Application de la technologie optique cohérente dans les centres de données

La recherche sur la technologie optique cohérente est née dans les années 1980. Par rapport au système IM-DD traditionnel (modulation d'intensité-détection directe), la communication optique cohérente présente les avantages d'une sensibilité élevée, d'une longue distance de relais, d'une bonne sélectivité, d'une grande capacité de communication et d'un mode de modulation flexible. Dans le centre de données Internet, l'accent technique se déplace de plus en plus du développement DCN au développement DCI, et la mise en œuvre de la stratégie nationale « canaliser les ressources informatiques d'est en ouest » signifie également que le réseau d'interconnexion longue distance des centres de données est plus important. La technologie optique cohérente constitue donc un maillon clé de ce processus.

technologie de modulation

Le processus de communication optique est en réalité la modulation et la démodulation des signaux. Afin de vous donner une compréhension plus claire de la communication optique cohérente, nous introduisons deux méthodes de modulation liées à la phase :

Modulation PSK

Le PSK, également connu sous le nom de « modulation par déplacement de phase », transmet différents flux de signaux numériques en modifiant la valeur de phase de la porteuse. La modulation PSK est largement utilisée dans les communications optiques.

Selon la relation de phase de deux porteuses différentes, la PSK est divisée en BPSK (phase inverse) et QPSK (quadrature), qui peuvent représenter respectivement des données de 1 bit et 2 bits pour un symbole.

QAM

En plus des méthodes de modulation ci-dessus, la modulation QAM (amplitude en quadrature) est également souvent utilisée dans les communications optiques, c'est-à-dire qu'elle utilise à la fois la phase et l'amplitude de la porteuse pour transmettre des données. Il y a m points dans le quadrant, ce qui correspond à la modulation mQAM, où m=2ⁿ, ce qui signifie que dans la modulation mQAM, un symbole porteur transmet des données sur n bits, ce qui est aussi le concept de diagramme de constellation souvent évoqué.

Parmi ces méthodes de modulation, les scénarios commerciaux réels ajoutent souvent d'autres technologies pour augmenter la capacité de transport d'un seul canal, réduire le débit en bauds du signal, etc. Par exemple, la technologie courante PDM (multiplexage de polarisation) divise un signal optique en deux directions de polarisation. pour la modulation séparément, transmettant 2 fois les données. La modulation PSK et la modulation QAM utilisent la phase de la porteuse pour transmettre les informations, et une démodulation cohérente est requise à la réception.

Démodulation cohérente

La cohérence est un phénomène en optique : les points forts sont toujours forts, les points faibles sont toujours faibles, et la lumière cohérente fait référence à des ondes lumineuses qui ont la même fréquence que la source lumineuse (en prenant ici comme exemple la détection de différence nulle), une différence de phase constante, et la même direction de vibration des particules au point de superposition. Le processus général de communication optique cohérente est le suivant :

Le signal en bande de base est modulé au niveau de l'émetteur, et après transmission à travers la fibre, il est démodulé de manière cohérente au niveau du récepteur, et enfin, le signal électrique d'origine est obtenu au niveau du récepteur. Il existe de nombreux appareils clés dans ce processus, tels que le processeur de signal numérique (DSP), qui joue un rôle important, et nous le présenterons également plus tard. Les changements de signal dans l'ensemble du processus sont les suivants :

Grâce aux informations ci-dessus, vous devez avoir une compréhension de base de la communication optique cohérente. La naissance de la transmission cohérente a modifié le développement des réseaux de transmission optique. L'électronique processeur de signal numérique (DSP) introduit par celui-ci est devenu le facteur clé pour augmenter la capacité des réseaux WDM métropolitains et longue distance. On peut dire que la technologie optique cohérente est à la base de la transmission optique longue distance et de grande capacité.

400G ZR

La technologie optique cohérente n’est pas une technologie nouvelle et elle a connu une longue période d’accumulation technologique. Le premier système émetteur-récepteur optique cohérent a été intégré dans la carte de ligne d'équipement de communication, mais avec la maturité de la technologie, la capacité de contrôler des appareils de précision et la demande croissante de bande passante de communication optique, la recherche sur les modules optiques cohérents enfichables s'est progressivement développée. l'agenda. Cela est particulièrement vrai dans le secteur de l'Internet. Basés sur le même système d'équipement, les modules optiques enfichables peuvent répondre à différents besoins commerciaux. On peut dire que les modules optiques enfichables ont toujours joué un rôle important dans le développement des centres de données Internet. Les modules optiques cohérents enfichables ont été étendus aux taux de 100G/200G, mais ils ont réellement marqué le début d'un développement en plein essor aux taux de 400G.

