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 взаимосвязи | Типичное расстояние | Типичные требования к оптическим модулям | ||||
---|---|---|---|---|---|---|
Последнее поколение | В настоящий момент | Следующее поколение | ||||
Сценарий 1 | Сервер в ТОР (в пределах дата-центра) | 2 м (внутри стойки) 30/50 м (поперек стеллажей) | в машинном зале | 25G АОС/DOC | 100G АОС/ЦАП | 200G АОС/ЦАП |
Сценарий 2 | ТЗ на Лист (в пределах дата-центра) | ≥70м/100м | внутри здания | 100 г SR4 | 400 г ср8/ср4.2 | 800 г ПСМ8/ПСМ4 |
Сценарий 3 | Лист к позвоночнику (в пределах дата-центра) | 500m / 2km | среди зданий | 100 Гб CWDM4 | 400 г ФР4/ДР4 | 800 г ФР4/ПСМ4 |
Сценарий 4 | Среди дата-центров | 80-120m | среди кампусов | 100G DWDM | 400G 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.
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 модулей | Форм-фактор | Скорость оптического интерфейса Gb / s | Скорость электрического интерфейса Gb / s | Расстояние передачи | Количество волокон | Типичная потребляемая мощность | |
---|---|---|---|---|---|---|---|
100Gb / s | VR | QSFP28 | 100 | 100 | 30 / 50m | 1 | <3.5W |
SR4 | 4 × 25 | 4 × 25 | 70 / 100m | 4 | |||
PSM4 | 4 × 25 | 4 × 25 | 500m | 4 | |||
CWDM4 | 4 × 25 | 4 × 25 | 2km | 1 | |||
LR4 | 4 × 25 | 4 × 25 | 10km | 1 | |||
200Gb / s | VR2 | QSFP56 | 2 × 100 | 2 × 100 | 30 / 50m | 2 | <6.5W |
SR4 | 4 × 50 | 4 × 50 | 70 / 100m | 4 | |||
FR4 | 4 × 50 | 4 × 50 | 2km | 1 | |||
LR4 | 4 × 50 | 4 × 50 | 10km | 1 | |||
400Gb / s | VR4 | КСФП-ДД/ОСФП | 4 × 100 | 4 × 100 | 30 / 50m | 4 | <12.0W |
SR8 | 8 × 50 | 8 × 50 | 100m | 8 | |||
SR4.2 | 8 × 50 | 8 × 50 | 100m | 4 | |||
DR4 | 4 × 100 | 4 × 100 | 500m | 4 | |||
FR4 | 4 × 100 | 4 × 100 | 2km | 1 | |||
LR4 | 4 × 100 | 4 × 100 | 10km | 1 | |||
800Gb / s | VR8 | КСФП-DD800 /ОСФП /QSFP224 /CPO | 8 × 100 | 8 × 100 | 30 / 50m | 8 | 16W |
PSM8 | 8 × 100 | 8 × 100 | 70 / 100m | 8 | |||
DR8 | 8 × 100 | 8 × 100 | 500m | 8 | |||
DR4 | 4 × 200 | 8 × 100 | 500m | 4 | |||
2×ФР4 | 8 × 100 | 8 × 100 | 2km | 2 | |||
FR4 | 4 × 200 | 8 × 100 | 2km | 1 |
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.
Оценить | Форм-фактор | Расстояние передачи | Технология обнаружения | Режим модуляции | Справочный стандарт/спецификация |
---|---|---|---|---|---|
100Gb / s | CFP2 | 80-120km | слаженность | QPSK | Открыть ZR + |
QSFP28 | 80-120km | Прямая модуляция и обнаружение | PAM4 | ЦветZ | |
QSFP28 | 80km | Прямая модуляция и обнаружение | NRZ | _ | |
400Gb / s | QSFP-DD | 80-120km | слаженность | 16QAM | ОИФ 400ЗР |
800Gb / s | КСФП-DD800 | 10km | слаженность | 16QAM | ОИФ 800LR |
КСФП-DD800 | 80-120km | слаженность | 16QAM | ОИФ 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.
