Avec l’essor rapide des grands modèles d’IA, les centres de données modernes nécessitent des technologies de transmission d’informations plus rapides et à plus large bande passante pour gérer le volume de données toujours croissant. La communication par fibre optique, en raison de sa capacité élevée unique et de ses caractéristiques de faible perte, est devenue la méthode de transmission idéale pour les centres de données modernes. Le module émetteur-récepteur optique, en tant que composant essentiel des systèmes de communication par fibre optique, est responsable de la conversion des signaux optiques et électriques. Ses performances affectent directement la stabilité et l’efficacité de l’ensemble du système de communication. Par conséquent, FiberMall vise à approfondir les principes fondamentaux du module émetteur-récepteur optique 800 Gbit/s et à valider ses performances dans des applications pratiques grâce au développement et aux tests.
FiberMall présente d'abord les composants de base du module émetteur-récepteur optique 800 Gbit/s, notamment l'unité émettrice, l'unité réceptrice, l'unité de gestion et la puce de traitement numérique. Il développe ensuite les technologies avancées et les concepts de conception utilisés dans le module pour garantir des performances stables même dans des conditions de transmission à grande vitesse. Par la suite, en développant et en testant le module émetteur-récepteur optique 800G OSFP 2xDR4, nous évaluons si ses indicateurs de performance clés répondent aux exigences attendues. Grâce à des processus de développement et de tests rigoureux, nous avons constaté que le module émetteur-récepteur optique 800 Gbit/s répond à tous les critères de performances attendus. Ses performances exceptionnelles le rendent bien adapté à l’environnement actuel.
Ces dernières années, ChatGPT a atteint une popularité phénoménale. Depuis son lancement, la base d'utilisateurs de ChatGPT a proliféré, avec plus de 100 millions d'utilisateurs actifs par mois, ce qui en fait l'une des applications grand public connaissant la croissance la plus rapide de l'histoire. La popularité de ChatGPT s'étend au-delà du nombre d'utilisateurs : il est largement appliqué et influent. Il dessert divers domaines, tels que le service client intelligent, les assistants virtuels et les maisons intelligentes, en fournissant des services pratiques et efficaces. De plus, ChatGPT a attiré l'attention de nombreuses entreprises et développeurs, qui l'utilisent largement dans divers domaines. Le consensus de l'industrie reconnaît ChatGPT comme l'un des modèles d'IA les plus susceptibles de réussir le test de Turing, renforçant ainsi son impact dans le domaine de l'intelligence artificielle.
Dans ce contexte, le module émetteur-récepteur optique OSFP 800xDR2 4 Gbit/s émerge, offrant une solution de transmission parallèle monocanal 100 Gbit/s pour l'industrie. Le boîtier OSFP 2xDR4 est un module optique enfichable à huit canaux et à petit facteur de forme qui permet une meilleure intégration tout en maintenant les performances dans le même volume. Ce module permet des débits de transmission plus élevés sans augmenter sa taille physique.
Le module émetteur-récepteur optique 800G OSFP 2xDR4 offre à la fois une transmission parallèle monocanal à 100 Gbit/s et une transmission à huit canaux. Par rapport à la transmission à quatre canaux à 100 Gbit/s des modules optiques ayant le même facteur de forme, il permet de doubler le débit de transmission. Cette technologie innovante permet au module optique de fournir une efficacité de transfert de données plus élevée dans le même volume, réduisant ainsi les coûts de bande passante du réseau.
L'introduction du module émetteur-récepteur optique 800G OSFP 2xDR4 offre un support robuste pour le développement rapide du cloud computing et du big data. Avec un format plus petit, un taux de transmission plus élevé, une consommation d'énergie réduite et une fiabilité accrue, ce module répond aux exigences des communications réseau modernes. Son application contribuera à améliorer l’utilisation de la bande passante du réseau, à réduire les coûts globaux et à stimuler les mises à jour et les innovations technologiques dans les systèmes de communication par fibre optique.
