데이터 센터에 코히어런트 광 기술 적용

간섭성 광학 기술에 대한 연구는 1980년대에 시작되었습니다. 기존 IM-DD 시스템(강도 변조 직접 감지)과 비교하여 코히어런트 광 통신은 높은 감도, 긴 릴레이 거리, 우수한 선택성, 큰 통신 용량 및 유연한 변조 모드라는 장점을 가지고 있습니다. 인터넷 데이터 센터에서는 기술적 초점이 점점 DCN에서 DCI 개발로 이동하고 있으며, 국가적인 "동서로의 채널 컴퓨팅 자원" 전략의 구현은 또한 데이터 센터의 장거리 상호 연결 네트워크가 더욱 다양해졌음을 의미합니다. 중요한. 따라서 코히어런트 광 기술은 이 프로세스의 핵심 링크입니다.

변조 기술

광통신의 과정은 실제로 신호의 변조와 복조입니다. 코히어런트 광통신에 대한 보다 명확한 이해를 제공하기 위해 두 가지 위상 관련 변조 방법을 소개합니다.

PSK 변조

"위상 편이 키잉"이라고도 알려진 PSK는 반송파의 위상 값을 변경하여 다양한 디지털 신호 스트림을 전송합니다. PSK 변조는 광통신에 널리 사용됩니다.

PSK는 서로 다른 두 반송파의 위상 관계에 따라 BPSK(역위상)와 QPSK(직교위상)로 나누어지며, 이는 하나의 심볼에 대해 각각 1비트와 2비트 데이터를 표현할 수 있습니다.

QAM 변조

위의 변조 방법 외에도 QAM(직교 진폭) 변조도 광통신에 자주 사용됩니다. 즉, 반송파의 위상과 진폭을 모두 사용하여 데이터를 전송합니다. 사분면에는 mQAM 변조에 해당하는 m개의 점이 있습니다. 여기서 m=2ⁿ는 mQAM 변조에서 하나의 캐리어 심볼이 n 비트 데이터를 전송한다는 것을 의미하며, 이는 종종 언급되는 성좌도의 개념이기도 합니다.

이러한 변조 방법 중 실제 비즈니스 시나리오에서는 단일 채널의 전송 용량을 늘리고 신호 전송 속도를 낮추는 등의 다른 기술을 추가하는 경우가 많습니다. 예를 들어 일반적인 PDM(편파 다중화) 기술은 광 신호를 두 개의 편광 방향으로 나눕니다. 별도로 변조의 경우 데이터의 2배를 전송합니다. PSK 변조와 QAM 변조는 모두 반송파의 위상을 사용하여 정보를 전달하며 수신단에서는 일관된 복조가 필요합니다.

일관된 복조

간섭성은 광학에서 나타나는 현상입니다. 강한 곳은 항상 강하고, 약한 곳은 항상 약하며, 간섭성 빛은 광원과 동일한 주파수(여기서는 제로 차이 감지를 예로 들어), 일정한 위상차를 갖는 광파를 의미합니다. 중첩 지점에서 입자 진동 방향이 동일합니다. 일관된 광통신의 일반적인 프로세스는 다음과 같습니다.

기저대역 신호는 송신기에서 변조되고, 광섬유를 통해 전송된 후 수신기에서 일관성 있게 복조되어 최종적으로 수신기에서 원래의 전기 신호를 얻습니다. 이 과정에는 큰 역할을 하는 디지털 신호 처리기(DSP) 등 핵심 장치가 많이 있는데, 이에 대해서도 나중에 소개하도록 하겠습니다. 전체 과정에서 나타나는 신호 변화는 다음과 같습니다.

위의 정보를 통해 Coherent 광통신에 대한 기본적인 이해가 필요합니다. 일관성 있는 전송의 탄생은 광 전송 네트워크의 발전을 변화시켰습니다. 전자 디지털 신호 프로세서(DSP) 이를 통해 도입된 WDM 네트워크는 대도시 및 장거리 WDM 네트워크의 용량을 늘리는 핵심 원동력이 되었습니다. 코히어런트 광기술은 장거리, 대용량 광전송의 기반이라고 할 수 있습니다.

400G ZR

코히어런트 광 기술은 새로운 기술이 아니며 오랜 기간 기술 축적을 경험해 왔습니다. 최초의 코히어런트 광트랜시버 시스템은 통신 장비 라인 카드에 통합되었지만 기술이 더욱 성숙해지고 정밀 장치를 제어할 수 있는 능력이 향상되고 광통신 대역폭에 대한 수요가 증가함에 따라 플러그형 코히어런트 광 모듈에 대한 연구가 점차 활성화되었습니다. 의제. 특히 인터넷 산업에서는 더욱 그렇습니다. 동일한 장비 시스템을 기반으로 하는 플러그형 광학 모듈은 다양한 비즈니스 요구 사항을 충족할 수 있습니다. 플러그형 광 모듈은 항상 인터넷 데이터 센터 개발의 중요한 부분이었다고 말할 수 있습니다. 플러그형 코히어런트 광 모듈은 100G/200G 속도로 확장되었지만 실제로는 400G 속도로 급성장하는 발전을 가져왔습니다.

