"Internet" se ha convertido en una "necesidad" para la mayoría de la gente contemporánea. Todos a menudo ridiculizan este fenómeno. El centro de datos actual ya no es solo una o varias salas de computadoras, sino un grupo de clústeres de centros de datos. Para realizar el trabajo normal de varios servicios de Internet y mercados de aplicaciones, los centros de datos deben trabajar juntos. El intercambio masivo de información en tiempo real entre centros de datos crea la demanda de redes de interconexión de centros de datos, y la comunicación de fibra óptica se ha convertido en un medio necesario de interconexión.
A diferencia de los equipos tradicionales de transmisión de redes de acceso a telecomunicaciones, la interconexión de centros de datos requiere una transmisión de información mayor y más densa, lo que requiere que los equipos de conmutación tengan velocidades más altas, menor consumo de energía y más miniaturización. El factor central que determina si se pueden lograr estos rendimientos es el módulo transceptor de fibra óptica.
¿Qué es un módulo transceptor óptico?
La Red de Información utiliza principalmente fibra óptica como medio de transmisión, pero en la actualidad el cálculo y el análisis también deben basarse en señales eléctricas, y el módulo transceptor óptico es el dispositivo central que realiza la conversión fotoeléctrica.
Los componentes centrales del módulo de transceptor óptico se componen de transitor (submódulo de transmisión óptica), receptor (submódulo de recepción óptica), transceptor (módulo integrado de transceptor óptico), chip eléctrico, dispositivos pasivos como lentes, divisores y combinadores de vigas y composición de circuitos periféricos.
En el extremo de transmisión: la señal eléctrica se convierte en una señal óptica por El Transitor, y luego ingresa a la fibra óptica por el adaptador óptico. En el extremo receptor: la señal óptica en la fibra óptica es recibida por el receptor a través del adaptador óptico y se convierte en una señal eléctrica, y se envía a la unidad de cálculo para su procesamiento.
Diagrama esquemático del módulo transceptor óptico
Con el desarrollo de la tecnología de integración optoelectrónica, la forma de empaquetado del módulo del transceptor óptico también ha sufrido algunos cambios. En la etapa inicial de la industria del módulo de transceptor óptico, los principales fabricantes de equipos de telecomunicaciones desarrollaron sus propias interfaces, y las interfaces eran diversas y no universales, lo que resultó en la incapacidad de intercambiar módulos transceptores ópticos. Para el desarrollo de la industria de módulos transceptores ópticos, finalmente se creó el "Acuerdo de fuente múltiple (MSA)". Con el estándar MSA, comenzaron a surgir empresas que se enfocan de forma independiente en el desarrollo del transceptor, y la industria aumentó.
De acuerdo con la forma del paquete, el módulo de transceptor óptico se puede dividir en SFP, XFP, QSFP, CFP, etc.
L SFP (pequeño factor de forma enchufable) es un módulo transceptor de fibra compacto y enchufable estándar para aplicaciones de telecomunicaciones y comunicaciones de datos, que puede admitir una velocidad de transmisión de hasta 10Gbps.
L XFP (10 Gigabit Factor de forma pequeño enchufable) es un módulo transceptor de fibra enchufable de factor de forma pequeño estándar de velocidad de 10G que admite múltiples protocolos de comunicación, como 10G Ethernet, 10G de canal de fibra y SONETOC-192. Los transceptores XFP de fibra se pueden utilizar en los mercados de comunicaciones de datos y telecomunicaciones y proporcionan mejores características de consumo de energía que otros transceptores de 10Gbps.
L QSFP (Quad pequeño factor de forma enchufable) es un estándar de transceptor de fibra compacto y enchufable, utilizado principalmente para aplicaciones de comunicación de datos de alta velocidad. De acuerdo con la velocidad, QSFP se puede dividir en 1 × 40G QSFP, 4 × 10GQSFP +, 4 × 25G QSFP28 módulos ópticos, etc. QSFP28 se ha utilizado ampliamente en centros de datos globales.
L CFP (forma enchufable Centum gigabits) es un módulo de comunicación óptica de División de Longitud de onda densa que se basa en un estándar, con una velocidad de transmisión de hasta 100-400Gbps. El Tamaño del módulo transceptor de fibra CFP es mayor que el de SFP/XFP/QSFP, y generalmente se usa para transmisión de larga distancia, como redes de área metropolitana.
¿Cuáles son las aplicaciones del módulo de transceptor óptico en el centro de datos?
