800G جهاز الإرسال والاستقبال البصري: محرك جديد للجيل التالي من DCI

في حين أن الارتفاع الحالي في الطلب على المكونات قد يكون في وحدات بصرية 400 جيجا ، فإن تطبيق الشبكة الضوئية 800 جيجا على وشك الشروع في رحلة المنافذ عالية السرعة وعالية الكثافة ووقت الاستجابة المنخفض DCI. ناقشت هذه المقالة سوق الوحدات الضوئية Ethernet الحالية ، وتوقعات سوق DCI للوحدة الضوئية 800G ، ومواصفات وحدات 800G بواسطة 2G MSA.

1. الوضع الحالي لسوق الوحدات الضوئية لشبكة إيثرنت

أصبح جهاز الإرسال والاستقبال البصري 400 جيجا موضوعًا ساخنًا لبضع سنوات ، لكنه لا يزال في بداية النشر بسبب التكلفة العالية والتكنولوجيا غير الناضجة. وفقًا للإحصاءات الصادرة عن Lightcounting ، وهو معهد أبحاث تسويق الاتصالات الضوئية ، تلعب أجهزة الإرسال والاستقبال الضوئية 100 جيجا دورًا مهيمنًا في سوق الوحدات الضوئية الحالية ، على الرغم من زيادة شحن الوحدات النمطية 200 جيجا بايت و 400 جيجا بايت بشكل تدريجي ، ومن بينها زيادة الوحدات البصرية 400 جيجا بشكل أكبر. .

 

توقعات سوق وحدات إيثرنت الضوئية (10 جيجابت إيثرنت ~ 2 × 400 جيجابت إيثرنت )

من المتوقع أن تكون أجهزة الإرسال والاستقبال الضوئية 800 جيجا من خلال دمج قناتين بصريتين 400 جيجا في وحدة بصرية واحدة في السوق في عام 2021. ومع ذلك ، لا يمكن لوحدة الألياف الضوئية 800 جيجا تقديم حل ربط مركز بيانات 800 جيجا منخفض التكلفة وعالي الأداء. 

 

2. QSFP-DD800 MSA & 800G قابل للتوصيل MSA

نظرًا إلى أن نشر أجهزة الإرسال والاستقبال الضوئية 400G جاري ، يبدأ استكشاف وحدات 800G الضوئية في جذب انتباه الصناعة. حتى الآن ، هناك مؤسستان MSA لتوحيد معايير 800G لمواصفات QSFP-DD ، واحدة هي QSFP-DD800 MSA ، والأخرى هي 800G Pluggable MSA.

∆ 8 أعضاء في QSFP-DD800 MSA

 

● QSFP DD800 MSA

تأسست تحالف QSFP DD800 MSA في 19 سبتمبر 2019، ويضم 8 شركات رائدة في مجال تصنيع الأجهزة الضوئية، بدءًا من مصنعي الوحدات الضوئية وصولًا إلى مصنعي الأنظمة. يلتزم هذا التحالف، الذي يدعم تقنية 800G MSA، بمواصلة تصميم وحدات QSFP-DD الضوئية الحالية بسرعة 400G ، وتطوير جيل جديد منها يضم 8 قنوات وسرعة نقل بيانات تصل إلى 100 جيجابت في الثانية عبر وصلة واحدة.

 

من المتوقع أن تنهي QSFP-DD800 MSA أول مسودة قياسية MSA 800G بالتعاون مع 8 أعضائها في الأشهر القليلة المقبلة هذا العام ، وستكون الشركات الأخرى موضع ترحيب للانضمام لتحسين مواصفات MSA. تتوقع توقعات الصناعة أن يرث معيار 800G Ethernet نجاح أجهزة الإرسال والاستقبال الضوئية في عامل الشكل QSFP نظرًا لأن هؤلاء الأعضاء الثمانية هم الشركة الرائدة في الصناعة.

 

● مواصفات QSFP-DD800 MSA للوحدة الضوئية 800G

وفقًا لمشروع معيار MSA QSFP-DD800 ، من المتوقع أن يصل استهلاك الطاقة للوحدة البصرية QSFP-DD800 إلى 24 وات مع بقاء القفص والموصلات الموجودة في القفص متوافقة مع وحدات QSFP-DD و QSFP الحالية.

