Koji optički prijemnici osiguravaju brz prijenos podataka?

Osnovna funkcija optičkih prijemnika u brzim mrežama

U skladu s člankom 6. stavkom 2.

Optički prijemnici djeluju kao posrednici između električne mreže i tih tankih vlakana stakla koje nazivamo optičkim vlaknima. Ovi mali konji za rad uzimaju električne signale i pretvaraju ih u prave svjetlosne impulse kroz laserske diode, a zatim prevrnu cijelu stvar na drugom kraju gdje fotodetektorovi uzimaju svjetlost i pretvaraju je natrag u struju. Ova dvosmerna ulica nam omogućuje da šaljemo ogromne količine podataka preko mreža vlakana na nevjerojatnim brzinama. Održavanje tih signala čistih i netaknutih je jako važno. Zato se proizvođači oslanjaju na sofisticirane tehnike poput PAM4 modulacije u parovima s digitalnim signalnim procesorima. Te tehnologije se bore protiv stvari poput širenja signala (disperzije), gubitka signala (atenuiranja) i svih vrsta čudnih nelinearnih efekata koji mogu poremetiti prijenos. Čak i pri blistavo brzim brzinama od 400G i dalje, ovi sustavi uspijevaju zadržati bitne pogreške gotovo nepostojećim. Zamislite kako bi naši podatkovni centri i operacije umjetne inteligencije izgledali bez takvog preciznog elektro-optičkog inženjerstva. Mi bi bili zaglavili čekajući zauvijek za one velike prenose podataka za dovršetak.

Kako valna duljina, brzina prenosa podataka i udaljenost utječu na performanse

Učinkovitost i izvedivost primjene prijemnika zapravo se svode na tri ključna faktora koji rade zajedno - talasnu dužinu, brzinu prenosa podataka i udaljenost. Prilikom izbora valnih duljina, kompatibilnost s vrstama vlakana je vrlo važna. Za kraće udaljenosti, 850 nm se obično koristi s multimodnim vlaknima, koji obrađuju stvari poput 100G preko oko 100 metara. Ali za duže vožnje, inženjeri prelaze na 1550 nm s jednomodnim vlaknima, koji mogu gurati 400G signale na udaljenosti do oko 2 kilometra. Kako se brzine prenosa podataka povećavaju od 400G do 800G, ne postoji način da se izbjegne potreba za koherentnom optikom ili onim sofisticiranim PAM4 tehnologijama signalizacije. Međutim, to dolazi uz troškove povećanog potrošnje energije i veću osjetljivost na probleme na putanju prijenosa. Razdalja također postavlja prilično stroge granice. Većina 80km veza maksimalno na 200G zbog problema s hromatskom disperzijom i smanjenjem razine buke. S druge strane, kraće veze od 10 km zapravo mogu nositi brzine od 800G ako se primjenjuju odgovarajuće metode ispravke napake (FEC) i kompenzacija digitalne obrade signala (DSP). Dizajneri mreža u stvarnom svijetu provode puno vremena uravnotežujući ove konkurentske zahtjeve dok grade sustave koji se moraju skalairati i prilagoditi onome što im tržište vrši s vremenom.

Kritske komponente koje napajaju moderne optičke prijemnike

Laserske diode, fotodetektor i DSP: brzina i točnost

Današnji optički prijemnici ovisni su o tri glavna dijela koja rade zajedno: laserske diode, fotodetektor i ti sofisticirani digitalni signalni procesori koje nazivamo DSP-ovi. Laserske diode stvaraju ove stabilne, brze optičke signale, obično putem distribuirane tehnologije povratne informacije ili novijih uređaja silicijonske fotonike, što pomaže da se gubitak signala održava minimalnim pri slanju podataka putem kablova vlakana. Kad je riječ o fotodetektorima, većina sustava koristi PIN ili lavinu kako bi se ulazna svjetlost pretvorila u čiste električne signale. Ovi detektori moraju biti vrlo osjetljivi, a uz to i nisko buke, tako da podaci ostanu netaknuti. Zatim su tu DSP-ovi koji rade sve vrste složenih zadataka iza kulisa poput izjednačavanja signala u stvarnom vremenu, vraćanja vremenskog sata i dekodiranja korekcija FEC-a kako bi se riješili problemi koji se događaju tijekom prijenosa. Sve te komponente rade ruku pod ruku kako bi postigle nevjerojatne stope pogrešaka ispod 1E-15 bita čak i na udaljenosti preko 100 kilometara. I nemojmo zaboraviti na određene zahtjeve za kašnjenjem koji čine ove sustave ključnim za pokretanje modernih hiperskala podatkovnih centara i podršku našoj rastućoj 5G mrežnoj infrastrukturi.