Las comunicaciones del centro de datos se pueden dividir en tres categorías según los tipos de conexión:
(1) desde el centro de datos al usuario, se genera por comportamientos de usuario terminal, como acceder a la nube para navegar por la web, enviar y recibir correos electrónicos y transmisiones de video;
(2) la interconexión del centro de datos, utilizada principalmente para la replicación de datos, el software y las actualizaciones del sistema;
(3) el interior del centro de datos, se utiliza principalmente para el almacenamiento de información, la generación y la minería. Según el pronóstico de Cisco, las comunicaciones internas del centro de datos representan más del 70% de las comunicaciones del centro de datos. El gran desarrollo de la construcción del centro de datos ha dado lugar al desarrollo de módulos de transceriver óptico de alta velocidad.
El tráfico de datos sigue creciendo, y la tendencia de los centros de datos grandes y planos promueve el desarrollo de módulos ópticos en dos aspectos:
L aumento en los requisitos de la tasa de transmisión
L AUMENTO en la demanda de cantidad
En la actualidad, la demanda del módulo transceptor óptico del centro de datos global ha cambiado de módulo transceptor óptico de 10/40G a módulo transceptor óptico de 100G/400G.
La trayectoria de evolución de los módulos ópticos de la nube de Alibaba
La tendencia a gran escala de los centros de datos ha llevado a un aumento en los requisitos de distancia de transmisión. La distancia de transmisión de la fibra multimodo está limitada por el aumento en la velocidad de la señal, y se espera que sea reemplazada gradualmente por fibra monomodo. El costo de un enlace de fibra óptica consta de dos partes: un módulo transceptor óptico y una fibra óptica. También hay diferentes soluciones aplicables para diferentes distancias. En términos de interconexión de media y larga distancia requerida para la comunicación del centro de datos, hay dos soluciones revolucionarias nacidas de MSA:
L PSM4 (modo único paralelo 4 carriles)
L CWDM4 (multiplexor de división de longitud de onda gruesa 4 carriles)
Entre ellos, el uso de fibra PSM4 es 4 veces mayor que el de CWDM4. Cuando la distancia de enlace es larga, el costo de la solución CWDM4 es relativamente bajo. De la siguiente tabla, podemos ver la comparación de soluciones de módulos ópticos 100G para centros de datos:
Hoy en día, la tecnología de implementación de los módulos transceptores ópticos 400G se ha convertido en el foco de la industria. La función principal de los módulos de transceptor óptico 400G es aumentar el rendimiento de los datos y maximizar el ancho de banda y la densidad de puertos del centro de datos. Su tendencia futura es lograr un rendimiento de integración y miniaturización de gran ganancia, bajo nivel de ruido para cumplir con los requisitos de aplicación de las redes inalámbricas de próxima generación y las comunicaciones de centros de datos a gran escala.
Los primeros módulos transceptores ópticos de 400G utilizaron el método de modulación de señal de 16 canales 25G NRZ (no retornado a cero, sin retorno a cero) y adoptaron el paquete cfp8. La ventaja es que puede tomar prestada la tecnología madura de modulación de señal de 25G NRZ en módulos transceptores ópticos de 100G, pero la desventaja es que se requieren 16 señales para la transmisión en paralelo, Y el consumo de energía y el volumen son relativamente grandes, lo que no es adecuado para aplicaciones de centro de datos. En el módulo óptico actual 400G, 8 canales 53G NRZ o 4 canales 106G PAM4 (modulación de amplitud de 4 pulsos, modulación de amplitud de pulso de 4 niveles) los métodos de modulación de señal se utilizan principalmente para realizar la transmisión de señal 400G.
En términos de empaquetado del módulo, se utiliza QSFP o QSFP-DD, los cuales pueden proporcionar 8 interfaces de señal eléctrica. En comparación, es más pequeño tamaño del paquete QSFP-DD, más adecuado para aplicaciones de centro de datos; El Tamaño del paquete QSFP es un poco más grande, más consumo de energía, más adecuado para aplicaciones de telecomunicaciones.
Soluciones de módulo transceptor óptico 100G/400G
Hemos introducido brevemente la implementación de módulos transceptores ópticos 100G y 400G. Los diagramas esquemáticos de las soluciones 100G CWDM4, 400G CWDM8 y 400G CWDM4 se pueden ver a continuación:
El esquema de 100G CWDM4
El esquema de 400G CWDM8
El esquema de 400G CWDM4
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