400G / 100G PAM4 وتكنولوجيا السيليكون الضوئيات

نوعا الحزم الشائعان للوحدات البصرية 400 جيجا هما OSFP و QSFP-DD.

مزايا 400G QSFP-DD هي البساطة والتوافق. ميزة 400 جرام OSFP هو أنه يتمتع بأداء حراري جيد ويمكن أن يمتد إلى 800G.
بالنسبة إلى 400G ، تكون الإشارة الكهربائية لكل من OSFP و QSFP-DD المتصل بالمضيف هي 8x50G PAM4.

تنقسم الوحدات البصرية متعددة الأوضاع 400G QSFP-DD إلى 400G QSFP-DD SR8 و 400G QSFP-DD SR4.2.

400G QSFP-DD SR8

S هو الحرف الأول للمسافة القصيرة ، مما يشير إلى مسافة نقل تبلغ 100 متر. "8" يشير إلى 8 قنوات إشارة بصرية ، كل منها مزود بـ 50G PAM4. لذلك ، 8 إرسال و 8 استقبال تتطلب 16 ألياف بصرية ، بشكل عام باستخدام اتصال MPO. يشيع استخدام MPO-16 و MPO-12.

400G QSFP-DD SR4.2

يعني SR4.2 أيضًا مسافة قصيرة ، مسافة إرسال 100 متر ، "4" عبارة عن أربع قنوات ليفية ، و "2" لكل قناة طولين موجيين لتعدد إرسال ثنائي الاتجاه. كل قناة 2x2G PAM50 وتتطلب 4 ألياف بصرية.

مع موصل MPO-12 ، فإن عامل القيادة لهذا النهج هو الاستمرار في استخدام كابل MPO-12 من الجيل السابق دون استبدال.

النوع	المسافات	نوع الألياف	الموصل	عدد الألياف	الطول الموجي	إشارة التحوير البصري
400 جرام SR8	100m	متعدد الأوضاع	إم بي أو-16 ناقلة جنود مدرعة MPO-12 × 2 APC	16	850nm	50 جرام بام 4
400 جرام SR4.2	100m	متعدد الأوضاع	إم بي أو-12 ناقلة جنود مدرعة	8	850nm 910nm	50 جرام بام 4

وحدات بصرية متعددة الأوضاع 400 جيجا

400G QSFP-DD واجهة وحدة بصرية أحادية الوضع

تنقسم الواجهة أحادية الوضع 400G إلى مجموعتين ، مجموعة 8x50G PAM4 للمنفذ الكهربائي ، و 8x50G PAM4 للمنفذ البصري.

المجموعة الأخرى هي 8x50G PAM4 للمنافذ الكهربائية و 4x100G PAM4 للمنافذ الضوئية.

إنه نفس الشيء بالنسبة للواجهة الكهربائية للوحة الأم والوحدة الضوئية ، وكلا الأسلوبين يستخدمان DSP أيضًا. يكمن الاختلاف في معدل إخراج الإشارة الضوئية وعدد أجهزة الليزر المستخدمة.

وحدة بصرية أحادية الوضع 8x50G PAM4

أنواع الوحدات الضوئية 8x50G FR8 و LR8 و 2 xFR4

FR8 ، LR8 ، "8" ثمانية أطوال موجية ، 50G PAM4 لكل طول موجي ، FR تعني المسافة 2km ، LR تعني 10km ، 8 أطوال موجية مضاعفة بألياف واحدة. FR8 و LR8 هما واجهات بصرية LC مزدوجة.

يشير F إلى Far ، مما يشير إلى 2km ، أبعد قليلاً من 500 متر المشترك (DR ، مركز البيانات). هذا تقسيم جديد للمسافات في 802.3 ، بإدخال مسافتين مقسمتين ، DR و FR ، بين SR و LR.

L يشير إلى Long ، أطول من SR ، قال 10km. أوائل 802.3 هي مسافة قصيرة تبلغ 100 متر ريال سعودي ، ومسافة طويلة LR تبلغ 10 كيلومترات مقسمة ، وتستخدم بشكل أساسي لتحديد طول مسافة شبكة المترو.

في وقت لاحق ، تم استخدام المزيد والمزيد من وحدات Ethernet الضوئية في مركز البيانات ، وقاموا أولاً بتعيين مسافة 100G من الوحدات الضوئية مثل 500m PSM4 و 2km CWDM4.

حتى تم صياغة معيار 802.3 لـ 200G و 400G ، تم إدخال 500 متر DR و 2km FR بين SR و LR لتغطية مسافة وسم حقل مركز البيانات.

يستخدم 2xFR4 ، مثل LR8 و FR8 ، ثمانية أشعة ليزر ، ولكن أربعة أطوال موجية فقط ، والتي تُستخدم في مجموعتين لإجمالي ثماني قنوات. يتم استخدام واجهة CS لتشكيل عامل الشكل 2x200G.

