Технологии оптических приемопередатчиков в центрах обработки данных в 2022 году

С быстрым развитием облачных вычислений, больших данных, видео сверхвысокой четкости, искусственного интеллекта и отраслевых приложений 5G частота доступа к сети и методы доступа продолжают расти, а трафик сетевых данных быстро растет, что создает более сложные проблемы с данными. центральное соединение (DCI). В качестве примера центра обработки данных с архитектурой CLOS типа «позвоночник-листок» типичные сценарии оптического соединения показаны в таблице 1. Первые три сценария представляют собой соединение внутри центра обработки данных, а четвертый сценарий — соединение между центрами обработки данных.

Сценарии взаимосвязиТипичное расстояниеТипичные требования к оптическим модулям
Последнее поколениеВ настоящий моментСледующее поколение
Сценарий 1Сервер в ТОР
(в пределах дата-центра)
2 м (внутри стойки)
30/50 м (поперек стеллажей)
в машинном зале25G АОС/DOC100G АОС/ЦАП200G АОС/ЦАП
Сценарий 2ТЗ на Лист
(в пределах дата-центра)
≥70м/100мвнутри здания100 г SR4400 г ср8/ср4.2800 г ПСМ8/ПСМ4
Сценарий 3Лист к позвоночнику
(в пределах дата-центра)
500m / 2kmсреди зданий100 Гб CWDM4400 г ФР4/ДР4800 г ФР4/ПСМ4
Сценарий 4Среди дата-центров80-120mсреди кампусов100G DWDM400G ЗР/ЗР+800Г ЗР

Таблица 1: Типичные сценарии оптического соединения центров обработки данных

1. Требования к оптическим модулям для внутреннего соединения центров обработки данных

На внутреннюю взаимосвязь центра обработки данных приходится большая часть общего распределения трафика центра обработки данных. Типичные требования к оптическим модулям приведены в таблице 1, и есть тенденции развития в сторону высокой скорости, низкого энергопотребления, низкой стоимости, интеллектуальности и т. д.

(1) Тенденция к высокой скорости

Внутреннее соединение в Amazon, Google, Microsoft, Facebook и других сверхкрупных центрах обработки данных в Северной Америке началось коммерческое развертывание оптических модулей 400 Гбит/с в период с 2019 по 2020 год. Внутренние центры обработки данных постепенно переходят со 100 Гбит/с на 400 Гбит/с. приемопередатчиков, а масштабное развертывание ожидается в 2022 году. Как показано на диаграмме 1, ожидается, что пропускная способность микросхем коммутации центров обработки данных достигнет 51.2 Тбит/с в 2023 году и 102.4 Тбит/с после 2025 года. Более высокие скорости 800 Гбит/с с и 1.6 Тбит/с станут важным выбором для реализации обмена данными с высокой пропускной способностью.

развивающаяся тенденция пропускной способности чипа коммутатора центра обработки данных

Диаграмма 1: растущая тенденция пропускной способности чипа коммутатора центра обработки данных

(2) Тенденция к низкому потреблению

Поскольку емкость коммутационных микросхем продолжает расти, энергопотребление оптических модулей стало превышать энергопотребление коммутационных микросхем, что становится ключевым фактором в сетевых решениях. Первоначальное энергопотребление оптических модулей 400 Гбит/с составляет 10–12 Вт, а долгосрочное энергопотребление ожидается на уровне 8–10 Вт; потребляемая мощность оптических модулей 800 Гбит/с составляет около 16 Вт. Кроме того, отрасль рассчитывает снизить энергопотребление и стоимость соединения SerDes за счет инкапсуляции оптического механизма и коммутационного чипа, а технология CPO (совмещенная оптика) инкапсулирует электронные чипы и оптические механизмы вместе, что стало горячей точкой исследований в индустрия.