Conception de modules optiques
Cadre fonctionnel du module
Les composants de base du module émetteur-récepteur optique OSFP 800xDR2 4 Gbit/s comprennent la puce de traitement du signal numérique (DSP), le sous-ensemble optique de réception (ROSA), le sous-ensemble optique de transmission (TOSA) et l'unité de contrôle microprogrammée (MCU). Ces composants fonctionnent ensemble pour réaliser une transmission de données à grande vitesse au sein du module.
Puce de traitement du signal numérique à grande vitesse
À l'intérieur du module optique, le DSP hautes performances joue un rôle essentiel. Il extrait et restaure les informations d'horloge numérique du signal de sortie du commutateur, éliminant ainsi le bruit. De plus, le DSP effectue une compensation de dispersion et une suppression des interférences non linéaires sur le signal optique reçu pour garantir des données précises et non déformées. Ce composant participe également au processus de communication entre les interfaces électriques et optiques du module optique, facilitant la conversion des données et les opérations. Du côté du récepteur, le DSP est doté d'une égalisation linéaire adaptative, compensant les différences d'amplitude basées sur les variations de fréquence du signal, améliorant ainsi l'efficacité et la qualité de la transmission des données.
La technologie de traitement numérique du signal (DSP) joue un rôle crucial dans les modules optiques. Il est étroitement connecté non seulement au « Golden Finger », qui sert de point de contact pour la transmission des données, mais également à des composants clés tels que le pilote et l'amplificateur transimpédance (TIA). Ensemble, ils assurent le fonctionnement efficace des modules optiques.
Conversion et traitement du signal :
La technologie DSP gère principalement la conversion et le traitement du signal au sein des modules optiques. Lorsque les signaux optiques traversent le module, le DSP convertit les signaux analogiques au format numérique et effectue le traitement nécessaire pour maintenir la qualité et l'intégrité du signal. Des signaux de haute qualité sont essentiels pour une transmission de données précise et fiable.
Connexion du doigt d'or :
La connexion entre le DSP et le Golden Finger est essentielle pour la transmission des données. Le Golden Finger agit comme un point de contact physique, transférant les signaux électriques du module optique vers d'autres appareils (tels que des ordinateurs ou des équipements réseau). Le DSP garantit un minimum d'erreurs et d'interférences dans les signaux transmis via le Golden Finger, améliorant ainsi l'efficacité et la stabilité du transfert de données.
Collaboration des pilotes :
La connexion du DSP avec le pilote assure une transmission efficace du signal depuis le module optique. Le conducteur contrôle le laser et ajuste son intensité et sa fréquence en fonction des instructions DSP, en s'adaptant aux diverses exigences de transmission. Cette collaboration étroite optimise les performances d'envoi du module, améliorant la qualité du signal et la distance de transmission.
Lien TIA pour la réception :
La connexion entre le DSP et l'amplificateur à transimpédance (TIA) est cruciale pour le traitement du signal à la réception. Le TIA amplifie les signaux optiques reçus de la fibre et les convertit en signaux électriques. DSP traite et analyse en outre la sortie du TIA pour garantir une réception précise des données.
De plus, l'impact du filtrage de ligne sur les signaux basse fréquence peut perturber la transmission électronique des informations. Lorsque les signaux de courant subissent des changements brusques, le filtrage basse fréquence de la ligne peut affaiblir la différence de tension reçue par le DSP, se rapprochant ainsi du seuil de décision. Cela peut entraîner des taux d’erreur plus élevés et même des interruptions du service réseau. Pour résoudre ce problème, le DSP utilise des techniques de préaccentuation, garantissant des seuils de décision suffisants dans l'évaluation du signal côté commutateur pour éviter les erreurs d'évaluation.
Unité d'émission
Dans l'unité d'émission optique, la puce du pilote laser agit comme un interrupteur électrique, fournissant le courant de seuil requis pour le fonctionnement normal de la puce laser. Pour garantir des performances stables de la puce laser, le courant du pilote doit dépasser le courant de seuil.
Les caractéristiques des semi-conducteurs imposent qu'à mesure que la température augmente, le courant de seuil de la puce laser augmente progressivement. Par conséquent, pour maintenir le bon fonctionnement de la puce laser à des températures plus élevées, le courant pilote fourni à la puce pilote laser doit être ajusté en conséquence.