Гайдлайн | Область | Рабочая длина волны | Расстояние | |
---|---|---|---|---|
100G ВР | ИЭЭЭ 802.3дб | в стадии исследования | 842-948nm | 30 м (ОМ3) 50 м (ОМ4/5) |
100G СР | ИЭЭЭ 802.3дб | в стадии исследования | 844-863nm | 60 м (ОМ3) 100 м (ОМ4/5) |
100G др. | IEEE 802.3cd-2018 | опубликовано | 1304.5-1317.5nm | 500m |
100 г FR1 | IEEE 802.3cu-2021 100G Lambda MSA (100G-FR и 100G-LR Технические характеристики Ред. 2.0) | опубликовано | 1304.5-1317.5nm | 2km |
100 г LR1 | опубликовано | 1304.5-1317.5nm | 10km | |
100Г ЛР1-20 | 100G Lambda MSA (100G-LR1-20,100G-ER1-30 and 100G-ER1-40 Технические характеристики Ред. 1.1) | опубликовано | 1304.5-1317.5nm | 20km |
100Г ЭР1-30/40 | опубликовано | 1308.09-1310.19nm | 30 / 40km | |
400 г ВР4 | ИЭЭЭ 802.3дб | в стадии исследования | 824-948nm | 30 м (ОМ3) 50 м (ОМ4/5) |
400 г SR4 | ИЭЭЭ 802.3дб | в стадии исследования | 844-863nm | 60 м (ОМ3) 100 м (ОМ4/5) |
400 г DR4 | IEEE 802.3bs-2017 | в стадии исследования | 1304.5-1317.5nm | 500m |
400 г FR4 | IEEE 802.3cu-2021 100G Lambda MSA (Технические характеристики 400G-FR4, версия 2.0) | опубликовано | 1264.5-1277.5nm 1284.5-1297.5nm 1304.5-1317.5nm 1324.5-1337.5nm | 2km |
400Г ЛР4-6 | IEEE 802.3cu-2021 | опубликовано | 1264.5-1277.5nm 1284.5-1297.5nm 1304.5-1317.5nm 1324.5-1337.5nm | 6km |
400Г ЛР4-10 | 100G Lambda MSA (400G-LR4-10 Техническая спецификация Версия 1.0) | опубликовано | 1264.5-1277.5nm 1284.5-1297.5nm 1304.5-1317.5nm 1324.5-1337.5nm | 10km |
400G ER4 | 100G Lambda MSA | в стадии исследования | нЛВДМ | 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.
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-решение | DML-решение | Решения кремниевой фотоники | |
---|---|---|---|
Потребляемая мощность | Умеренная | Низкий | Умеренная |
Цена | Умеренная | Низкий | Зависит от проходимости по шкале |
Срок погашения | Высокий | Низкий | Умеренная |
Ключевые технологии | _ | Линейный DML с высокой пропускной способностью, драйвер DML | Модулятор малой мощности |
Решение | CWDM4 | PSM4 или CWDM4 | PSM4 |
Количество косичек | 2 | 8 или 2 | 8 |
Сращивание волокна | ЛК/УКД/СН/МДК | МПО/ЛК/УКД/СН/МДК | МПО/УКД/СН/МДК |
Таблица 5: Сравнение технических решений 400 Гбит/с 500 м DR4
Оптический модуль DR400+ со скоростью 4 Гбит/с еще больше увеличивает дальность передачи до 2 км, в настоящее время основным решением является решение EML. Оптические модули 100 Гбит/с DR и 100 Гбит/с FR1 в основном имеют форм-фактор QSFP28 и используются на расстоянии 500 м и 2 км. разрывной кабель сценарии 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.
