu chiếm hơn 70% truyền thông trung tâm dữ liệu, và sự phát triển của việc xây dựng trung tâm dữ liệu đã tạo ra sự phát triển của các mô-đun quang tốc độ cao.
Lưu lượng dữ liệu tiếp tục tăng và xu hướng quy mô lớn và phẳng của trung tâm dữ liệu đang thúc đẩy sự phát triển của các mô-đun quang học theo hai khía cạnh:
· Tăng yêu cầu về tốc độ truyền
· Tăng nhu cầu về số lượng
Hiện tại, yêu cầu của mô-đun quang trung tâm dữ liệu toàn cầu đã thay đổi từ mô-đun quang 10 / 40G sang mô-đun quang 100G. Alibaba Cloud Promotion của Trung Quốc sẽ trở thành năm đầu tiên áp dụng quy mô lớn mô-đun quang 100G vào năm 2018. Dự kiến sẽ nâng cấp Mô-đun quang học 400G vào năm 2019.
Lộ trình phát triển mô-đun đám mây Ali
Xu hướng của các trung tâm dữ liệu quy mô lớn đã dẫn đến sự gia tăng các yêu cầu về khoảng cách truyền dẫn.Khoảng cách truyền dẫn của sợi đa mode bị hạn chế do tốc độ tín hiệu tăng lên và dự kiến sẽ dần được thay thế bằng sợi đơn mode. Chi phí của liên kết sợi quang bao gồm hai phần: môđun quang và sợi quang.Đối với các khoảng cách khác nhau, có các giải pháp áp dụng khác nhau.
· PSM4 （Chế độ đơn song song 4 làn đường）
· CWDM4 （Bộ ghép kênh phân chia bước sóng thô 4 làn）
Trong số đó, việc sử dụng sợi PSM4 gấp bốn lần so với CWDM4.Khi khoảng cách liên kết dài, chi phí giải pháp CWDM4 tương đối thấp.Từ bảng dưới đây, chúng ta có thể thấy so sánh các giải pháp mô-đun quang 100G của trung tâm dữ liệu:
Ngày nay, công nghệ triển khai của mô-đun quang 400G đã trở thành trọng tâm của ngành. Chức năng chính của mô-đun quang 400G là cải thiện thông lượng dữ liệu và tối đa hóa băng thông và mật độ cổng của trung tâm dữ liệu. độ lợi, tiếng ồn thấp, thu nhỏ và tích hợp, để đáp ứng nhu cầu của mạng không dây thế hệ tiếp theo và các ứng dụng truyền thông trung tâm dữ liệu quy mô cực lớn.
Mô-đun quang 400G đời đầu sử dụng phương pháp điều chế tín hiệu 25G NRZ (Non-Returnto Zero) 16 kênh trong gói CFP8. Ưu điểm là công nghệ điều chế tín hiệu 25G NRZ hoàn thiện trên mô-đun quang 100G có thể được mượn, nhưng nhược điểm là 16 tín hiệu cần được truyền song song và mức tiêu thụ điện năng và âm lượng tương đối lớn, điều này không phù hợp cho các ứng dụng trung tâm dữ liệu. Trong mô-đun quang 400G hiện tại, 8 kênh 53G NRZ hoặc 4 kênh 106G PAM4 (4 Xung Điều chế biên độ) điều chế tín hiệu chủ yếu được sử dụng để thực hiện truyền tín hiệu 400G.
Về đóng gói mô-đun, OSFP hoặc QSFP-DD được sử dụng, và cả hai gói đều có thể cung cấp 8 giao diện tín hiệu điện. So sánh, gói QSFP-DD có kích thước nhỏ hơn và phù hợp hơn cho các ứng dụng trung tâm dữ liệu;gói OSFP có kích thước lớn hơn một chút và tiêu thụ nhiều điện năng hơn, phù hợp hơn với các ứng dụng viễn thông.
Phân tích sức mạnh “cốt lõi” của các mô-đun quang 100G / 400G
Chúng tôi đã giới thiệu ngắn gọn việc triển khai các mô-đun quang 100G và 400G.Những điều sau có thể được nhìn thấy trong các sơ đồ của giải pháp 100G CWDM4, giải pháp 400G CWDM8 và giải pháp 400G CWDM4:
100G CWDM4 giản đồ
Sơ đồ 400G CWDM8
Sơ đồ 400G CWDM4
Trong mô-đun quang học, chìa khóa để nhận ra sự chuyển đổi tín hiệu quang điện là bộ tách sóng quang.Để cuối cùng đáp ứng các kế hoạch này, bạn cần đáp ứng những nhu cầu nào từ “cốt lõi”?
Giải pháp 100G CWDM4 yêu cầu triển khai 4λx25GbE, giải pháp 400G CWDM8 yêu cầu triển khai 8λx50GbE và giải pháp 400G CWDM4 yêu cầu triển khai 4λx100GbE. Các thiết bị 25Gbd và 53Gbd. Sơ đồ 400G CWDM4 áp dụng sơ đồ điều chế PAM4, cũng yêu cầu thiết bị phải có tốc độ điều chế từ 53Gbd trở lên.
Tốc độ điều chế thiết bị tương ứng với băng thông của thiết bị.Đối với mô-đun quang 100G băng tần 1310nm, mảng đầu dò hoặc bộ dò InGaAs băng thông 25GHz là đủ.