Surveillance de la température en temps réel à l'aide d'un convertisseur analogique-numérique dans l'unité de surveillance.
Ajustement du circuit de compensation de température pour augmenter le courant d'entraînement de la puce du pilote laser, garantissant ainsi une puissance optique de sortie stable. Cette approche garantit la stabilité de la puce laser même à des températures variables, améliorant ainsi l'efficacité et la stabilité globales de l'unité d'émission optique.
Récepteur
L'interface du module émetteur-récepteur optique se compose principalement d'un capteur photosensible (broche), de composants pilotes et de circuits périphériques. Le mécanisme de fonctionnement du capteur photosensible consiste à générer du courant tout en minimisant le bruit d'entrée. La force du signal actuel dépend du taux de réponse du détecteur et des techniques de couplage.
Unité de surveillance
Le MCU (Microcontroller Unit) intégré dans le module émetteur-récepteur optique est responsable de la surveillance et de la gestion de l'état de fonctionnement du module. Grâce au protocole de bus I2C, le MCU peut lire et écrire dans les registres des puces optoélectroniques, ajustant et surveillant l'état de chaque puce. De plus, le MCU intègre un convertisseur analogique-numérique pour collecter et analyser les informations d'état provenant de diverses puces internes du module.
L'unité de surveillance et de gestion assure un fonctionnement stable du module émetteur-récepteur optique. En surveillant en permanence les paramètres clés, il garantit que le module fonctionne de manière optimale, maintenant ainsi la stabilité et la fiabilité de l'ensemble du système de communication.
La structure interne du module optique est représentée dans la figure ci-dessous.
Analyse des résultats des tests du module optique
Environnement de test
Les tests de performances du module émetteur-récepteur optique se concentrent principalement sur les unités émettrices et réceptrices. À l'extrémité de l'émetteur, le signal optique est directement connecté à un instrument de diagramme oculaire via une fibre optique. Du côté du récepteur, nous utilisons une source de lumière de référence (Gold Standard) qui génère des signaux optiques sur huit canaux. Ces signaux, après avoir traversé un atténuateur optique réglable, sont dirigés vers l'extrémité de réception du module que nous souhaitons tester. Nous ajustons les paramètres de l'atténuateur selon les besoins pour contrôler l'intensité optique atteignant le récepteur du module cible. Une fois qu'un taux d'erreur de 2.4E-4 est détecté, l'intensité optique correspondante sert de mesure de sensibilité.
Paramètres et résultats des tests des émetteurs
Les tests des émetteurs comprennent plusieurs aspects : la puissance optique moyenne, le taux d'extinction, la linéarité et la fermeture de l'œil de dispersion de l'émetteur (TDECQ).
Puissance Optique Moyenne : Ce paramètre représente la puissance optique moyenne émise par le module optique. Elle est généralement mesurée en milliwatts (mW), microwatts (μW) ou décibels milliwatts (dBm). La puissance optique moyenne reflète la force du signal et constitue une mesure de performance essentielle pour les modules optiques.
Taux d'extinction : Le taux d'extinction fait référence au rapport de puissance optique entre la transmission des signaux « 1 » et « 0 ». Idéalement, le taux d'extinction devrait être infini, indiquant une différence de puissance significative entre les deux signaux et permettant au récepteur de les distinguer facilement. Un mauvais taux d'extinction peut entraîner des erreurs de démodulation des données.
Fermeture des yeux de dispersion de l'émetteur (TDECQ) : ce paramètre concerne l'effet de dispersion sur les signaux optiques pendant la transmission. La dispersion provoque la propagation des impulsions optiques à l’extrémité du récepteur, réduisant ainsi la clarté et la lisibilité du signal. TDECQ décrit la capacité et les performances de fermeture des yeux dans différentes conditions de dispersion. Un TDECQ bien comportement garantit que la qualité du signal reste élevée pendant la transmission longue distance. Ces paramètres sont cruciaux pour évaluer les performances et la qualité du module optique, garantissant une transmission de données fiable et efficace. Une mesure et une évaluation précises de ces paramètres pendant les tests aident à répondre aux exigences de conception et aux besoins des applications.