Тип | Фактор формы | Представитель отечественных и зарубежных производителей | |
---|---|---|---|
EML | Кремниевая фотоника/DML | ||
100G др. | КСФП28/СФП56-ДД | Cisco, Juniper, FiberMall, II-VI | Intel |
100 г Пт | КСФП28/СФП56-ДД | Сиско, Можжевельник, Файбер Молл | Intel |
400 г DR4 | QSFP-DD | Cisco, Arista, Juniper, II-VI, FiberMall | Intel, II-VI, АОИ (DML) |
400 г ДР4+ | QSFP-DD | Broadcom | Intel |
400 г FR4 | QSFP-DD | Можжевельник,FiberMall,II-VI,Cisco,Ариста | _ |
Таблица 6. Типичные производители оптических модулей 100 Гбит/с DR/FR1 и 400 Гбит/с DR4/DR4+/FR4
Классификация устройств | Ключевой чип | Представитель производителя | |
---|---|---|---|
500m | 2km | ||
Оптический чип | Детектор 53 Гбод | Broadcom, GCS | Broadcom, GCS |
53 Гбод лазер | Люментум, II-VI, АОИ (DML) | Mitsubishi, Lumentum, Broadcom (EML) | |
Электрический чип | 53 Гбод линейный TIA | Inphi, Broadcom, Semtech, Macom | Inphi, Broadcom, Semtech, Macom |
Линейный драйвер 53 Гбод | Inphi, Broadcom, Semtech, Macom | Inphi, Broadcom, Semtech, Macom | |
DSP | Инфи、Broadcom | Инфи、Broadcom | |
Интегрированный чип кремниевой фотоники | Интел, Акаика, Рокли | Интел, 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 модуля | Фактор формы | Электрический интерфейс | Оптический интерфейс | Оптический чип | Форм-фактор OSA |
---|---|---|---|---|---|
100 Гбит/с LR1 | QSFP28 | 4x25G НРЗ | 1x 100G PAM4 | ЭМЛ+ ПИН-код | В КОРОБКУ |
100 Гбит/с ER1 | QSFP28 | 4x25G НРЗ | 1x 100G PAM4 | ЭМЛ+ АПД | В КОРОБКУ |
400 Гбит/с LR4 | QSFP-DD | 8x50G ПАМ4 | 4x 100G PAM4 | ЭМЛ+ ПИН-код | УДАР/КОРОБКА |
400 Гбит/с ER4 | QSFP-DD | 8x50G ПАМ4 | 4x 100G PAM4 | ЭМЛ+ 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.
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.
Тип | Фактор формы | Представители производителей оптических модулей | |
---|---|---|---|
Герметичность | Негерметичность | ||
100 г LR1 | QSFP28 | CIG, FiberMall, Juniper, АОИ, Cisco | II-VI |
100G ER1 | QSFP28 | Сифотоники, AOI, FiberMall | _ |
400 г LR4 | QSFP-DD | SEDI, Juniper, FiberMall, АОИ | Молекс, CIG, II-VI |
400G ER4 | QSFP-DD | FiberMall, 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 устройств | Ключевой чип | Представитель производителя | |
---|---|---|---|
10km | 40km | ||
Оптический чип | 53 Гбод EML | Mitsubishi, SEDI, Lumentum, Broadcom, NeoPhotonics | Mitsubishi, SEDI, Lumentum, Broadcom, NeoPhotonics |
PIN-код 53 Гбод | Киосеми, GCS, Альбис | _ | |
53 Гбод APD | _ | Macom | |
Электрический чип | 53 Гбод линейный TIA | Инфи, Семтех, Маком | Инфи, Семтех, Маком |
DSP | Инфи、Broadcom | Инфи、Broadcom |
Таблица 10: 100 Гбит/с, 10/40 км, базовое оптоэлектронное чиповое устройство оптического модуля
Классификация устройств | Ключевой чип | Представитель производителя | |
---|---|---|---|
10km | 40km | ||
Оптическое устройство | 53 Гбод CWDM ЕМЛ | Mitsubishi, SEDI, люментум, Broadcom, NeoPhotonics | _ |
53 Гбод nLWDM ОЛС | _ | Mitsubishi, SEDI, люментум, Broadcom, NeoPhotonics | |
PIN-код 53 Гбод | Киосеми,ГКС,Альбис | _ | |
53 Гбод APD | _ | Macom | |
Электрический чип | 53 Гбод линейный TIA | Инфи, Семтех, Маком | Инфи, Семтех, Маком |
DSP | Инфи, Бродком | Инфи, 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.