(3) Тенденция к низкой стоимости

В центрах обработки данных существуют огромные требования к межсетевому соединению, а низкая стоимость является одной из основных движущих сил непрерывного развития технологических решений на основе оптических модулей. Во-первых, кабели доступа в первом сценарии демонстрируют тенденцию к диверсификации. Некоторые решения сокращают расстояние между соединениями за счет изменения компоновки шкафа и использования более дешевых медных кабелей прямого подключения (DAC) вместо оптических кабелей; во-вторых, благодаря стабильной операционной среде и быстрой замене оптических модулей в центрах обработки данных отрасль активно изучает решения для снижения затрат за счет снижения требований к температуре, долгосрочной надежности и т. д.; в-третьих, по мере того, как скорость продолжает увеличиваться, очевидна тенденция когерентности когерентных решений, а некогерентные решения также стремятся распространиться на большие расстояния. Две схемы «встречаются» в некоторых сценариях приложений, и доля спроса на разные схемы в сценах «встречи» будет тесно связана с такими факторами, как стоимость.

(4) Тенденция к интеллекту

OTT начала уделять внимание расширению возможностей эксплуатации и обслуживания, а также улучшению качества оптических модулей. Мониторинг работоспособности оптических модулей и раннее предупреждение о неисправностях реализуются за счет искусственного интеллекта, машинного обучения и больших данных, что выдвигает новые требования к функциональным характеристикам и спецификациям оптических приемопередатчиков.

Типы оптических модулейФорм-факторСкорость оптического интерфейса
Gb / s
Скорость электрического интерфейса
Gb / s
Расстояние передачиКоличество волоконТипичная потребляемая мощность
100Gb / sVRQSFP2810010030 / 50m1<3.5W
SR44 × 254 × 2570 / 100m4
PSM44 × 254 × 25500m4
CWDM44 × 254 × 252km1
LR44 × 254 × 2510km1
200Gb / sVR2QSFP562 × 1002 × 10030 / 50m2<6.5W
SR44 × 504 × 5070 / 100m4
FR44 × 504 × 502km1
LR44 × 504 × 5010km1
400Gb / sVR4КСФП-ДД/ОСФП4 × 1004 × 10030 / 50m4<12.0W
SR88 × 508 × 50100m8
SR4.28 × 508 × 50100m4
DR44 × 1004 × 100500m4
FR44 × 1004 × 1002km1
LR44 × 1004 × 10010km1
800Gb / sVR8КСФП-DD800
/ОСФП
/QSFP224
/CPO
8 × 1008 × 10030 / 50m816W
PSM88 × 1008 × 10070 / 100m8
DR88 × 1008 × 100500m8
DR44 × 2008 × 100500m4
2×ФР48 × 1008 × 1002km2
FR44 × 2008 × 1002km1

Таблица 2: Требования к оптическим модулям для внутреннего соединения центра обработки данных

2. Оптические модули, используемые для соединения центров обработки данных

На начальном этапе к нему в основном обращались через Интернет. С увеличением бизнес-трафика трафик данных превысил терабайты в секунду, и для решения таких проблем, как задержка в сети, перегрузка и безопасность, требовались специальные интерфейсы. Центры обработки данных относятся к энергоемким производствам. Из-за ограничений электроснабжения и окружающей среды масштаб одного центра обработки данных не может расширяться бесконечно. Широкое применение современных технологий виртуализации позволяет нескольким физически разделенным центрам обработки данных работать как виртуальный центр обработки данных, а крупные интернет-компании могут распределять нагрузку между несколькими центрами обработки данных и службами, эффективно снижая потребность центра обработки данных в энергоснабжении и способствуя быстрому развертыванию. . Кроме того, с учетом аварийного восстановления и резервного копирования многие крупные центры обработки данных состоят из нескольких площадок, между которыми требуется большое количество каналов обмена данными с малой задержкой. Все вышеперечисленные сценарии приложений предъявляют высокие требования к DCI. Расстояние DCI обычно составляет от нескольких километров до десятков километров или даже более 100 километров. Типичные сценарии взаимосвязи следующие:

(a) DCI-Campus: подключение к центру обработки данных на небольшом расстоянии. Дальность передачи обычно составляет около 2 км и далее увеличивается до 10 км;

(b) DCI-Edge: распределенный центр обработки данных в зоне подключения. Дальность передачи обычно составляет 80–120 км;

(c) Метро/Дальние перевозки: Он далее распространяется на городские районы и передачу на большие расстояния, и расстояние может достигать сотен или тысяч километров. Чтобы в полной мере использовать ресурсы оптического волокна, широко используется технология плотного мультиплексирования с разделением по длине волны (DWDM), и для разных расстояний передачи могут использоваться разные коды модуляции. Кроме того, хотя беспроводная сеть и не является частью инфраструктуры DCI, она также интегрируется в сеть центра обработки данных.