استخدم موصلين CS ، حل 2xFR4.

المزايا هي ميزانية ارتباط أفضل وتشتت أقل مع 4 أطوال موجية مقارنة بـ 8 أطوال موجية.

العيب هو أن الحزمة الضوئية أكثر تعقيدًا وتكلفة الإنتاج مرتفعة. في الواقع ، تعد سلسلة الصناعة المكونة من أربعة أطوال موجية أكثر نضجًا وتقلل تكلفة المواد.

 

4x100 جرام بام 4 وضع فردي الوحدة البصرية

تركز سلسلة الصناعة حاليًا على حلول 4x100G ، وأهم هذه الحلول هو DSP مع علبة تروس.

400 جرام DR4 ، 4xFR1 ، 4xLR1

يحتاج DSP إلى تحويل الإشارات الكهربائية 8x50G إلى 4x100G ، والتي يتم توفيرها إلى EML أو المغير البصري من السيليكون والإخراج. تبلغ كل قناة 1310 نانومتر وتتطلب 8 ألياف (4 أجهزة إرسال و 4 أجهزة استقبال).

والألياف المستخدمة هي ألياف مستقلة تدعم الوحدات البصرية 400 جيجا بالتوازي مع تحويل وحدة 1x100 جيجا.

يتم استدعاء هذه الواجهات بشكل مختلف من قبل جهات تصنيع مختلفة ولكنها في الأساس هي نفسها.

DR4 و 4xDR1 متماثلان. جميع الأطوال الموجية 1310 نانومتر ، تنقل أربعة ألياف ، وتستقبل أربعة أطوال موجية.

لكن FR4 و 4xFR1 ليسا نفس المنتج ، FR4 هو أربعة أطوال موجية لليف واحد ، و 4xFR1 طول موجي لأربعة ألياف.

هناك ثلاث واجهات بصرية شائعة لـ 400G DR4 و 4xFR1 و 4xLR1 وواحد MPO-12 وواحد SN وواحد MDC.

إن SN و MDC من جهات تصنيع مختلفة ، لكن المفهوم هو نفسه.

كلاهما قابل للتوصيل Tx و RX بشكل مستقل. بالمقارنة مع MPO و SN و MDC أكثر مرونة وأسهل لنشر الألياف الضوئية.

FR4 و LR4

تتمتع كل من FR4 و LR4 بنفس وظيفة DSP مثل DR4 بأربعة أطوال موجية. يكمن اختلافهم في المسار البصري. يستخدم الطول الموجي لـ CWDM4 Mux و Demux لدمج الموجة وتقسيمها. يتم تقليل عدد الألياف واستخدام السطح البيني البصري LC.

LR4 لها مسافتان للإرسال ، معيار IEEE هو 6 كيلومترات ، و 100G Lamda MSA محددة بـ 10 كيلومترات.

400G واجهة أحادية الوضع

100 جرام بام 4

تحتوي الوحدة البصرية 100G PAM4 على حزمتين لصق ، إحداهما QSFP28 والأخرى SFP56-DD.

الواجهة الكهربائية لحزمة QSFP28 هي 25G NRZ.

الواجهة الكهربائية لحزمة SFP56-DD هي 50G PAM4.

وضع واحد 100G

الآن 4x100G QSFP-DD قابلة للتشغيل البيني مع 100G طول موجي واحد PAM4 ، قابل للتشغيل البيني مع QSFP28 تحتاج إلى القيام بواجهة كهربائية لعلبة التروس 1: 4 ، يحتاج DSP إلى تشغيل /off خيار KR4 FEC.

مع SFP56-DD ، يجب أن تكون علبة التروس الخاصة بـ DSP 1: 2 ولا يلزم وجود KP4 FEC (يتم إجراؤه على جانب النظام).

ملخص للوحدات الضوئية أحادية الموجة 100 ج

تقوم معظم الشركات المصنعة بتعيين لون المزلاج بواسطة بروتوكول OSFP MSA.

100G وحدة الليزر الضوئية رقاقة و الضوئيات السيليكون تكنولوجيا

في سوق الوحدات الضوئية 100G ، تتمتع الوحدة البصرية 100G QSFP28 بحصة كبيرة في السوق ، وتستخدم الوحدات البصرية QSFP28 أنواعًا مختلفة من الليزر.

تستخدم الوحدات البصرية 100G-SR4 QSFP28 بشكل أساسي للحلول المتوازية متعددة الأوضاع في حدود 100 متر. تعتمد في الغالب على ليزر VCSEL في الداخل ، والذي يتميز بمزايا الحجم الصغير ، معدل اقتران عالي ، استهلاك منخفض للطاقة ، تكامل سهل ، وسعر منخفض.

تُستخدم الوحدات الضوئية المعبأة 100G-CWDM4 QSFP28 بشكل أساسي في حلول WDM الخشنة بطول 10 كيلومترات. يتم استخدام ليزر DML الداخلي في الغالب ، والذي يتميز بمزايا الحجم الصغير واستهلاك الطاقة المنخفض والتكلفة المنخفضة.