 

سيحدد QSFP-DD800 MSA على وجه التحديد الجوانب التالية بما في ذلك الأبعاد الميكانيكية للوحدات ، وقفص 1 × 1 المثبت على السطح ، وتوزيع إشارة الموصل ، وإدارة الوحدة ، وتصميم تبديد الحرارة ، وما إلى ذلك ، بالإضافة إلى أنه سيحدد أن الوحدات البصرية 800G تعتمد 2 × 1 أقفاص مع موصلات BiPass / Flyover وموصلات متكاملة.

مخطط ∆ للموصلات الضوئية والكهربائية المصممة في وحدة بصرية 800G

على عكس منظمة MSA السابقة ، فإن QSFP-DD800 MSA هذا الذي يتكون من عدد غير قليل من الشركات المصنعة الدولية أكد أن أقفاص العقص 2 × 1 مع موصلات BiPass / Flyover سيتم تطويرها وتطبيقها في أجهزة الإرسال والاستقبال الضوئية 800G. هناك سببان لهذا المشروع. أحدهما هو تقليل فقد الرابط الكهربائي بين ASIC والوحدة البصرية ؛ والآخر هو الإشارة إلى أن طوبولوجيا الارتباط المعتمد على الكابلات ستستخدم على نطاق واسع في عصر معدل بيانات 2 جيجابت في الثانية. في مؤتمر HW Full Connect في عام 112 ، أظهر HW تصميم بطاقة الخط باستخدام Cable Cage.

 

● 800G قابل للتوصيل MSA لجهاز إرسال واستقبال الألياف البصرية 800G

بخلاف QSFP-DD800 MSA المكون من مصنّعين دوليين ، تم تنظيم 800G Pluggable MSA من قبل الشركات المصنعة الصينية في CIOEC (مؤتمر الصين الدولي للإلكترونيات الضوئية) الذي عقد في 5 سبتمبر 2019.

∆ وحدة MSA قابلة للتوصيل بسرعة 800 جيجابت/ثانية، مُصنّعة من قِبل مُورّدي الوحدات البصرية أو الخدمات الصينيين.

يعمل مورد خدمة OTT ، Tencent ، وموردي النظام HW و H3C ، ومصنعي الوحدات والأجهزة البصرية Wuhan Guangxun / Hisense / Luxshare Precision ، وما إلى ذلك ، بنشاط في منظمة MSA هذه. اجتذب إنشاء 800G Pluggable MSA انتباه منظمات المعايير مثل IEEE.

∆ الأعضاء الحاليون في 800G Pluggable MSA

3. توقعات سوق DCI للوحدات الضوئية 800G

توقعت شركة لايت كاونتينغ في تقريرها عن بصريات مراكز البيانات الضخمة الصادر عام 2019، أن يزداد طلب مزودي خدمات الحوسبة السحابية الضخمة على وحدات الإرسال والاستقبال الضوئية بسرعة 800 جيجابت في الثانية بحلول عامي 2023/2024، طالما استمر نمو حركة البيانات الداخلية في مراكز البيانات. وفي الوقت نفسه، سيتم طرح رقائق التبديل بسرعة 51.2 تيرابت في الثانية في السوق.

∆ تطور السرعة البصرية لكل لامدا (جيجا بت / ثانية )

4. تنفيذ 800G وحدة بصرية

على المدى الطويل ، لا جدال في أن الطلب على جهاز الإرسال والاستقبال البصري 800 جيجابت آخذ في الارتفاع. ومع ذلك ، أصبحت قضايا مثل الجدوى التكنولوجية والتنفيذ المحدد وتكلفة وحدات البصريات 800G هي التركيز الجديد في الصناعة.

 

من الناحية التقنية، يصل عرض النطاق الترددي لأحدث وحدات QSFP DD DAC/ADC إلى حوالي 45 جيجاهرتز، ما يسمح باستخدامها مع إشارات بسرعة 200 جيجابت في الثانية، وذلك بالاعتماد على تقنية تعديل الإشارة PAM المتقدمة. في حين أن الطول الموجي الواحد للإشارة الضوئية لا يزال مخصصًا لوحدات الألياف الضوئية بسرعة 100 جيجابت في الثانية ، فإن المواصفات الحالية تغطي هذا النطاق بشكل أساسي. لا يزال هناك بعض الجدل حول التطبيق المحدد لوحدات 8x100G PSM8، و4x200G PSM4، و4x200G CWDM4. مع ذلك، في حال تطوير وحدة ضوئية أحادية الوصلة بسرعة 200 جيجابت في الثانية، يمكن تحقيق سعة عرض نطاق ترددي تصل إلى 800 جيجابت في الثانية باستخدام 4 قنوات فقط، ما يُعد أكثر فعالية من حيث التكلفة، إذ يوفر نصف تكلفة كابلات DAC/ADC.