Для DCI в пределах 20 км, в зависимости от пропускной способности соединения и ресурсов оптоволокна, можно выбрать технологию прямой модуляции и обнаружения CWDM или DWDM. Для расстояния передачи от 20 до 80 км когерентная технология DWDM и технология прямой модуляции и обнаружения конкурируют с точки зрения стоимости строительства и эксплуатации, надежности и т. д. Для расстояния передачи от 80 до 120 км, когерентный DWDM технология является основным решением. Для дальнейшего снижения технической сложности и стоимости одновременно разрабатываются модули цветного и серого света, основанные на технологии прямой модуляции и обнаружения. Что касается расстояний передачи в сотни километров и более, необходимо передавать более высокоскоростные сигналы на каждой длине волны, чтобы увеличить общую пропускную способность интерфейса, и когерентная технология является основным решением.

Обменный курсФорм-факторРасстояние передачиТехнология обнаруженияРежим модуляцииСправочный стандарт/спецификация
100Gb / sCFP280-120kmслаженностьQPSKОткрыть ZR +
QSFP2880-120kmПрямая модуляция и обнаружениеPAM4ЦветZ
QSFP2880kmПрямая модуляция и обнаружениеNRZ_
400Gb / sQSFP-DD80-120kmслаженность16QAMОИФ 400ЗР
800Gb / sКСФП-DD80010kmслаженность16QAMОИФ 800LR
КСФП-DD80080-120kmслаженность16QAMОИФ 800ЗР

Таблица 3: Требования к оптическим модулям для соединения центров обработки данных

3. Технология оптических модулей, используемая для соединения центров обработки данных.

100G QSFP28 и 400G QSFP-DD, оптические трансиверы OSFP на базе одноволновых 100Гбит/с

Строительство центра обработки данных выдвигает высокие требования к высокой скорости, малым размерам, низкой стоимости и низкому энергопотреблению оптических модулей. Одноволновая технология 100 Гбит/с может эффективно использовать преимущества расширения полосы пропускания и итеративной эволюции фотоэлектрических микросхем, а также высокоинтегрированных процессов и компоновки для достижения более высокой плотности интерфейса и низкой стоимости при соблюдении тех же требований к полосе пропускания и уменьшении оптической сложности.

Что касается международной стандартизации, IEEE802.3 и 100G Lambda MSA выпустили или установили ряд стандартов, связанных со скоростью 100/400 Гбит/с, основанных на одноволновой скорости 100 Гбит/с, как показано в Таблице 4. Что касается отраслевых стандартов, CCSA является разработка отраслевых стандартов «Одноволновой оптический трансивер со скоростью 100 Гбит/с», включая спецификации расстояния DR (500 м), FR1 (2 км), LR1 (10 км), LR1-20 (20 км) и ER1-30/40 (30/40 км). ); YD / T 3538.3-2020: «Подключаемый оптический трансивер с модуляцией интенсивности 400 Гбит / с, часть 3: 4 × 100 Гбит / с», был выпущен в 2020 году и содержит спецификации расстояния DR4 (500 м) и FR4 (2 км); в то же время FiberMall активно занимается исследованиями, такими как оптические модули дальнего действия с модуляцией интенсивности 4×100 Гбит/с и высокоскоростные оптические устройства со скоростью 100 Гбод и выше.