L'OIF (Optical Internetworking Forum) a lancé la norme industrielle 400G ZR DCO pour les scénarios d'interconnexion de réseaux métropolitains, et de plus en plus de fabricants d'équipements et de modules optiques ont commencé à adopter la norme et à réaliser une interconnexion et une interopérabilité hétérogènes.

La spécification OIF 400G ZR adopte une solution qui combine le multiplexage par répartition en longueur d'onde dense (DWDM) et DP-16QAM, qui peut transmettre 400G sur une liaison d'interconnexion de centre de données de 80 à 120 km (fibre nue pure jusqu'à 40 km, amplificateur optique peut atteindre 120 km). Dans cette norme, il existe trois normes d'emballage MSA applicables, à savoir : QSFP-DD, OSFP et CFP2. Dans les centres de données Internet, la norme de packaging QSFP-DD est la plus couramment utilisée. A noter que l'OIF 400G ZR définit le module DCO (digital cohérent optic), et avant cela, il y avait aussi le module ACO (analog cohérent optic). Les principales différences entre les deux sont les suivantes :

Comme le montre la figure, la principale différence entre le module DCO et le module ACO réside dans le fait que le DCO intègre la puce DSP directement sur le dispositif optique et utilise la communication numérique entre le module et le système hôte. L'avantage est qu'il permet d'établir une communication entre des fournisseurs de commutateurs/routeurs hétérogènes.

Processeur de signal numérique (DSP)

La puce DSP, en tant que partie du module DCO, est d'une importance primordiale. Comment est né le DSP ? En termes simples, les signaux optiques sont facilement déformés lorsqu'ils sont transmis sur de longues distances, ce qui rend difficile pour le récepteur de restaurer avec précision les données. Cependant, les signaux numériques sont plus faciles à traiter que les signaux optiques et peuvent contrecarrer et compenser la distorsion, réduisant ainsi l'impact de la distorsion sur le taux d'erreur binaire du système. On peut dire que l'émergence du DSP a ouvert l'ère numérique de la communication optique, et que le DSP est un support important pour une communication optique cohérente. Regardons le rôle du DSP dans le module DCO à travers une figure :

Comme le montre la figure, les modules fonctionnels sur fond marron-rouge sont tous portés par la puce DSP. Nous résumons certaines des fonctions principales du DSP :

1. QI orthogonal : compense le QI non orthogonal provoqué par le modulateur, le mélangeur
2. Récupération d'horloge : compenser les erreurs d'échantillonnage
3. Compensation de dispersion
4. Égalisation de polarisation : compenser les déficiences liées à la polarisation, démultiplexage de polarisation
5. Estimation de fréquence : fréquence porteuse offdéfinir l'estimation et la compensation entre l'émetteur et le récepteur
6. Estimation de phase : estimation et compensation du bruit de phase porteuse
7. Sortie de décision : décision douce/dure, décodage de canal, décodage de source, estimation du taux d'erreur sur les bits

Étant donné que le DSP comporte trop de fonctions, le DSP initial était également confronté à des problèmes tels qu'une grande taille et une consommation d'énergie élevée. Ainsi, les avancées technologiques autour de la puce DSP sont également constamment explorées : l

• Au stade actuel, la plupart des DSP sont des processus 7 nm et les principales formes de conditionnement des modules DCO sont QSFP-DD, OSFP et CFP2, avec un débit de 400G/200G l.
• Au cours de la phase 2022-2025, des DSP de processus 5 nm seront lancés et le taux cible sera de 1.6T/800G.

