أجهزة الإرسال والاستقبال الضوئية 400G: مقدمة مفصلة للأنواع والتطبيقات

 

تم تصميم أجهزة الإرسال والاستقبال الضوئية 400 جيجا لتتكيف مع سوق الشبكة من 25 جيجا ، 40 جيجا ، 100 جيجا ، 200 جيجا ، 400 جيجا وحتى 1 تيرا. تلعب أجهزة الإرسال والاستقبال الضوئية 400G دورًا مهمًا في بناء نظام شبكة 400G. من حيث الطول الموجي البصري ، يمكن تقسيم أجهزة الإرسال والاستقبال الضوئية 400G إلى وضع متعدد (MM) ووضع أحادي (SM) ؛ من حيث وضع تعديل الإشارة ، يتم تقسيمهم إلى تعديل NRZ و PAM4 (بشكل رئيسي PAM4 في الوقت الحاضر) ؛ من حيث مسافة الإرسال ، يمكن تقسيمها إلى SR و DR و FR و LR ؛ من حيث عامل الشكل ، يمكن تقسيمها إلى OSFP و QSFP-DD و CFP8 و CWDM8 و CDFP و COBO.

 

1. ما هي العوامل الشكلية لأجهزة الإرسال والاستقبال الضوئية 400G؟

 

• OSFP(شكل ثماني صغير-عامل التوصيل)

يتم تطبيق وحدة 400G OSFP لمعيار واجهة جديد ، وهو غير متوافق مع الواجهة الكهروضوئية الحالية. بأبعاد 100.4 * 22.58 * 13 ^ 3 مم ، فهي أكبر قليلاً من QSFP-DD وتتطلب مساحة أكبر من ثنائي الفينيل متعدد الكلور. جهاز الإرسال والاستقبال OSFP هو عامل شكل جديد قابل للتوصيل مع ثمانية ممرات كهربائية عالية السرعة تدعم 400 جيجابت في الثانية (8x50G). يحتوي OSFP على مشتت حراري متكامل يعمل على تحسين الأداء الحراري بشكل كبير ويمكّن الوحدات التي تصل طاقتها إلى 15 واط في هيكل التبديل مع تدفق الهواء التقليدي. 

 

 

• QSFP-DD （رباعي الشكل صغير الحجم قابل للتوصيل بكثافة مزدوجة）

يعد جهاز الإرسال والاستقبال البصري 400G QSFP-DD امتدادًا لواجهة QSFP ، حيث يضاعف الواجهة الأصلية المكونة من 4 قنوات إلى 8 قنوات ، أي ما يسمى بالكثافة المزدوجة. الوحدة متوافقة مع الوحدة البصرية QSFP28 الحالية و QSFP28 AOC / DAC ، والتي تعد واحدة من مزاياها الرئيسية. تعتمد الواجهة الكهربائية لـ QSFP-DD 8 قنوات ، ويصل معدل كل قناة إلى 25 جيجابت / ثانية (تعديل NRZ) أو 50 جيجابت / ثانية (تعديل PAM4) ، مما يوفر حلولًا تصل إلى 200 جيجابت أو 400 جيجابت. يمكن أن يصل عرض النطاق الترددي لـ QSFP-DD إلى عشرة أضعاف عرض QSFP + أو أربعة أضعاف عرض QSFP. تشتمل عوامل الشكل للوحدة البصرية 28G QSFP-DD بشكل أساسي على 400G DR400 و 4G FR400 و 4G LR400 و 4G SR400. من بينها ، 400 جرام SR8 يفي جهاز الإرسال والاستقبال بمعيار IEEE 802.3cm ومتطلبات روابط نقل 70m OM3 و 100m OM4 / OM5 ، ويستخدم 16 موصلات MPO متعددة الأوضاع ، مع 8 أجهزة إرسال و 8 أجهزة استقبال ، ويحمل إشارة 50 جيجابت في الثانية عندما يتم تعديل كل قناة بواسطة PAM4. وفي الوقت نفسه ، يتمتع 400G SR8 بميزة سعرية باستخدام ليزر VCSEL.

مقارنة بـ 400 جيجابت OSFP ، فإن 400 جيجابت QSFP-DD هي نصف الحجم ، وهي تدعم حاليًا فقط ما يصل إلى 400 جيجابت / ثانية ، لكن OSFP يمكنها دعم ما يصل إلى 800 جيجابت / ثانية. QSFP-DD مخصص بشكل أساسي لشبكات 400G الحالية التي سيتم نشرها على نطاق واسع ، بينما من المرجح أن تكون OSFP لشبكات 800G المستقبلية. لذلك ، جنبًا إلى جنب مع الحالة الحالية ، يعد QSFP-DD أكثر ملاءمة لشبكة 400G.

 

 

• CFP8

CFP8 هو امتداد لـ CFP4 ، مما يزيد عدد القنوات إلى 8 والحجم إلى 40 * 102 * 9.5 ^ 3 مم وفقًا لذلك. الحل هو أكثر تكلفة ويتطلب استخدام ستة عشر قطعة من 25G ليزر. يبلغ حجم CFP8 أكثر من 3 أضعاف حجم QSFP-DD. نظرًا لأن سلسلة CFP للوحدات الضوئية تُستخدم بشكل أساسي لتطبيقات فئة الناقل حيث لا تكون متطلبات كثافة المنفذ عالية كما هو الحال في مراكز البيانات ، فإن CFP8 يدعم فقط 400 جيجابت / ثانية (16 × 25 ج أو 8 × 50 ج). بينما يدعم QSFP-DD كلاً من 200 جيجابت / ثانية (8 × 25 جيجابت) و 400 جيجابت / ثانية (8 × 50 جيجابت) ، وهو أكثر ملاءمة للكابلات قصيرة المسافة في مراكز البيانات.