ГайдлайнОбластьРабочая длина волны Расстояние
100G ВР ИЭЭЭ 802.3дбв стадии исследования842-948nm30 м (ОМ3)
50 м (ОМ4/5)
100G СР ИЭЭЭ 802.3дбв стадии исследования844-863nm60 м (ОМ3)
100 м (ОМ4/5)
100G др.IEEE 802.3cd-2018опубликованный1304.5-1317.5nm500m
100 г FR1IEEE 802.3cu-2021
100G Lambda MSA
(100G-FR и 100G-LR
Технические характеристики Ред. 2.0)
опубликованный1304.5-1317.5nm2km
100 г LR1опубликованный1304.5-1317.5nm10km
100Г ЛР1-20100G Lambda MSA
(100G-LR1-20,100G-ER1-30 and 100G-ER1-40
Технические характеристики Ред. 1.1)
опубликованный1304.5-1317.5nm20km
100Г ЭР1-30/40опубликованный1308.09-1310.19nm30 / 40km
400 г ВР4ИЭЭЭ 802.3дбв стадии исследования824-948nm30 м (ОМ3)
50 м (ОМ4/5)
400 г SR4ИЭЭЭ 802.3дбв стадии исследования844-863nm60 м (ОМ3)
100 м (ОМ4/5)
400 г DR4IEEE 802.3bs-2017в стадии исследования1304.5-1317.5nm500m
400 г FR4IEEE 802.3cu-2021
100G Lambda MSA
(Технические характеристики 400G-FR4, версия 2.0)
опубликованный1264.5-1277.5nm
1284.5-1297.5nm
1304.5-1317.5nm
1324.5-1337.5nm


2km
400Г ЛР4-6IEEE 802.3cu-2021опубликованный1264.5-1277.5nm
1284.5-1297.5nm
1304.5-1317.5nm
1324.5-1337.5nm


6km
400Г ЛР4-10100G Lambda MSA
(400G-LR4-10
Техническая спецификация
Версия 1.0)
опубликованный1264.5-1277.5nm
1284.5-1297.5nm
1304.5-1317.5nm
1324.5-1337.5nm


10km
400G ER4100G Lambda MSAв стадии исследованиянЛВДМ 30 / 40km

Таблица 4: Прогресс международных стандартов, связанных со 100/400 Гбит/с, на основе одноволновой скорости 100 Гбит/с

Что касается форм-фактора, QSFP-DD MSA и OSFP MSA выпустили спецификации 400 Гбит/с QSFP-DD и OSFP 400 Гбит/с соответственно, используя электрический интерфейс 8×56 Гбит/с. QSFP-DD MSA обновил и выпустил версию 6.01 спецификации, включая QSFP400 112 Гбит/с, в 2021 году. QSFP112 MSA, возглавляемый Alibaba и Baidu, вскоре выпустит соответствующие спецификации для продвижения приложений для межсетевого взаимодействия в центрах обработки данных.

(1)500m/2km 100/400Gb/s optical transceivers

Как показано на диаграмме ниже, оптический модуль первого поколения с одной длиной волны 100 Гбит/с на базе 400 Гбит/с в основном основан на электрическом интерфейсе 8×56 Гбит/с, который требует DSP для реализации преобразования скорости 8:4 Gearbox. Оптический модуль второго поколения 400 Гбит/с использует электрический интерфейс 4×112 Гбит/с, который может упростить соединение между микросхемой коммутатора и оптическим модулем, тем самым снижая энергопотребление и стоимость.

первое и второе поколение оптических модулей 400 Гбит/с на базе одноволновых модулей 100 Гбит/с

Диаграмма 2: первое и второе поколение оптических модулей 400 Гбит/с на базе одноволновых модулей 100 Гбит/с

Что касается технологии оптического интерфейса, то оптический модуль DR400 со скоростью 500 Гбит/с и длиной 4 м на основе одномодового волокна вошел в коммерческое использование, и существует три типа решений: EML, DML и кремниевая фотоника. Среди них решение EML является традиционным решением с наивысшей степенью зрелости. В конце 2020 года Lumentum выпустила чип PAM100 DML со скоростью 4 Гбит/с, чтобы обеспечить мощную поддержку решения DML, требующего контроля температуры для обеспечения производительности полосы пропускания при стандартной температуре (0–70 °C). Что касается электронных микросхем, то на первых порах в отрасли не хватало одноволнового PAM100 DML со скоростью 4 Гбит/с, поддерживающего электронные микросхемы. В настоящее время компании оптической связи, такие как Insica и Aluksen, запустили продукты, связанные с Driver и TIA, но зрелость отраслевой цепочки все еще нуждается в дальнейшем повышении.