Dans l'industrie Internet, le 400G DCO constituera un scénario typique pour l'application à grande échelle de l'optique cohérente. En tant que leader dans le domaine du 400G, H3C favorisera naturellement activement la construction d'optiques cohérentes. En fait, dès 400G ZR est né, H3C a mené des tests conjoints avec les principaux fabricants de DCO du secteur et a lancé la solution IPoverDWDM :

Cette solution insère directement un module optique cohérent 400G ZR/OpenZR+ QSFP-DD dans le commutateur H3C 12500R et réalise la transmission IPoverDWDM de DCI via la transmission de couche optique. Le lancement de cette solution contribue à réduire la complexité du réseau d'interconnexion des centres de données, à augmenter la fiabilité du système de transmission, à obtenir une transmission de grande capacité et à réduire la consommation électrique et les coûts du système.

Cas d'application de la solution DCI

Entreprise : Distributeur        

Localisation : France

Année de l'article : mai 2022

Application : Centre de données

Contexte : Le client dans ce cas est un distributeur. Ils aidaient leur client à étendre le réseau existant de deux centres de données adjacents de 80 km en France, et seules quelques longueurs d'onde inutilisées pouvaient être utilisées. Le service utilisateur final était alors 100G et 10G, et il y aura plusieurs transmissions hybrides 10G, 100G et 400G à l'avenir.

La photo est aimablement fournie par le client depuis le site de candidature

Solution : L'équipe R&D de FiberMall a développé de manière unique le Muxponder 2Q28-10SFP-200G 200G, qui peut prendre en charge la conversion de 1*100G+10*10G (ou 2*100G) en 1*200G CFP2-DCO, correspondant au FM-3200 DCI- Plate-forme 8 2U avec 8 emplacements de services pour utiliser au mieux les longueurs d'onde limitées afin de répondre parfaitement aux besoins des clients et aux futurs plans d'expansion.

Entreprise : Intégrateur de systèmes        

Lieu : Pays-Bas

Année de l'article : juin 2022

Application : informatique en nuage

Contexte : Le client dans ce cas est un intégrateur de systèmes spécialisé dans diverses solutions Internet pour les utilisateurs locaux en Europe. Ils recherchaient une solution OTN hautement intégrée et relativement peu coûteuse pour 350 km de fibre qui venait d'être louée par une société de cloud computing aux Pays-Bas et dont la couche optique avait été déployée. Le service utilisateur final de l'époque était un service 4x100GE, avec d'autres extensions 100G/400G à venir.

La photo est aimablement fournie par le client depuis le site de candidature

Solution : L'équipe technique de FiberMall a pleinement pris en compte les demandes du client, la couche électrique utilisant le multiplexeur 4Q28-CFP2-400G 400G qui prend en charge 1*400G ou 4*100G lors de la conversion côté client dans la plate-forme FM-3200 DCI-8 2U pour minimiser l'espace de l'équipement, déployez à la demande et économisez des investissements supplémentaires.

Entreprise : Revendeur       

Lieu : Viêt Nam

Année de l'article : mai 2023

Application : FAI

Solution : l'équipe R&D de FiberMall a configuré les 2 pièces 4Q28-2CFP2-200G Muxponder 200G, qui peut prendre en charge la conversion de 4*100G en 2*200G CFP2-DCO, correspondant à la plate-forme FM-1600 DCI-4 1U avec 1x carte de protection de ligne optique et 1x emplacement pour l'extension, le châssis traditionnel FM-3200 II 2U est équipé avec double MuxDemux et amplificateur optique pour une meilleure protection.

Protection du canal optique : deux services 200G ont été divisés en deux services identiques via le module OLP, respectivement dans le routage principal et de secours du Mux et du démux, transmis à l'extrémité opposée. Il peut réaliser les deux services de routage principal et de secours sur la même ligne ; peut également effectuer les deux services du principal et du secours sur un routage différent.

La photo est aimablement fournie par le client depuis le site de candidature

Schéma

Entreprise : Distributeur        

Lieu : États-Unis

Année de l'article : juillet 2023

Application : FAI

Contexte : dans ce cas, le client est un distributeur et l'utilisateur final a déjà construit la couche optique et doit étendre le nouveau service 16x100G sur le réseau d'origine.

Solution : L'équipe R&D de FiberMall a développé de manière unique le 4Q28-CFP2-400G Muxponder 400G, qui peut prendre en charge la conversion de 4*100G (ou 1*400G) en 1*400G CFP2-DCO, correspondant à la plate-forme FM-1600 DCI-4 1U avec 4 emplacements de services pour maximiser l'utilisation de l'espace du châssis et économiser le client frais.

La photo est aimablement fournie par l'usine