تطور تقنية 800G OSFP/QSFP-DD استنادًا إلى التكنولوجيا الإلكترونية الضوئية القائمة على Si

ملخص

يؤدي الطلب المتزايد على النطاق الترددي لمراكز البيانات ذات الحجم الكبير إلى تطوير 800G OSFP/QSFP-DD. ستستفيد وحدات الجيل التالي القابلة للتوصيل من معدلات الباود الأعلى والبروتوكولات الموحدة والتكامل المتقدم لتحقيق نقل بسرعة 800 جيجا في عوامل الشكل الصغيرة. الميزات الرئيسية مثل دعم 800 جيجابت، ومعدلات العملاء المتعددة، والأوضاع القابلة للتشغيل البيني، والاستهلاك المنخفض للطاقة، ستؤدي إلى تسريع تسويقها. بفضل تقنية الضوئيات السيليكونية الناضجة وتكنولوجيا التغليف ثلاثية الأبعاد، من المتوقع أن يحقق 800G OSFP/QSFP-DD انتشارًا واسع النطاق في عام 2024.

المُقدّمة

يؤدي النمو المستمر لحركة مرور مراكز البيانات إلى دفع تطوير تقنيات الربط البصري ذات السعة الأعلى والأكثر كفاءة. تم نشر 400G OSFP/QSFP-DD مع إشارات معدل الباود 60G بنجاح في السنوات القليلة الماضية، ولكن التركيز يتحول الآن إلى الجيل التالي 800G OSFP/QSFP-DD.

من المتوقع أن تقود مراكز البيانات ذات الحجم الكبير عملية الانتقال إلى 800G OSFP/QSFP-DD، مما يتطلب منافذ 800G لمنصات التبديل وأجهزة التوجيه من الجيل التالي. على غرار عصر 400G، تسعى منظمات التقييس إلى تنسيق المعلمات لضمان قابلية التشغيل البيني ووفورات الحجم بين البائعين المتعددين. يتضمن ذلك مضاعفة معدل البث بالباود إلى حوالي 120 جيجا هرتز وزيادة تباعد القنوات إلى 150 جيجا هرتز.

تتيح التقنيات المتقدمة مثل ضوئيات السيليكون والتكامل ثلاثي الأبعاد وإلكترونيات الإشارات المختلطة معدلات باود أعلى وأنظمة تعديل مطلوبة لتشغيل 800G. بناء على التحقق من صحة القائم على السيليكون 400 جرام OSFP/QSFP-DD والوحدات النمطية المحسنة للأداء، أصبحت هذه التقنيات قابلة للتطبيق الآن لتطوير الوحدات الضوئية القابلة للتوصيل بسرعة 800 جيجا في عوامل الشكل الصغيرة مثل QSFP-DD وOSFP.

الميزات الرئيسية مثل 800GbE الدعم، والعديد من العملاء ذوي المعدلات المنخفضة، والأوضاع القابلة للتشغيل البيني، ومنتجات الطاقة عالية الإرسال، والاستهلاك المنخفض للطاقة، ستمكن من تطبيقها في شبكات مختلفة. مع تقارب التكنولوجيا والتوحيد القياسي، من المتوقع أن يحقق 800G OSFP/QSFP-DD نشرًا واسع النطاق في عام 2024 تقريبًا.

800G تنسيق المعايير البصرية

تعمل منظمات الصناعة مثل OIF وOpen ROADM وIEEE على تنسيق معايير 800G لضمان إمكانية التشغيل البيني بين البائعين المتعددين. يتضمن ذلك توحيد المعلمات الضوئية 800G والبروتوكولات من جانب العميل وواجهات إدارة الوحدة.

فيما يتعلق بالإرسال البصري، تحدد OIF 800ZR، وهو حل DWDM متماسك قابل للتشغيل البيني 800G والذي يحقق إرسال رابط مضخم بطول 80 كم باستخدام بصريات الفئة 3 مع حوالي 120 جيجا إشارات بمعدل باود وتعديل 16QAM. يحدد Open ROADM أيضًا وضع أداء محسّنًا، والذي يتضمن تنفيذًا قابلاً للتشغيل البيني لتشكيل الكوكبة الاحتمالية (PCS) لتحسين نسبة الإشارة إلى الضوضاء البصرية، مع معدل باود تشغيل يبلغ 130+ جيجا بايت.

الشكل 1. مضاعفة معدل الباود وتباعد القنوات من الفئة 2 عند حوالي 60+G باود إلى الفئة 3 عند حوالي 120+G باود (المصدر: Cisco)

من ناحية العميل، يحدد IEEE 802.3ck مواصفات الطبقة المادية لتشغيل 800 جيجابت عبر واجهات 100γ. يدعم OIF وOpen ROADM أيضًا تعدد إرسال العملاء ذوي المعدلات المنخفضة (مثل 400 جيجابت إيثرنت و100 جيجابت إيثرنت) عبر وصلات بصرية 800 جيجابت. بالإضافة إلى ذلك، تضمن اتفاقية التنفيذ الخاصة بـ OIF لمواصفات واجهة الإدارة المشتركة (CMIS) إدارة قابلة للتشغيل البيني بين الوحدات القابلة للتوصيل متعددة البائعين. من خلال تنسيق المعلمات البصرية والعميل والإدارة، ستعمل معايير 800G على إنشاء وفورات حجم مماثلة مثل 400G، مع ضمان إمكانية التشغيل البيني بين البائعين المتعددين.