Izazov 400G+ učinkovitosti: Ravnoteža snaga, topline i propusnosti

U skladu s člankom 4. stavkom 1. Svaki put kada se brzina prenosa podataka udvostruči, potreba za energijom skoči oko 60 do 70 posto, što pakira više toplote u te gusto prepunene portove prekidača. Ako se ne kontrolira, sve to dodatno vrućine uzrokuje da se signali iskrive, čini da se dijelovi ubrzano iscrpljuju i na kraju smanjuje pouzdanost sustava. Industrija je smislila nekoliko pristupa za rješavanje tih problema. Neki proizvođači integriraju mikro-kanalne radijatore, drugi primjenjuju adaptivne sustave upravljanja energijom koji mogu smanjiti potrošnju energije za oko 30 posto kada je promet lagan. Također, sve je više primjene silicijumske fotoničke tehnologije koja skraćuje te duge električne veze između komponenti, smanjujući gubitak signala i proizvodnju toplote. Na materijalima smo vidjeli poboljšanja. Laseri od indijum fosfida imaju bolju učinkovitost u odnosu na tradicionalne opcije. Svi ti napredci znače da moderni prijemnici mogu nositi do 400 Wats po rack jedinici, zadržavajući svoje unutarnje temperature ispod 50 stupnjeva Celzijusa, nešto što ispunjava toplinske standarde koje su postavili IEEE i OIF za neprekidne brze operacije.

U skladu s člankom 3. stavkom 1.

U skladu s člankom 3. stavkom 1. stavkom 2. U skladu s člankom 3. stavkom 1. točkom (a) ovog članka, "sistem" znači sustav koji je osposobljen za upravljanje sustavom.

SFP, QSFP, OSFP i QSFP-DD Skaliranje gustoće i brzine od 1G do 800G

SFP moduli su odlični za isporuku brzina u rasponu od 1G do 10G u kompaktnim obliknim faktorima koji dobro rade u mrežnim mrežama i pristupnim točkama gdje je prostor važan. Zatim imamo QSFP verzije koje pakiraju četiri trake zajedno, što ih čini pogodnim za podršku brzina do 100G u tim gusto pakiranim prekidačima koji se nalaze u većini modernih cloud podatkovnih centara. U pogledu onoga što slijedi, OSFP i QSFP-DD formati mogu nositi velike zahtjeve za propusnošću od 400G do čak 800G zahvaljujući svojoj arhitekturi s osam traka i boljim rješenjima za upravljanje toplinom. Ti noviji dizajni zapravo udvostručuju broj luka po jedinici stojala u usporedbi s starijim standardima QSFP28. Prema nedavnim nalazima na OFC 2023, ovaj napredak uspio je smanjiti potrošnju energije po gigabitu za oko 30%, što tvrtkama olakšava nadogradnju postojećih 100G infrastruktura prema ovim najsavremenijim 800G sustavima koji su optimizirani posebno za radna opterećenja umjetne inteligencije i stro

SR, LR, ER, ZR, DR, FR: Standardi za dekodiranje dosega za razmjene u stvarnom svijetu

Klasifikacije dosega pomažu nam da odredimo što možemo očekivati od različitih vrsta vlakana na različitim udaljenostima. Short Reach ili SR radi na udaljenostima manjim od 300 metara koristeći multimodno vlakno, koje se često nalazi u vezi opreme unutar stojala ili preko kampusa. Long Reach (LR) ide dalje, rukovodeći se poveznicama do 10 kilometara putem jednomodevnog vlakna, što ga čini idealnim za postavke mreža širom grada. Extended Reach (ER) vodi stvari još dalje do oko 40 km, dok se Long Haul (ZR) proteže do 80 km. Za ove duže dosega potrebne su jače lasere i bolje tehnike ispravljanja grešaka kako bi pravilno funkcionirale u mrežama i podmorskim kablima. Nedavno su se pojavile specijalizirane kategorije za moderne podatkovne centre. DR obično pokriva 500 metara poveznica između poslužitelja u arhitekturi leaf-a, dok FR pruža standardizirane specifikacije koje rade na različitim tipovima vlakana prema smjernicama IEEE 802.3, osiguravajući kompatibilnost između opreme različitih proizvođača.