Решение | Код модуляции | Диапазон волн | Разнос каналов | Номер канала | Тип ФЭК | Компенсация дисперсии | Энергоэффективность | Емкость волокна | Фактор формы | Относительная стоимость | |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Цветной свет | слаженность | 100G ДКПСК | C | 100 GHz | 48/96 | CFEC | FEC | 18 Вт/100 г | 4.8/9.6 Тбит/с | КСФП-ДД/ CFP2-DCO/ CFP | 3 |
400Г 16КАМ | C | 100 GHz | 48 | CFEC | FEC | 5 Вт/100 г | 19.2 Тб / с | КСФП-ДД/ CFP2-DCO/ ОСФП/ ЦФП-16Л | 8 | ||
Прямая модуляция и обнаружение | 50G PAM4 | C | 50 GHz | 80 | КР4/КП4 /МФЭК/СФЭК | Компенсация внешней дисперсии требуется свыше ±100 пс | 4.5 Вт/100 г | 4 Тб / с | QSFP28 | 1 | |
100G PAM4 | C | 100 GHz | 80 | КР4/КП4 /МФЭК/СФЭК | Компенсация внешней дисперсии требуется свыше ±40 пс | 4.5 Вт/100 г | 8 Тб / с | QSFP28 | 1.5 | ||
Серый свет | Прямая модуляция и обнаружение | 4X25G НРЗ | O | _ | _ | KR4 | Компенсация дисперсии не требуется | 6.5 Вт/100 г | 100 Gb / s | QSFP28 | 0.5 |
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.
Сопутствующие товары:
-
Mellanox MMA1T00-VS Совместимый модуль оптического приемопередатчика 200G Ethernet QSFP56 SR4 PAM4 850 нм 100 м MTP/MPO APC OM3 FEC $200.00
-
Mellanox MMS1W50-HM совместимый 200G InfiniBand HDR QSFP56 FR4 PAM4 CWDM4 2 км LC SMF FEC модуль оптического трансивера $650.00
-
Mellanox QMMA1U00-WS совместимый 400G QSFP-DD SR8 PAM4 850nm 100m MTP / MPO OM3 FEC модуль оптического трансивера $180.00
-
Cisco QDD-400G-DR4-S совместимый 400G QSFP-DD DR4 PAM4 1310 нм 500 м MTP / MPO SMF FEC модуль оптического приемопередатчика $450.00
-
Cisco QDD-400G-FR4-S совместимый 400G QSFP-DD FR4 PAM4 CWDM4 2 км LC SMF FEC модуль оптического приемопередатчика $600.00
-
Cisco QDD-4X100G-LR-S совместимый 400G QSFP-DD PLR4 PAM4 1310 нм 10 км MTP / MPO-12 SMF FEC модуль оптического приемопередатчика $1000.00
-
Q28-2DW2324-80C 100G DWDM QSFP28 PAM4 80 км C23 C24 100 ГГц CS DDM оптический трансивер $1600.00
-
Cisco CFP2-WDM-DETS-1HL = совместимый 200G Coherent CFP2-DCO настраиваемый модуль оптического трансивера C-диапазона $7000.00
-
Mellanox MCP1650-H01AE30 Совместимый 1.5-метровый (5 футов) Infiniband HDR 200G QSFP56 — QSFP56 PAM4 Пассивный медный твинаксиальный кабель прямого подключения $65.00
-
QSFP-DD-200G-AOC-10M 10 м (33 фута) 200G Активный оптический кабель QSFP-DD - QSFP-DD $595.00