∆ تنفيذ وحدة البصريات 8x100GbE PSM8 و 4x200G PSM4 و CWDM4

 

5. مسافة الإرسال 800G للوحدة الضوئية

توجد مواصفات ومعايير لواجهة إدارة QSFP DD لوحدات الإرسال والاستقبال الضوئية 400G، وذلك فيما يتعلق بالمدى القصير والمتوسط ​​والطويل. وبالنسبة لوحدة الإرسال والاستقبال الضوئية المتماسكة 800G، ستكون هناك متطلبات مماثلة لمسافات الإرسال المختلفة. إلا أن معيار 800G Pluggable MSA سيركز فقط على الوحدة الضوئية ذات نطاقات الإرسال الثلاثة: 100 متر، و500 متر، و2 كيلومتر، وهي المواصفات الأكثر شيوعًا في مراكز البيانات. أما بالنسبة لتطبيقات مسافات الإرسال من 10 إلى 80 كيلومترًا، وما يزيد عن 80 كيلومترًا، فمن المتوقع أن تُصاغ المعايير المقابلة في منظمة مواصفات IEEE 802.3.

∆ 800G وحدة MSA قابلة للتوصيل تركز على الوحدات قصيرة المدى - PSM8، PSM4، CWDM4

 

6. Technical ابتكار للوحدات البصرية

تُعدّ جميع الأبحاث والاستكشافات المتعلقة بأجهزة الإرسال والاستقبال الضوئية 800G ذات أهمية بالغة لتحسين التكنولوجيا وتطويرها. وقد طُبّقت تقنية التضمين 16QAM حاليًا في أجهزة الإرسال والاستقبال الضوئية 200G و400G، ومن المرجح استخدام تقنية 64QAM الأكثر تعقيدًا في وحدات 400G و800G.

 

ستتم أيضًا ترقية عملية تصنيع الرقائق داخل الوحدة الضوئية من 16 نانومتر الحالي إلى أحدث عملية 7 نانومتر. علاوة على ذلك ، سيتم تحسين تصميم الارتباط المنفعل وخوارزميات ضبط الإشارة على ثنائي الفينيل متعدد الكلور وفقًا لذلك. ولكن بالنسبة للوحدات الضوئية ، من الضروري تحقيق توازن بين التكلفة والأداء واستهلاك الطاقة.

 

 

∆ FlexGrid، تقنية الربط البيني عالية السرعة للوحدات البصرية المتماسكة

 

7. خارطة طريق 800G MSA Standard

وفقًا لخارطة طريق 800G Pluggable MSA ، سيتم تقديم الإصدار القياسي Spec1.0 MSA في الربع الرابع من عام 4. أيضًا ، سيتم الانتهاء من المعيار المحدد من قبل مؤسسة QSFP-DD2020 MSA في عام 800 ، مما يشير إلى أنه سيكون هناك 2020 نسخ من المواصفات التفصيلية للوحدات الضوئية 2G. نتيجة لذلك ، يتم الانتقال إلى 800G تدريجياً ، مما يدفع اتصال مركز البيانات من الجيل التالي إلى عصر جديد.

 

∆ خارطة طريق معيار MSA القابل للتوصيل 800G

 

خاتمة

منذ عام 2020 ، لن يؤدي تطوير تقنيات 5G و AI و IoT إلى توفير تجربة مستخدم جديدة تمامًا للمستخدمين النهائيين فحسب ، بل سيؤدي أيضًا إلى تحفيز زيادة سريعة في حركة مرور البيانات إلى عالم الإنترنت بأكمله. لذلك ، سيصبح البحث والتطوير للوحدات الضوئية 800G حتى 1.6T موضوعًا جديدًا وساخنًا طالما أن الطلب على الربط البيني على عرض النطاق الترددي للبيانات الضخمة داخل مراكز البيانات وفيما بينها في ازدياد.