OIF(Optical Internetworking Forum)는 대도시 네트워크 상호 연결 시나리오를 위한 400G ZR DCO 산업 표준을 발표했으며 점점 더 많은 장비 제조업체와 광 모듈 제조업체가 표준을 채택하고 이종 상호 연결 및 상호 운용성을 달성하기 시작했습니다.

OIF 400G ZR 사양은 DWDM(고밀도 파장 분할 다중화)과 DP-16QAM을 결합한 솔루션을 채택하여 400~80km의 데이터 센터 상호 연결 링크에서 120G를 전송할 수 있습니다(순수 베어 파이버는 40km, 광 증폭기는 120km에 도달할 수 있음). 이 표준에는 QSFP-DD, OSFP 및 CFP2의 세 가지 적용 가능한 MSA 패키징 표준이 있습니다. 인터넷 데이터 센터에서 가장 일반적으로 사용되는 것은 QSFP-DD 패키징 표준입니다. OIF 400G ZR은 DCO(Digital Coherent Optical) 모듈을 정의하고 그 이전에는 ACO(Analog Coherent Optical) 모듈도 있었습니다. 둘 사이의 주요 차이점은 다음과 같습니다.

그림에서 볼 수 있듯이 DCO 모듈과 ACO 모듈의 핵심 차이점은 DCO가 DSP 칩을 광학 장치에 직접 통합하고 모듈과 호스트 시스템 간의 디지털 통신을 사용한다는 것입니다. 이는 이기종 스위치/라우터 공급업체 간 통신이 가능하다는 장점이 있습니다.

디지털 신호 프로세서(DSP)

DCO 모듈의 일부인 DSP 칩은 매우 중요합니다. DSP는 어떻게 탄생했나요? 간단히 말해서, 광신호는 장거리 전송 시 쉽게 왜곡되어 수신기에서 데이터를 정확하게 복원하기 어렵습니다. 그러나 디지털 신호는 광 신호보다 처리하기 쉽고 왜곡에 대응하고 보상할 수 있으므로 왜곡이 시스템 비트 오류율에 미치는 영향을 줄일 수 있습니다. DSP의 등장으로 광통신의 디지털 시대가 열렸다고 할 수 있으며, DSP는 일관성 있는 광통신을 위한 중요한 지원 장치이다. 그림을 통해 DCO 모듈에서 DSP의 역할을 살펴보겠습니다.

그림에 표시된 것처럼 갈색-빨간색 배경의 기능 모듈은 모두 DSP 칩에 포함되어 있습니다. DSP의 핵심 기능 중 일부를 요약합니다.

1. IQ 직교: 변조기, 믹서로 인해 발생하는 IQ 비직교를 보상합니다.
2. 클록 복구: 샘플링 오류 보상
3. 분산 보상
4. 편광 등화: 편광 관련 손상 보상, 편광 역다중화
5. 주파수 추정: 반송파 주파수 off송신기와 수신기 간의 추정 및 보상 설정
6. 위상 추정: 반송파 위상 잡음 추정 및 보상
7. 판정 출력: 소프트/하드 판정, 채널 디코딩, 소스 디코딩, 비트 오류율 추정

DSP는 너무 많은 기능을 탑재하기 때문에 초기 DSP 역시 큰 크기와 높은 전력 소모 등의 문제에 직면했습니다. 따라서 DSP 칩을 둘러싼 기술 진보도 지속적으로 연구되고 있습니다.

• 현재 단계에서 대부분의 DSP는 7nm 프로세스이며 DCO 모듈의 주요 패키징 형태는 QSFP-DD, OSFP 및 CFP2이며 속도는 400G/200G l입니다.
• 2022~2025년 단계에서는 5nm 공정 DSP가 출시될 예정이며 목표 속도는 1.6T/800G입니다.

인터넷 산업에서 400G DCO는 코히어런트 광학의 대규모 적용을 위한 일반적인 시나리오가 될 것입니다. H400C는 3G 분야의 선두주자로서 자연스럽게 코히어런트 광학(Coherent Optics) 구축을 적극적으로 추진할 것입니다. 사실, 보자마자 400G ZR 탄생한 H3C는 업계 최고의 DCO 제조업체와 공동 테스트를 실시하고 IPoverDWDM 솔루션을 출시했습니다.

