Optische Transceiver-Kerne für die Umwandlung von elektrischen in optische Signale

Optische Transceiver-Lösungen umfassen eine Vielzahl von Hardware-Komponenten und Design-Strategien, die die Umwandlung elektrischer Signale in optische Signale (und umgekehrt) ermöglichen, um Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung über Glasfasernetze zu gewährleisten. Diese Lösungen sind auf unterschiedliche Anwendungen abgestimmt, von kurzreichweitigen Verbindungen innerhalb von Rechenzentren (Data Center Interconnects, DCIs) bis hin zu langstreckigen Telekommunikationsverbindungen, und berücksichtigen dabei Anforderungen an Geschwindigkeit, Reichweite, Energieeffizienz und Skalierbarkeit des Netzwerks. Im Kern jeder optischen Transceiver-Lösung steht das Transceiver-Modul selbst, das in verschiedenen Gehäuseformen wie SFP (Small Form factor Pluggable), QSFP (Quad Small Form factor Pluggable) und CFP (C Form factor Pluggable) erhältlich ist. Jedes dieser Formate ist für spezifische Datenraten (10G, 40G, 100G, 400G, 800G) und Übertragungsdistanzen optimiert. Beispielsweise dominieren SFP+-Module im Bereich von 10G bei kurzreichweitigen Anwendungen (bis zu 10 km) in Unternehmensnetzen, während QSFP-DD-Module (Double Density) 400G und 800G für hochdichte Verbindungen in Rechenzentren unterstützen. Eine entscheidende Komponente dieser Lösungen ist die Wahl der optischen Technologie: VCSEL-Dioden (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) werden für kurzreichweitige Anwendungen (≤100 m) über Multimode-Faser (MMF) bevorzugt, da sie kostengünstig und energieeffizient sind, was sie ideal für interne Rechenzentrumverbindungen macht. Für größere Distanzen (≥1 km) über Singlemode-Faser (SMF) kommen hingegen Edge-Emitting-Laser (EELs) oder Distributed-Feedback-Laser (DFB-Laser) zum Einsatz, die eine höhere Leistung und engere Wellenlängentoleranzen bieten. Kogärente optische Transceiver, die fortschrittliche Modulationsverfahren wie QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) und 16 QAM (Quadrature Amplitude Modulation) nutzen, ermöglichen Terabit-Übertragungsraten über mehrere Tausend Kilometer in langstreckigen Telekommunikationsnetzen und maximieren die Faserbandbreite durch Dense Wavelength Division Multiplexing (DWDM). Die Energieeffizienz ist ein entscheidender Aspekt bei der Entwicklung moderner Lösungen: Beispielsweise arbeiten 400G-ZR-Transceiver mit weniger als 8 Watt, um die Wärmeentwicklung in dicht bestückten Rack-Umgebungen zu minimieren – eine wichtige Voraussetzung für Rechenzentren, die ihre Kühlkosten senken möchten. Ein effizientes thermisches Management, beispielsweise durch integrierte Kühlelemente und adaptive Leistungsregelung, gewährleistet eine stabile Leistung über den gesamten Temperaturbereich (5 °C bis 70 °C für Rechenzentren, 40 °C bis 85 °C für Außenanlagen im Telekommunikationsbereich). Die Kompatibilität mit Netzwerkprotokollen ist ein weiterer Grundpfeiler: Die Lösungen müssen Ethernet, Fibre Channel, InfiniBand und OTN (Optical Transport Network)-Standards unterstützen, um in bestehende Infrastrukturen integriert werden zu können. So bieten beispielsweise 100G-Transceiver für Unternehmensnetze oft Multispeed-Unterstützung (10G/25G/100G), um den Übergang von älteren Systemen zu erleichtern. Die Skalierbarkeit wird durch steckbare Designs ermöglicht, sodass Netzbetreiber Datenraten aktualisieren können, ohne ganze Systeme austauschen zu müssen – beispielsweise durch den Austausch von 100G-QSFP28-Modulen gegen 400G-QSFP-DD-Module in kompatiblen Switches. Neue Lösungen wie Co-Packaged Optics (CPO) integrieren Transceiver direkt mit Switch-ASICs (Application-Specific Integrated Circuits), um Latenzzeiten und Stromverbrauch zu reduzieren, und richten sich an die nächste Generation von 800G- und 1,6T-Netzen. Die Zuverlässigkeit wird durch Funktionen wie digitale Diagnoseüberwachung (DDM) gewährleistet, die Echtzeitdaten zu Temperatur, Spannung und Laserleistung liefert und somit vorausschauende Wartung ermöglicht. Die Einhaltung von Standards (z. B. IEEE 802.3 für Ethernet, ITU-T G.652 für Glasfaser) stellt die Interoperabilität innerhalb verschiedener Anbieterökosysteme sicher. Ob in Cloud-Rechenzentren, 5G-Basisstationen oder Unterseekabeln eingesetzt – optische Transceiver-Lösungen bilden das Rückgrat der modernen Hochgeschwindigkeitskommunikation und ermöglichen den nahtlosen Datenfluss, der die digitale Transformation antreibt.