Инвестиции и энтузиазм в области исследований и разработок в области решений кремниевой фотоники высоки. Intel, Lumentum, II-VI, Acacia, FiberMall и другие компании выпустили кремниевые фотонные модули DR400 со скоростью 4 Гбит/с, а Alibaba также выпустила кремниевые фотонные модули собственной разработки. Решения кремниевой фотоники различных производителей в отрасли неоднородны, что вносит определенные сложности в формирование масштабных преимуществ. Из-за таких факторов, как высокие потери связи, мощные лазеры CW DFB и драйверы с большим размахом, решение кремниевой фотоники все еще далеко от отраслевых ожиданий с точки зрения энергопотребления. Кроме того, в отрасли также существуют разногласия по поводу выбора технических решений CWDM4 и PSM4 в сценариях применения на 500 м. У обоих есть свои плюсы и минусы, поэтому необходимо всесторонне учитывать различные факторы, такие как производительность и стоимость.

EML-решениеDML-решениеРешения кремниевой фотоники
Потребляемая мощностьУмереннаяНизкийУмеренная
ЦенаУмереннаяНизкийЗависит от проходимости по шкале
Срок погашенияВысокийНизкийУмеренная
Ключевые технологии_Линейный DML с высокой пропускной способностью, драйвер DMLМодулятор малой мощности
РешенияCWDM4PSM4 или CWDM4PSM4
Количество косичек28 или 28
Сращивание волокнаЛК/УКД/СН/МДКМПО/ЛК/УКД/СН/МДКМПО/УКД/СН/МДК

Таблица 5: Сравнение технических решений 400 Гбит/с 500 м DR4

Оптический модуль DR400+ со скоростью 4 Гбит/с дополнительно увеличивает расстояние передачи до 2 км, в настоящее время с решением EML в качестве основного решения. Оптические модули 100 Гбит/с DR и 100 Гбит/с FR1 в основном имеют форм-фактор QSFP28 и используются в 500-метровых и 2-километровых ответвлениях кабеля с оптическими модулями 400 Гбит/с DR4 и 400 Гбит/с DR4+ соответственно.. Сценарий прорыва в настоящее время используется в крупных ОТТ в Северной Америке. Преимущество состоит в том, что он может реализовать практичность и гибкость соединения служебных сигналов и эффективно повысить плотность портов; недостатком является усложнение обслуживания и увеличение типов модулей. Отказ или замена любой ссылки повлияет на другие ссылки. Сценарий приложения FR400 со скоростью 2 Гбит/с, 4 км, в основном использует техническое решение CWDM4, которое может значительно снизить потребность в оптических волокнах и обеспечить преимущества сквозных затрат. В то же время из-за большого количества оптических модулей с разной дальностью передачи некоторые отечественные ОТТ рассчитывают использовать решение FR400 2 Гбит/с 4 км для реализации унифицированного несущего канала 500 м и 2 км для снижения сложности эксплуатации и обслуживания. В настоящее время оптические модули 100/400 Гбит/с на основе одноволновых 100 Гбит/с серийно производятся многими производителями по всему миру.

ТипФактор формыПредставитель отечественных и зарубежных производителей
EMLКремниевая фотоника/DML
100G др.КСФП28/СФП56-ДДCisco, Juniper, FiberMall, II-VIIntel
100 г ПтКСФП28/СФП56-ДДСиско, Можжевельник, Файбер МоллIntel
400 г DR4QSFP-DDCisco, Arista, Juniper, II-VI, FiberMallIntel, II-VI, АОИ (DML)
400 г ДР4+QSFP-DDBroadcomIntel
400 г FR4QSFP-DDМожжевельник,FiberMall,II-VI,Cisco,Ариста_

Таблица 6. Типичные производители оптических модулей 100 Гбит/с DR/FR1 и 400 Гбит/с DR4/DR4+/FR4