이 솔루션은 400G ZR/OpenZR+ QSFP-DD 코히어런트 광 모듈을 H3C 스위치 12500R에 직접 삽입하고 광 레이어 전송을 통해 DCI의 IPoverDWDM 전송을 구현합니다. 이번 솔루션의 출시는 데이터센터 상호 연결의 네트워크 복잡성을 줄이고, 전송 시스템의 신뢰성을 높이며, 대용량 전송을 구현하고, 시스템 전력 소비 및 비용을 줄이는 데 도움이 된다.

DCI 솔루션 적용 사례

회사: 대리점        

위치: 프랑스

품목 연도: 2022년 XNUMX월

신청: 데이터 센터

배경: 이 경우 고객은 유통업체입니다. 그들은 고객이 프랑스에 있는 두 개의 인접한 80km 데이터 센터의 기존 네트워크를 확장하도록 돕고 있었고, 사용되지 않은 파장 중 일부만 활용할 수 있었습니다. 당시 최종 사용자 서비스는 100G와 10G였으며 앞으로는 10G, 100G, 400G 하이브리드 전송이 여러 개 있을 것입니다.

사진은 고객이 신청 사이트에서 친절하게 제공한 것입니다.

솔루션: FiberMall의 R&D 팀은 FM-2 DCI와 일치하는 28*10G+200*200G(또는 1*100G)에서 10*10G CFP2-DCO로의 변환을 지원할 수 있는 100Q1-200SFP-2G 3200G Muxponder를 고유하게 개발했습니다. 8개의 서비스 슬롯이 있는 2개의 8U 플랫폼은 제한된 파장을 최대한 활용하여 고객 요구와 향후 확장 계획을 완벽하게 충족합니다.

회사: 시스템 통합업체        

위치: 네덜란드

품목 연도: 2022년 XNUMX월

응용 프로그램: 클라우드 컴퓨팅

배경: 이 경우 고객은 유럽의 현지 사용자를 위한 다양한 인터넷 솔루션을 전문으로 하는 시스템 통합업체입니다. 그들은 네덜란드의 한 클라우드 컴퓨팅 회사에서 임대했으며 광학 레이어가 배포된 350km의 광섬유를 위한 고도로 통합되고 상대적으로 저렴한 OTN 솔루션을 찾고 있었습니다. 당시 최종 사용자 서비스는 4x100GE 서비스였으며 앞으로 더 많은 100G/400G 확장이 가능했습니다.

사진은 고객이 신청 사이트에서 친절하게 제공한 것입니다.

솔루션: FiberMall의 기술 팀은 고객의 요구 사항을 충분히 고려하여 장비 공간을 최소화하기 위해 FM-4 DCI-28 2U 플랫폼의 클라이언트 측 변환에서 400*400G 또는 1*400G를 지원하는 4Q100-CFP3200-8G 2G Muxponder를 사용하는 전기 계층, 필요에 따라 배포하고 추가 투자를 절약할 수 있습니다.

회사: 리셀러       

위치: 베트남

품목 연도: 2023년 XNUMX월

신청: ISP

해결책: FiberMall의 R&D 팀은 2개의 PC를 구성했습니다. 4Q28-2CFP2-200G 200*4G에서 100*2G CFP200-DCO로의 변환을 지원할 수 있는 2G Muxponder는 FM-1600 DCI-4 1U 플랫폼과 1x 광 회선 보호 카드 및 확장용 1x 슬롯을 일치시키며 기존 FM-3200 II 2U 섀시가 장착되어 있습니다. 더 나은 보호를 위해 듀얼 MuxDemux 및 광 증폭기를 사용합니다.

광 채널 보호: 200개의 XNUMXG 서비스는 OLP 모듈을 통해 각각 Mux 및 demux의 메인 및 백업 라우팅으로 두 개의 동일한 서비스로 분할되어 반대쪽으로 전송됩니다. 동일한 회선에서 기본 라우팅과 백업 라우팅의 두 가지 서비스를 만들 수 있습니다. 또한 다른 라우팅에서 기본 서비스와 백업 서비스를 모두 만들 수도 있습니다.

사진은 고객이 신청 사이트에서 친절하게 제공한 것입니다.

회로도

회사: 대리점        

위치: 미국

품목 연도: 2023년 XNUMX월

신청: ISP

배경: 이 경우 고객은 배포자이고 최종 사용자는 이미 광 계층을 구축했으며 원래 네트워크에서 새로운 16x100G 서비스를 확장해야 합니다.

해결책: FiberMall의 R&D 팀은 독창적으로 개발한 4Q28-CFP2-400G 400*4G(또는 100*1G)에서 400*1G CFP400-DCO로의 변환을 지원할 수 있는 2G Muxponder는 FM-1600 DCI-4 1U 플랫폼과 4개의 서비스 슬롯을 일치시켜 섀시 공간 활용을 극대화하고 고객 비용을 절감합니다. 소송 비용.

사진은 공장에서 친절하게 제공됩니다