100G ER4 و 100 جرام ZR4 QSFP28 تُستخدم الوحدات الضوئية المعبأة بشكل أساسي في الحلول أحادية الوضع للمسافات المتوسطة والطويلة التي تزيد عن 40 كم. يتم استخدام معظم أجهزة ليزر EML الداخلية ، والتي تتمتع بمزايا هامش مخطط العين الكبير ، والتشتت الصغير ، ونسبة الانقراض الكبيرة ، والمسافة الطويلة.

بالنسبة للوحدات الضوئية أحادية الموجة 100G QSFP28 ، هناك طفرة جديدة في تقنية الرقائق - ففوتونات السيليكون الضوئية المدمجة من FiberMall 100G لسيناريوهات مركز البيانات كانت منذ فترة طويلة في الإنتاج الضخم. وهناك ميزة تكلفة أقل في قائمة مكونات الصنف (الأجزاء والمواد) ، تغطي مسافة النقل: 500 م ، 2 كم ، 10 كم وغيرها من الحلول أحادية الوضع.

في الوقت الحالي ، ينقسم المسار التقني للمنتجات التجارية المدمجة بشكل أساسي إلى مجموعة III-V ومعسكرين Si ، من بينها DFB و DML و EML وأنظمة الليزر الأخرى في معسكر InP. على الرغم من أن التكنولوجيا ناضجة نسبيًا ، إلا أنها مكلفة وغير متوافقة مع عملية CMOS (عملية الدائرة المتكاملة) ، وتتضاعف مادة الركيزة الخاصة بها فقط كل 2.6 سنة.

بينما تستخدم الأجهزة الإلكترونية الضوئية السيليكونية Si عملية COMS لتحقيق تكامل شريحة واحدة للأجهزة الإلكترونية الضوئية السلبية والدوائر المتكاملة ويمكن دمجها على نطاق واسع. مع ميزة الكثافة العالية ، يمكن مضاعفة مادة الركيزة الخاصة بها كل عام.

في الوقت الحالي ، فتحت الوحدات الضوئية 100G الباب لتكنولوجيا الضوئيات السيليكونية ، لكن تطويرها لا يزال يواجه بعض التحديات.

أولاً ، يجب حل مصدر ضوء الليزر المدمج القائم على السيليكون. السيليكون عبارة عن أشباه موصلات ذات فجوة نطاق غير مباشرة ، مقارنة بأشباه الموصلات ذات فجوة الحزمة المباشرة مثل InP ، تحتاج وحدات الضوئيات السيليكونية إلى إدخال مصدر ضوء منفصل ، وإذا كان مصدر الضوء لا يتوافق مع قانون مور ، فسيستمر التكامل المقترن بالتكلفة الأعلى إلى offتعيين ميزة التكلفة لمواد السيليكون وتكامل العمليات.

ثانيا، جهاز الإرسال والاستقبال السليكوني الضوئية التعبئة والتغليف صعبة ولها عائد منخفض. لا تزال تعبئة الواجهة الضوئية للسيليكون في المراحل المبكرة ، ويكمن الاختناق الرئيسي في الرقاقة الإلكترونية الضوئية وتشكيل مجموعة الألياف لتعبئة الواجهة الضوئية. متطلبات المحاذاة ودقة التغليف عالية ، وكفاءة التغليف منخفضة. في المرحلة الحالية من التعبئة والتغليف ، يصعب تحقيق التكنولوجيا في تغليف عالي الجودة ومنخفض التكلفة. يحد عائد المنتج من الإنتاج الضخم لوحدات فوتونات السيليكون.

بالإضافة إلى ذلك ، هناك القليل من الموارد المتاحة للإنتاج الضخم لرقائق SiP. على الرغم من أن رقائق الضوئيات السيليكونية متوافقة مع عمليات CMOS ، إلا أن موارد CMOS الناضجة ليست مفتوحة للجمهور أو لا توجد تجربة لتدفق الضوئيات السيليكونية.

في الوقت الحالي ، لا تزال شبكة 100G هي الشريحة السائدة ، وهي شريحة ليزر للوحدة الضوئية 100G QSFP28 على الرغم من أن VCSEL و EML و DML هي أساسًا. ولكن على المدى الطويل ، سيكون حل فوتونات السيليكون في عصر الوحدات الضوئية 400 جيجا بايت أو سيكون قوة واسعة النطاق.

وحدة فوتونات السيليكون ، ببساطة ، هي استخدام التكنولوجيا الضوئية للسيليكون على وحدة تحويل ونقل كهروضوئية متكاملة رقاقة السيليكون. إنه مزيج من الإلكترونيات الدقيقة والإلكترونيات الضوئية على منصة قائمة على السيليكون لتشكيل جهاز بصري جديد من السيليكون.