Классификация устройствКлючевой чипПредставитель производителя
500m2km
Оптический чипДетектор 53 ГбодBroadcom, GCSBroadcom, GCS
53 Гбод лазерЛюментум, II-VI, АОИ (DML)Mitsubishi, Lumentum, Broadcom (EML)
Электрический чип53 Гбод линейный TIAInphi, Broadcom, Semtech, MacomInphi, Broadcom, Semtech, Macom
Линейный драйвер 53 ГбодInphi, Broadcom, Semtech, MacomInphi, Broadcom, Semtech, Macom
DSPИнфи、BroadcomИнфи、Broadcom
Интегрированный чип кремниевой фотоникиИнтел, Акаика, РоклиИнтел, Акаика, Рокли

Таблица 7: Репрезентативные производители фотоэлектрических микросхем с оптическим модулем 100/400 Гбит/с, 500 м/2 км

(2)10km/40km 100/400Gb/s optical transceivers

Основные технические решения оптических модулей 10/40 Гбит/с на 100/400 км показаны в таблице 8. Передающая сторона оптического модуля LR100 1 Гбит/с использует микросхему EML 53 Гбод и имеет два форм-фактора: BOX и TO. Преимущество последнего состоит в низкой стоимости, но запас пропускной способности невелик, а скорость передачи немного ниже. Неохлаждаемый EML со скоростью 53 Гбод имеет преимущества низкой стоимости и низкого энергопотребления. В настоящее время он используется в сценариях 2 км и ниже, а применение 10 км требует дальнейшей проверки. Принимающая сторона использует PIN-чип 53 Гбод с сосуществованием BOX и TO, воздухонепроницаемого и негерметичного форм-фактора, который в будущем может эволюционировать до герметичного форм-фактора TO и негерметичного форм-фактора COB.

Тип модуляФактор формыЭлектрический интерфейсОптический интерфейсОптический чипФорм-фактор OSA
100 Гбит/с LR1QSFP284x25G НРЗ1x 100G PAM4ЭМЛ+ ПИН-кодВ КОРОБКУ
100 Гбит/с ER1QSFP284x25G НРЗ1x 100G PAM4ЭМЛ+ АПДВ КОРОБКУ
400 Гбит/с LR4QSFP-DD8x50G ПАМ44x 100G PAM4ЭМЛ+ ПИН-кодУДАР/КОРОБКА
400 Гбит/с ER4QSFP-DD8x50G ПАМ44x 100G PAM4ЭМЛ+ АПД
EML+(SOA+ПИН-код)
BOX

Таблица 8. Основные технические решения 100/400 Гбит/с на 10/40 км

Блок-схема оптического модуля LR100/ER1 1 Гбит/с показана на рисунках (a) и (b) ниже. В передатчике используется микросхема EML со скоростью передачи данных 53 Гбод; приемник использует микросхему PIN/APD со скоростью 53 Гбод, а микросхема DSP 4:1 PAM4 поддерживает KP4 FEC. Блок-схемы оптических модулей LR400 и ER4 со скоростью 4 Гбит/с показаны на схемах (c) и (d) соответственно. В передатчике LR400 со скоростью 4 Гбит/с используются чипы массива EML 4×53 Гбод (форм-фактор BOX/COB), а в приемнике используется чип массива контактов 4×53 Гбод (форм-фактор BOX/COB; герметичное и негерметичное сосуществование); Передатчик ER400 со скоростью 4 Гбит/с использует микросхему массива EML 4×53 Гбит/с (коробочный пакет), выбор длины волны должен быть определен; Решение для приемника должно быть определено, при этом возможны высокопроизводительные решения APD и SOA+PIN (комплект BOX/COB, сосуществование воздухонепроницаемого и негерметичного форм-фактора). Оптический модуль LR400/ER4 со скоростью 4 Гбит/с использует микросхему цифровой обработки сигналов PAM8 4:4 и поддерживает KP4 FEC. По сравнению с традиционными решениями оптические модули 100/400 Гбит/с, основанные на одноволновой технологии 100 Гбит/с, могут сэкономить несколько оптических микросхем, тем самым снижая стоимость, энергопотребление и сложность производства, а также повышая скорость передачи. В электронном чипе используется DSP со встроенными функциями драйвера, CDR и коробки передач, что снижает сложность конструкции и облегчает разработчикам микросхем концентрацию внимания на продукте.