Selon les spécifications du protocole IEEE802.3df_D3p1, lorsque le débit monocanal du module est réglé sur 53.125 God/s, les diagrammes de l'œil optique à l'extrémité de l'émetteur doivent répondre aux critères suivants :
La dispersion oculaire de fermeture quaternaire de l'émetteur (TDECQ) doit être inférieure à 3.4 dB.
Le taux d'extinction doit être supérieur à 3.5 dB.
La puissance optique moyenne doit être comprise entre 2.9 et 3.4 dBm.
Au cours de l'expérience, nous avons testé un diagramme d'œil optique unique à l'extrémité de l'émetteur en utilisant un code de séquence aléatoire de quatre bits à courte intensité comme configuration standard pour l'analyseur d'erreurs. La température du module a été maintenue à 0°C, 25°C et 70°C pour évaluer les performances dans différentes conditions. Des données détaillées pour les diagrammes oculaires optiques de chaque canal à différentes températures sont fournies dans les tableaux 1, 2 et 3.
Sur la base de ces paramètres, nous avons confirmé que les paramètres du diagramme de l'œil émetteur du module optique sont conformes aux exigences contractuelles de température. Les résultats mesurés sont présentés dans les tableaux 1, 2 et 3. De plus, tous les paramètres de ce module optique répondent actuellement aux exigences du protocole industriel avec une marge significative, indiquant des performances supérieures du produit.
Résultats des tests du récepteur
Selon la norme IEEE802.3df_D3p1, si le module atteint une vitesse monocanal de 53.125 GBd/s, le signal reçu doit être inférieur à -4.3 dBm pour répondre aux exigences de sensibilité. Nous avons évalué la sensibilité du récepteur du module de test à l'aide d'émetteurs-récepteurs optiques bien caractérisés et d'une source de lumière externe avec de bons diagrammes optiques de l'œil.
En ajustant l'atténuateur optique variable pour contrôler la puissance du signal optique de sortie, nous avons vérifié que les huit canaux du module optique OSFP 800xDR2 4 Gbit/s répondent aux exigences du protocole en matière de sensibilité dans trois conditions de température, avec des paramètres de performances ayant une marge suffisante par rapport aux normes de l'industrie.
Sexemaire
À mesure que les applications d'IA telles que ChatGPT continuent de croître, les demandes de transmission de données augmentent rapidement. Les modules optiques jouent un rôle de plus en plus critique dans les réseaux de communication optiques à haut débit au sein des centres de données. Ces modules sont des composants clés pour parvenir à un transfert de données efficace, et leurs performances et leur fiabilité sont cruciales pour les opérations du centre de données.
Premièrement, à mesure que les centres de données continuent de croître et que le trafic de données augmente, la demande de modules optiques augmente régulièrement. Les mesures de performances des modules optiques, telles que le taux de transmission, la distance et la fiabilité, ont un impact significatif sur les performances globales des centres de données. Par conséquent, avec le besoin croissant de transmission de données à haut débit et à haute capacité dans les centres de données modernes, les exigences de performances des modules optiques deviennent également plus strictes.
Deuxièmement, à mesure que les applications d’IA progressent, les exigences en matière d’efficacité énergétique des modules optiques augmentent également. La puissance de calcul croissante de l’IA entraîne une consommation d’énergie plus élevée, ce qui incite les fabricants à rechercher des solutions d’économie d’énergie. Les modules optiques, en tant que méthode de transmission de données efficace et à faible consommation d’énergie, offrent des avantages significatifs en termes de réduction de la consommation d’énergie des centres de données. Par conséquent, à mesure que les applications d’IA se généralisent, l’adoption de modules optiques dans les centres de données devrait encore se développer.
En résumé, avec le succès des applications d'IA comme ChatGPT, les modules optiques sont prêts pour des perspectives de développement plus larges dans les réseaux de communication optiques à haut débit au sein des centres de données. À mesure que les demandes de transmission de données continuent d'augmenter et que la technologie progresse, le champ d'application et les exigences de performances des modules optiques continueront d'évoluer.