التقنيات المتقدمة لـ 800G OSFP/QSFP-DD

تعد الاستفادة من التقنيات المتقدمة مثل ضوئيات السيليكون والتكامل ثلاثي الأبعاد وإلكترونيات الإشارات المختلطة أمرًا مهمًا لتطوير 800G OSFP/QSFP-DD مدمج وفعال.

توفر تقنية الضوئيات السيليكونية مكونات مضاعفة الإرسال بتقسيم الطول الموجي ذات النطاق الترددي العالي، مثل المعدِّلات ومضاعفات الإرسال والكاشفات الضوئية، التي يمكن دمجها في ركيزة من السيليكون. تتيح هذه التقنية إمكانية توسيع معدلات الباود الأعلى فوق 100 جيجا بطريقة فعالة من حيث التكلفة وقابلة للتطوير.

تتيح تقنيات التكامل ثلاثي الأبعاد أو السيليكون (مثل ربط الرقاقة القلابة، وتكديس الرقائق، وتغليف الركيزة عالي الكثافة) التكامل المحكم بين الضوئيات وإلكترونيات CMOS. يمكن لهذا التكامل تحسين سلامة الإشارة وكفاءة الطاقة بمعدلات 800G.

تعمل إلكترونيات الإشارة المختلطة من الجيل التالي، مثل 112G لكل قناة DAC وADC لتحسين الأداء، وDSPs الجديدة، على تمكين الإشارات عالية السرعة وأنظمة التعديل المعقدة المطلوبة للإرسال البصري 800G.

وقد تم التحقق من صحة هذه التقنيات في وحدات محسنة الأداء مثل 400G OSFP/QSFP-DD القائمة على السيليكون ووحدات CIM المتماسكة من Acacia، مما يجعلها واعدة لدعم تطوير 800G OSFP/QSFP-DD على نطاق واسع.

الشكل 2. من اليسار إلى اليمين: تقنيات السيليكون ثلاثية الأبعاد للوحدات القابلة للتوصيل من الفئة 3 MSA ووحدات CIM 2 المحسنة للأداء من الفئة 3. يعد التغليف المشترك المتكامل للغاية أمرًا بالغ الأهمية للوحدات القابلة للتوصيل من الفئة 8 3G MSA. (المصدر: سيسكو)

الميزات الرئيسية لتطبيقات 800G OSFP/QSFP-DD

لتحقيق تطبيقات ناجحة على نطاق واسع، 800 جرام OSFP/QSFP-DD يحتاج إلى دعم بعض الميزات الأساسية لتلبية متطلبات تطوير تطبيقات الشبكة والصناعة. الميزة الرئيسية هي دعم حركة مرور العميل بسرعة 800 جيجابت. ومن المتوقع أن يكون هناك محولات ومنافذ توجيه بسرعة 800 جيجا بايت في عام 2024، وللربط بين هذه الأنظمة الأساسية، تحتاج الوحدات القابلة للتوصيل إلى أن تتمتع بقدرة 800 جيجا بايت أصلية. خلال الفترة الانتقالية عندما لا يزال العملاء ذوو المعدلات المنخفضة مثل 400 جيجابت و100 جيجابت موجودين على نطاق واسع في الشبكة، يعد دعم تعدد الإرسال الخاص بهم أمرًا بالغ الأهمية أيضًا.

تعد الأوضاع القابلة للتشغيل البيني عامل تمكين رئيسي آخر. سيوفر 800ZR وضعًا أساسيًا لروابط DWDM المتماسكة. ومع ذلك، افتح وضع PCS الخاص بـ ROADM offيقدم أداءً أعلى، حيث يصل إلى تغطية مماثلة لـ 400G. تناسب هذه المرونة احتياجات طبولوجيا الشبكة والتطبيقات المختلفة. تعد منتجات الطاقة عالية النقل ضرورية لشبكات الحقول التقليدية التي تستخدم البنية التحتية ROADM الحالية. توفر مكبرات الصوت المدمجة طاقة إرسال أعلى مطلوبة لهذه الوصلات.

وأخيرا، لا يزال انخفاض استهلاك الطاقة يمثل أولوية. يمكن لكفاءة الطاقة أن تزيد من كثافة المنفذ لبطاقات خط التبديل وجهاز التوجيه 800 جيجا، بالإضافة إلى تحقيق التوافق مع الإصدارات السابقة مع منافذ 400 جيجا الموجودة. سيعمل التصميم الأمثل لـ 800G OSFP/QSFP-DD على الاستفادة من أحدث التطورات في تكامل ضوئيات السيليكون وتوسيع نطاق عقدة عملية CMOS لتقليل استهلاك الطاقة.

الشكل 3. توضيح الميزات الرئيسية المطلوبة لوحدات 800G MSA القابلة للتوصيل (المصدر: Cisco)

وفي الختام

تشير اتجاهات الصناعة إلى أن 800G OSFP/QSFP-DD هي الخطوة التالية في تطور الاتصال البيني لمراكز البيانات. من خلال الجمع بين تطوير التكنولوجيا وتقارب المعايير، من المتوقع أن يحقق 800G OSFP/QSFP-DD نشرًا واسع النطاق للشبكة حوالي عام 2024. وسيتزامن ظهوره مع منافذ 800G لمنصات التبديل وأجهزة التوجيه من الجيل التالي، مما يوفر سعة مباشرة ترقيات لمشغلي مراكز البيانات. سيعتمد 800G OSFP/QSFP-DD على الخبرة الأساسية والتكنولوجيا المكتسبة من تطبيقات الوحدات الضوئية 400G، مما يوفر الوظائف والأداء المطلوب للجيل التالي من التوصيل البيني البصري.