Оптические модули 100/400 Гбит/с на основе одноволновой технологии 100 Гбит/с

Диаграмма 3: Оптические модули 100/400 Гбит/с на основе одноволновой технологии 100 Гбит/с

В настоящее время ряд отечественных и зарубежных производителей выпустили серийно продукцию и дорожные знаки на базе одноволновой технологии 100Гбит/с:

  • 100 Гбит/с LR1 поставляется несколькими производителями модулей партиями. С постепенным развитием технологии упаковки оптических устройств со скоростью 53 Гбод скорость квалификации оптических модулей постепенно повышается, и ожидается, что текущая стоимость будет лучше, чем у решения LR100 со скоростью 4 Гбит/с;

  • Что касается 400 Гбит/с LR4, ряд производителей модулей могут предоставить бета-образцы, и ожидается, что их стоимость будет лучше, чем у решения 400 Гбит/с LR8. С постепенным увеличением спроса на оптические чипы 53 Гбод в будущем есть большие возможности для снижения затрат;

  • 100 Гбит/с ER1 и 400 Гбит/с ER4 в настоящее время исследуются несколькими производителями модулей. ER100 со скоростью 1 Гбит/с сделал предварительный прорыв и может обеспечить передачу на 40 км в лабораторных условиях. 400 Гбит/с ER4 находится в стадии исследования, и ожидается, что к концу 2022 года будет запущен прототип на основе хорошей основы 100G ER1. Как 100 Гбит/с ER1, так и 400 Гбит/с ER4 в настоящее время сталкиваются с такими проблемами, как требования высокой эффективности оптической связи на передающей стороне, требования высокой чувствительности чипа на принимающей стороне и необходимость экранирования.

ТипФактор формыПредставители производителей оптических модулей
ГерметичностьНегерметичность
100 г LR1QSFP28CIG, FiberMall, Juniper, АОИ, CiscoII-VI
100G ER1QSFP28Сифотоники, AOI, FiberMall_
400 г LR4QSFP-DDSEDI, Juniper, FiberMall, АОИМолекс, CIG, II-VI
400G ER4QSFP-DDFiberMall, Cisco_

Таблица 9. Типичные производители оптических модулей 100 Гбит/с LR1/ER1 и 400 Гбит/с LR4/ER4

Основные фотоэлектрические микросхемы одноволновой технологии PAM100 со скоростью 4 Гбит/с в основном производятся зарубежными производителями, и некоторые отечественные производители добились прогресса на текущем этапе. Квалификационная скорость экранирования лазеров EML со скоростью 53 Гбод от лазеров EML со скоростью 25 Гбод низкая, и необходимо оптимизировать конструкцию структуры чипа, легирование материалов и т. Д., Чтобы решить проблемы и проблемы увеличения полосы пропускания при обеспечении надежности. Чип детектора APD 53 Гбод является относительно зрелым в стране и за рубежом, и отечественные продукты имеют отличные характеристики. DSP PAM4 Чип быстро развивался в Китае за последние два года со скоростью 50 Гбит / с, с образцами в небольших партиях и хорошей тестовой производительностью. Продукты 100 Гбит/с и 400 Гбит/с находятся в стадии исследований и разработок.

Классификация устройствКлючевой чипПредставитель производителя
10km40km
Оптический чип53 Гбод EMLMitsubishi, SEDI, Lumentum, Broadcom, NeoPhotonicsMitsubishi, SEDI, Lumentum, Broadcom, NeoPhotonics
PIN-код 53 ГбодКиосеми, GCS, Альбис_
53 Гбод APD_Macom
Электрический чип53 Гбод линейный TIAИнфи, Семтех, МакомИнфи, Семтех, Маком
DSPИнфи、BroadcomИнфи、Broadcom

Таблица 10: 100 Гбит/с, 10/40 км, базовое оптоэлектронное чиповое устройство оптического модуля

Классификация устройствКлючевой чипПредставитель производителя
10km40km
Оптическое устройство53 Гбод
CWDM ЕМЛ
Mitsubishi, SEDI, люментум, Broadcom, NeoPhotonics_
53 Гбод
nLWDM ОЛС
_Mitsubishi, SEDI, люментум, Broadcom, NeoPhotonics
PIN-код 53 ГбодКиосеми,ГКС,Альбис_
53 Гбод APD_Macom
Электрический чип53 Гбод линейный TIAИнфи, Семтех, МакомИнфи, Семтех, Маком
DSPИнфи, БродкомИнфи, Бродком

