Optische Verbindungstechnologie: Was sind optische Transceiver-Module, AOC, DAC und ACC?

Neben der Leiterplatte oder Backplane gibt es viele Möglichkeiten, eine Hochgeschwindigkeitsverbindung zu erreichen, die nicht unbedingt optische Module erfordern. Entsprechend den unterschiedlichen Anforderungen an Übertragungsentfernungen, Kosten und Verkabelungsflexibilität sind die Hauptverbindungsmodi Direct Attach Cable (DAC), Active Copper Cable (ACC), Active Optical Cable (AOC) und Optical Transceiver Module (Optical Module) verbinden mehrere Möglichkeiten. Die folgende Tabelle ist ein Vergleich der Hauptmerkmale mehrerer Hochgeschwindigkeitsverbindungen.

DAC (Direktanschlusskabel), auch als passives Kupferkabel bekannt, verwendet leitfähige Kupferdrähte, um zwei Enden direkt zu verbinden. DAC intern ist im Allgemeinen eine abgeschirmte Twinax-Struktur, üblicherweise verwendeter Draht 24AWG, 26AWG, 28AWG, 30AWG, 32AWG usw. Je kleiner der AWG-Wert, desto dicker der Draht, während der Verlust auch geringer ist. Langstrecken-DACs bestehen also normalerweise aus Draht mit einem kleineren AWG-Wert, aber dickerer Draht ist weniger leicht zu biegen und schwerer.

DACs haben keine passiven Komponenten im Inneren, daher haben sie einen geringen Stromverbrauch, einen großen Temperaturbereich, eine hohe Zuverlässigkeit und sind im Allgemeinen billiger. Daher werden sie häufig für 10G-Schnittstellenverbindungen verwendet (z. B. 10-Gbit/s-SFP+-Schnittstellen oder 4*10-Gbit/s-QSFP+-Schnittstellen).

Da Kupferdrähte verlustbehaftet sind, dürfen sie nicht zu lang gemacht werden, um eine zuverlässige Übertragung von Hochgeschwindigkeitssignalen zu gewährleisten. Daher beträgt die Länge von DAC-Kabeln in Rechenzentren normalerweise einige Meter (normalerweise werden 10 Gbit/s bis zu 7 Meter, 25 Gbit/s bis zu 5 Meter und 56 Gbit/s PAM-4-Signale bis zu etwa 3 Meter übertragen).

Wenn die Rate der Serverschnittstelle des Rechenzentrums von einem einzelnen NRZ mit 10 G/25 Gbit/s zu einem PAM-56-Signal mit 4 Gbit/s übergeht, wird die Übertragungsdistanz des DAC stark reduziert. In Rechenzentrumsanwendungen über 25 Gbit/s wird DAC daher schrittweise durch ACC-Kabel oder AOC-Kabel ersetzt.

Die folgende Abbildung zeigt einen Vergleich der Einfügungsdämpfung mehrerer dualer Koaxialkabel.

ACC (Aktives Kupferkabel) bezieht sich auf aktives Kupferkabel, dessen Verbindungsmedium das gleiche wie das von DAC ist. Im Inneren des Kabels wird jedoch ein aktiver Signaltreiber oder Equalizer-Chip hinzugefügt. Diese aktiven Chips können einen Teil des durch die Kupferübertragung verursachten Verlusts kompensieren, sodass sie 2- bis 3-mal weiter übertragen können als DAC.

ACC-Kabel haben im Vergleich zu DAC-Kabeln einen höheren Stromverbrauch und höhere Kosten, und ihre Leistung hängt zum großen Teil von der Bandbreite, der Verstärkung und den Entzerrungsfähigkeiten ihrer internen aktiven Chips ab. Bei ACC-Kabeln kann der verwendete aktive Chip in Redriver und Retimer unterteilt werden.

Redriver ist ein rein analoger Chip, hauptsächlich zur Signalentzerrung und -verstärkung, nur um das Signal oder die Hochfrequenzkomponenten zu verbessern, aber er akkumuliert Jitter und Rauschen.

Retimer taktet wieder, tastet das Signal neu ab und sendet es aus, was eine bessere Signalverbesserung bewirken kann, aber der Preis und der Stromverbrauch sind höher.

Die folgende Abbildung zeigt den Vergleich von DAC-Kabel und ACC-Kabel.

AOC ist Aktives optisches Kabel, und der Unterschied zwischen dem oben eingeführten DAC und ACC besteht darin, dass er über einen speziellen internen optischen Transceiver-Chip verfügt, um das elektrische Signal in ein optisches Signal umzuwandeln. Die eigentliche Signalübertragung erfolgt über die Glasfaser.

Die Übertragungsentfernung von AOC kann weiter sein, da der Verlust von Glasfaser für das Signal viel geringer ist als bei Kupferdraht. AOC verwendet im Allgemeinen Multimode-Glasfaser und VCSEL-Lichtquelle, die Übertragungsentfernung beträgt Meter bis 100 Meter.

Der optische Transceiver und die Glasfaserschnittstelle von AOC sind in einem versiegelt und nicht steckbar. Der freiliegende Metallstecker ist derselbe wie beim normalen Kupferkabel, sodass die Glasfaserverbindung nicht gereinigt werden muss. Dadurch sieht es aus und lässt sich wie ein normales Kupferkabel verwenden. Da das AOC intern über Glasfaser übertragen wird, ist es leicht, hat eine große Übertragungsentfernung, ist einfach zu verdrahten und unempfindlich gegenüber elektromagnetischer Strahlung. Aufgrund der entsprechenden eingebauten optischen Transceiver-Geräte wird der Preis jedoch höher sein als bei DAC und ACC. AOC hat ein sehr breites Anwendungsspektrum in Rechenzentren für Hochgeschwindigkeitsraten und Kurzstreckenverbindungen.

Optische Transceiver-Module, oder kurz optische Module, sind eine Art optischer Verbindungstechnologie, die sowohl in Rechenzentren als auch in der Telekommunikation in großem Umfang eingesetzt wird.

Der Hauptunterschied zwischen dem optischen Transceiver-Modul und AOC besteht darin, dass das optische Transceiver-Gerät und die optische Faser in verschiedene Komponenten getrennt sind: Das optische Transceiver-Modul wird verwendet, um elektrische Signale in optische Signale umzuwandeln, während die optische Faser zum Verbinden zwischen optischen Transceivern verwendet wird Module und die Glasfaser- und optischen Module können flexibel durch spezielle Schnittstellen (wie SC, LC, MPO, etc.) angeschlossen werden.

Der größte Vorteil dieser Verbindungsmethode gegenüber AOC besteht darin, dass sie flexible Verbindungen zwischen den optischen Modulen und der Glasfaser gemäß verschiedenen Anwendungsszenarien realisieren kann. Wenn das optische Modul beispielsweise eine Übertragungsentfernung von 500 m unterstützen kann, kann der Benutzer je nach tatsächlicher Verbindungsentfernung 100 m Glasfaser oder 300 m Glasfaser verwenden. Darüber hinaus werden in vielen großen Rechenzentren und Telekommunikationsräumen Glasfaserressourcen durch einen Glasfaserverteilerrahmen während der Bauphase vorarrangiert, sobald das entsprechende optische Modul beschädigt ist, kann das optische Modul rechtzeitig eingesteckt und ersetzt werden, was sehr wichtig ist erleichtert die Bedienung und Wartungsarbeiten.

Die folgende Abbildung zeigt den Vergleich von AOC und optischem Modul.