Le module émetteur-récepteur optique 800 Gbit/s joue un rôle crucial dans les équipements de communication optique à haut débit pour les centres de données, le cloud computing et les communications réseau. Voici quelques caractéristiques clés du module émetteur-récepteur optique 800 Gbit/s :
Capacité de transmission de données à grande vitesse : le module émetteur-récepteur optique de 800 Gbit/s peut fournir des taux de transmission de données allant jusqu'à 800 Gbit/s, une amélioration significative par rapport aux modules 400 Gbit/s et 100 Gbit/s existants. Cela répond aux demandes croissantes de bande passante élevée et de transmission de données à grande échelle dans les centres de données modernes.
Techniques de modulation avancées : le module optique 800 Gbit/s utilise la technologie PAM4 (Pulse Amplitude Modulation), qui transmet quatre niveaux de tension différents au sein d'un cycle de signal, permettant d'obtenir des taux de transmission de données et une efficacité plus élevés.
Scénarios d'application polyvalents : le module optique 800 Gbit/s convient à divers scénarios d'application, notamment les transmissions à courte portée (SR), moyenne portée (DR/FR/LR) et longue portée (ER/ZR), répondant aux exigences besoins d’interconnexion de différentes architectures de réseaux et centres de données.
Conception basse consommation : l'efficacité énergétique est prise en compte lors de la conception du module optique 800 Gbit/s, en utilisant des dispositifs optoélectroniques et des conceptions de circuits basse consommation pour réduire la consommation d'énergie globale et améliorer l'efficacité.
Haute intégration et taille compacte : le module adopte une conception à haute intégration, telle que la technologie Chip on Board (COB), intégrant plusieurs dispositifs optoélectroniques dans un module de petite taille pour faciliter le déploiement.
Capacité robuste de correction d'erreur directe (FEC) : pour garantir une transmission de données fiable, le module optique 800 Gbit/s comprend généralement de puissants algorithmes FEC, tels que KP4 FEC, améliorant la sensibilité du récepteur et réduisant les taux d'erreur binaire (BER).
Compatibilité et normalisation : le module optique 800 Gbit/s adhère aux normes industrielles telles que QSFP-DD et OSFP MSA, garantissant la compatibilité et l'interopérabilité avec d'autres appareils tout en favorisant la santé de l'industrie.
Prise en charge de divers signaux et fonctions de test : le module prend en charge plusieurs formats de signal, tels que PAM4 ou NRZ, et inclut des fonctionnalités telles que les tests de bouclage, de dérivation, PRBS et SNR pour le débogage et la maintenance du réseau.
Ensemble, ces fonctionnalités font du module émetteur-récepteur optique 800 Gbit/s une technologie essentielle pour répondre aux demandes futures des centres de données et des réseaux à haut débit.
Actuellement, l'impact mondial de la technologie optique est de plus en plus important, et la recherche et le développement de dispositifs optiques connaissent des progrès et des transformations rapides. Le domaine du développement de modules optiques connaît également une croissance rapide.
Les progrès rapides de la technologie des modules optiques ont permis aux taux de transmission de données de passer de 200 Gbit/s à 400 Gbit/s et progressent désormais vers 800 Gbit/s. Ce développement rapide apporte une efficacité et une commodité sans précédent aux centres de données. En tant que composant central construit sur des réseaux de communication optiques à 800 Gbit/s, l'importance du module optique à 800 Gbit/s dans les systèmes de communication optique des centres de données ne peut être négligée. Des explications détaillées de ses principes fondamentaux de construction et de fonctionnement, ainsi que des tests empiriques, démontrent qu'il répond pleinement aux spécifications techniques pertinentes pour un fonctionnement efficace dans un environnement de réseau de communication optique à 800 Gbit/s.
Notre module optique 2 Gbit/s de type OSFP 4xDR800 proposé présente des avantages évidents en termes d'avantages économiques et de consommation d'énergie. Avec les développements continus dans les processus de fabrication de composants optiques et les technologies de communication, ce module devrait avoir à l'avenir un potentiel de marché encore plus large dans les réseaux de communication par fibre optique à grande échelle pour les centres de données.