Таблица 11: 400 Гбит/с, 10/40 км, базовое оптоэлектронное чиповое устройство оптического модуля

С точки зрения применения и развертывания оптические модули 100 Гбит/с LR1 и 400 Гбит/с LR4 в основном достигли зрелости, и поставки постепенно увеличиваются в зависимости от рыночного спроса; Ожидается, что 100 Гбит/с ER1 и 400 Гбит/с ER4 станут коммерчески доступными в середине 2022 года. Оптические модули 100/400 Гбит/с, основанные на одноволновой технологии 100 Гбит/с, также начали занимать важное место в планах развертывания операторов и интеграции поставщиков оборудования, и в ближайшие несколько лет на них будет большой спрос. В соответствии с режимом несущей сети операторов оптические модули 30/40 км в основном используются в беспроводных сценариях средней и обратной связи. Когда ER100 со скоростью 1 Гбит/с получит преимущество в цене, она станет сильным конкурентом существующему ER100 со скоростью 4 Гбит/с. В будущем рынок может поддерживать требования к сигналу OTN 400 Гбит/с на основе поддержки приложений Ethernet, и необходимы дальнейшие обсуждения для расширения области применения ER100 1 Гбит/с и ER400 4 Гбит/с.

(3) оптический модуль 50/100/400 Гбит/с, 80–120 км

Для расстояния передачи 80–120 км когерентная технология DWDM может решить проблему дисперсии канала с помощью DSP, снизить требования к отношению оптического сигнала к шуму и обеспечить хорошую производительность. Чтобы еще больше снизить энергопотребление, стоимость и занимаемое пространство, отрасль также активно изучает решения DWDM для цветного и серого света с технологией прямой модуляции и обнаружения для дальности передачи 80–120 км.

РешенияКод модуляцииДиапазон волнРазнос каналовНомер каналаТип ФЭККомпенсация дисперсии ЭнергоэффективностьЕмкость волокнаФактор формыОтносительная стоимость
Цветной светслаженность100G ДКПСКC100 GHz48/96CFECFEC 18 Вт/100 г4.8/9.6 Тбит/сКСФП-ДД/
CFP2-DCO/
CFP
3
400Г 16КАМC100 GHz48CFECFEC 5 Вт/100 г19.2 Тб / сКСФП-ДД/
CFP2-DCO/
ОСФП/
ЦФП-16Л
8
Прямая модуляция
и обнаружение
50G PAM4C50 GHz80КР4/КП4
/МФЭК/СФЭК
Компенсация внешней дисперсии
требуется свыше ±100 пс
4.5 Вт/100 г4 Тб / сQSFP281
100G PAM4C100 GHz80КР4/КП4
/МФЭК/СФЭК
Компенсация внешней дисперсии
требуется свыше ±40 пс
4.5 Вт/100 г8 Тб / сQSFP281.5
Серый светПрямая модуляция
и обнаружение
4X25G НРЗO__KR4 Компенсация дисперсии не требуется6.5 Вт/100 г100 Gb / sQSFP280.5

Таблица 12:Сравнение технических решений 100G/400G 80~120км

Вывод:

Быстрое развитие и строительство центров обработки данных привнесли новые возможности и жизнеспособность на рынок оптических модулей. В то же время они также предъявляют новые требования и предъявляют более высокие требования к оптическим модулям, таким как высокая скорость, высокая производительность, низкое энергопотребление, низкая стоимость и интеллектуальность. Укрепление технологических инноваций, управление рыночными агломерациями и усиление поддержки промышленной базы являются эффективными средствами решения этих проблем. Все стороны в отрасли, а также в производственной цепочке вверх и вниз по течению должны объединить усилия и способствовать скоординированному прогрессу. С точки зрения технологических инноваций, НИОКР и инновации технологий, таких как новые материалы, новые конструкции, новые процессы, новая упаковка и новые полосы частот, используются для удовлетворения новых требований к оптическим модулям в различных сценариях применения.

Оставьте комментарий

Наверх