 

 

• CWDM8

تعد الوحدة النمطية 400G CWDM8 امتدادًا لمعيار CWDM4 بمعدل 50 جم لكل طول موجة. لها أربعة أطوال موجية مركزية ، وهي 1351/1371/1391/1411 نانومتر. يصبح نطاق الطول الموجي الخاص بها أوسع ، ومتطلبات MUX / DeMux أعلى ، ويتضاعف عدد الليزر ، ويبلغ الحد الأقصى لطاقة الإدخال 8.5 ديسيبل ميلي واط.

 

 

• CDFP

وُلد معيار 400G CDFP في وقت سابق وحتى الآن تم إصدار الإصدار الثالث من المواصفات. إنها أول وحدة حجم أكبر 16x25G = 400G. يستخدم 16 قناة بمعدل قناة واحدة 25G. نظرًا للعدد الكبير من القنوات ، فإن الحجم كبير نسبيًا أيضًا.

 

 

• COBO(Consortium ل On Bمجلس الإدارة Optics)

يعني COBO أن جميع المكونات الضوئية موضوعة على ثنائي الفينيل متعدد الكلور. المزايا الرئيسية لهذه الوحدة هي تبديد الحرارة الجيد وصغر الحجم. ومع ذلك ، نظرًا لأن التبديل السريع غير مدعوم ، فسيكون من الصعب إصلاحه بمجرد فشل أحد الأجزاء.

 

من بين ما سبق 400G جهاز الإرسال والاستقبال البصري أشكال التعبئة والتغليف ، QSFP-DD و OSFP هي الأكثر شيوعًا.

 

 

2. ماذا'ق الفرق بين 400G وأجهزة الإرسال والاستقبال الضوئية 10G / 25G / 40G / 100G / 200G؟

 

بالمقارنة مع الوحدات البصرية 10G ، 25G ، 40G ، 100G ، فإن وصول الوحدات البصرية 400G سيجلب الاتصال البصري إلى عصر جديد. يتغير الاتصال البصري من الاكتشاف المترابط أحادي الموجة في الوحدات الضوئية منخفضة النهاية إلى تطبيقات الاستقطاب المتعددة الإرسال متعدد الموجات. التكامل الفوتوني والتكامل الإلكتروني ، ستكون تقنية ADC / DSP هي المفتاح لتسويق نظام الاتصالات البصرية 400G. مع الحاجة الملحة لتوحيد Ethernet ، فإن الطلب على الموازاة الضوئية سيسهل بشكل كبير تطوير تقنية التكامل الضوئي. على الرغم من استخدام شريحة بصرية واحدة فقط في الوحدات البصرية 400 جيجا ، فإن التكلفة مرتفعة ： في الوحدات الضوئية 10 جيجا / 25 جيجا ، وتبلغ تكلفة الشريحة الضوئية حوالي 30٪ ؛ في الوحدات البصرية 40G / 100G ، تبلغ تكلفة الرقاقة الضوئية حوالي 50٪ ؛ وفي الوحدات البصرية 400 جيجا ، تصل تكلفة الشريحة الضوئية إلى 70٪. على الرغم من أن الوحدات الضوئية 10G و 25G و 40G وحتى 100G أصبحت هي السائدة في السوق ، ولكن مع المتطلبات المتزايدة للنطاق الترددي وكثافة المنفذ واستهلاك طاقة النظام ، فإن الوحدات البصرية 400G ستدفع التكنولوجيا إلى مستوى أعلى من التطور.

بالمقارنة مع الوحدات الضوئية 200 جيجا ، فإن عامل الشكل الأكثر شيوعًا للوحدات البصرية 400 جيجا هو 400 جرام QSFP-DD، في حين أن الوحدات البصرية 200G متوفرة أيضًا في أشكال QSFP-DD ، ولكن الأكثر شيوعًا هو 200G QSFP56. نظرًا لأن مصنعي المعدات الأصلية (الشركات المصنعة للمعدات الأصلية) وبائعي الوحدات الخارجية يطورون الآن بقوة وينتجون وحدات ضوئية 200 جيجا للتنافس في الأسواق الناشئة ، مما يجعل شراء الوحدات البصرية 200 جيجا أرخص. لذلك ، يمكن لمركز البيانات بميزانية محدودة تأجيل ترقية 400 جيجا الأكثر تكلفة إلى تاريخ لاحق واتخاذ خيار 200G الوسيط.

 

3. ملخص

 

تتمثل الوظيفة الأساسية لأجهزة الإرسال والاستقبال الضوئية 400 جيجا في زيادة سرعة نقل البيانات وزيادة عرض النطاق الترددي وكثافة المنفذ في مراكز البيانات. يتزايد الطلب على النطاق الترددي في مراكز البيانات الضخمة ، وفي المستقبل ، ستكون الوحدات البصرية 400 جيجا هي الخيار الأفضل لتحسين أداء النظام وتقليل تكاليف النطاق الترددي. علاوة على ذلك ، سيكون ظهور شبكات 5G عاملاً إيجابيًا آخر لتعزيز القيمة السوقية لأجهزة الإرسال والاستقبال الضوئية 400 جيجا.