Որո՞նք են օպտիկական տրանսցեպտորները, որոնք ապահովում են արագ տվյալների փոխանցումը

Օպտիկական տրանսցեպտորների հիմնական գործառույթը բարձրարագ ցանցերում

Էլեկտրականից օպտիկական փոխաпреարարում և սիգնալի ամբողջականության պահպանում

Օպտիկական տրանսցեպտորները հանդես են գալիս որպես էլեկտրական ցանցային սարքավորումների և այն բարակ ապակե թելերի միջև կապող օղակ, որոնք մենք անվանում ենք օպտիկական մանրաթելեր: Այս փոքրիկ, բայց աշխատասեր սարքերը վերցնում են էլեկտրական սիգնալները և դրանք վերածում լուսային իմպուլսների՝ օգտագործելով լազերային դիոդներ, ապա հակառակ գործընթացն իրականացնում են մյուս ծայրում, որտեղ լուսազգայուն սարքերը (ֆոտոդետեկտորները) ընդունում են լույսը և նորից վերափոխում էլեկտրական սիգնալների: Այս երկու ուղղությամբ հնարավորությունը մեզ թույլ է տալիս մեծ քանակությամբ տվյալներ ուղարկել մանրաթելային ցանցերով՝ արագությամբ, որը հիասքանչ է: Սիգնալների մաքրությունն ու ամբողջականությունը շատ կարևոր են: Դրա համար արտադրողները հենվում են բարդ տեխնիկական մեթոդների՝ օրինակ՝ PAM4 մոդուլյացիայի և թվային սիգնալների մշակման միկրոսխեմաների (DSP) վրա: Այս տեխնոլոգիաները պայքարում են սիգնալի տարածման (դիսպերսիա), սիգնալի թուլացման (ատենյուացիա) և այլ ոչ գծային երևույթների դեմ, որոնք կարող են խաթարել հաղորդագրությունները: Նույնիսկ 400 Գբ/վ և ավելի բարձր արագությունների դեպքում այս համակարգերը կարողանում են պահպանել բիթերի սխալների քանակը գրեթե զրոյական մակարդակում: Պատկերացրեք՝ ինչպիսին կլինեին մեր տվյալների կենտրոններն ու ԱԻ-ի գործառնությունները՝ առանց այս ճշգրիտ էլեկտրաօպտիկական ճարտարագիտության: Մենք անվերջ սպասելու կլինեինք, մինչև մեծ տվյալների փոխանցումները ավարտվեին:

Ինչպես են ալիքի երկարությունը, տվյալների փոխանցման արագությունը և հեռավորությունը փոխազդում միմյանց հետ՝ որոշելու համար արդյունավետությունը

Արդյունավետությունը և այդ սարքերի տեղադրման հնարավորությունը իրականում կախված են երեք հիմնական գործոնների համատեղ աշխատանքից՝ ալիքի երկարությունից, տվյալների փոխանցման արագությունից և հեռավորությունից: Ընտրելիս ալիքի երկարությունը շատ կարևոր է մագլցային թելերի տեսակների հետ համատեղելիությունը: Կարճ հեռավորությունների համար 850 նմ-ը սովորաբար օգտագործվում է բազմառեժիմային մագլցային թելերի հետ՝ ապահովելով, օրինակ, 100 Գբ/վ-ի արագություն մոտավորապես 100 մետր հեռավորության վրա: Սակայն երկար հեռավորությունների համար ինժեներները անցնում են 1550 նմ-ի և միառեժիմային մագլցային թելի օգտագործմանը, որը կարող է 400 Գբ/վ-ի արագությամբ ազդանշաններ փոխանցել մոտավորապես 2 կմ հեռավորության վրա: Երբ տվյալների փոխանցման արագությունը բարձրանում է 400 Գբ/վ-ից մինչև 800 Գբ/վ, անհրաժեշտ է կիրառել կամ կոհերենտ օպտիկական սարքավորումներ, կամ այսպես կոչված PAM4 սահմանային մոդուլյացիայի տեխնիկան: Սակայն դա ունի իր գնումը՝ ավելի մեծ էներգասպառում և ավելի մեծ խաթարումների նկատմամբ զգայունություն փոխանցման ճանապարհում: Հեռավորությունը նույնպես սահմանափակումներ է դնում: Շատ դեպքերում 80 կմ երկարությամբ միացումները սահմանափակվում են 200 Գբ/վ-ով՝ գունային դիսպերսիայի և աղմուկի մակարդակի իջեցման պատճառով: Իսկ հակառակ դեպքում՝ 10 կմ երկարությամբ կարճ միացումները կարող են իրականում ապահովել 800 Գբ/վ-ի արագություն՝ եթե կիրառվեն ճիշտ առաջադեմ սխալների ճշտման (FEC) մեթոդներ և թվային սիգնալի մշակման (DSP) համապատասխան համակարգեր:

Կրիտիկական բաղադրիչներ՝ ժամանակակից օպտիկական տրանսցեպտորների աշխատանքը հնարավորացնող

Լազերային դիոդներ, լուսադիոդային սարքեր և թվային սիգնալների մշակման սարքեր (DSP): Արագության և ճշգրտության հնարավորացում

Այսօրվա օպտիկական տրանսցեպտորները կախված են երեք հիմնական մասերի համատեղ աշխատանքից՝ լազերային դիոդներից, ֆոտոդետեկտորներից և այն բարդ թվային սիգնալների մշակման սարքերից (DSP), որոնք մենք անվանում ենք DSP-ներ: Լազերային դիոդները ստեղծում են այս կայուն և արագ օպտիկական սիգնալները, սովորաբար կամ բաշխված հետադարձ կապի տեխնոլոգիայի, կամ նորագույն սիլիցիումային ֆոտոնիկայի հիման վրա, ինչը օգնում է նվազագույնի հասցնել սիգնալի կորուստը տվյալների փոխանցման ժամանակ մանրաթելային կաբելներով: Ֆոտոդետեկտորների դեպքում մեծամասնության համակարգերը օգտագործում են կամ PIN, կամ ավալանշեր տիպի դետեկտորներ՝ մուտքային լույսը վերափոխելու համար մաքուր էլեկտրական սիգնալների: Այս դետեկտորները պետք է լինեն բավականին արձագանքող, միաժամանակ պահպանելով ցածր աղմուկի մակարդակ՝ որպեսզի տվյալները պահպանվեն անվնաս: Իսկ DSP-ները կատարում են բազմաթիվ բարդ խնդիրներ ֆոնում՝ իրական ժամանակում սիգնալների հավասարակշռում, ժամանակային հաճախականության վերականգնում և FEC ուղղումների վերծանում՝ փոխանցման ընթացքում առաջացած ցանկացած խնդրի լուծման համար: Բոլոր այս բաղադրիչները միասին աշխատելով հնարավորություն են տալիս հասնել այս հիասքանչ <1E-15 բիթի սխալի հաճախականության ցուցանիշներին՝ նույնիսկ 100 կիլոմետրից ավելի հեռավորություններում: Եվ մի մոռացեք նաև այն որոշակի ժամանակային արձագանքման պահանջների մասին, որոնք այս համակարգերը դարձնում են անհրաժեշտ ժամանակակից հիպերմասշտաբային տվյալների կենտրոնների գործարկման և մեր աճող 5G ցանցային ենթակառուցվածքի աջակցման համար:

400 Գբ/վ-ից ավելի էֆեկտիվության մրցույթը. Հզորության, ջերմության և սահմանային շարժառագացման հավասարակշռումը

400 Գբ/վրկ-ի սահմանային արժեքից վեր անցնելը ծանր խնդիրներ է առաջացնում ջերմության և էներգասպառման վերաբերյալ: Յուրաքանչյուր անգամ, երբ տվյալների փոխանցման արագությունը կրկնապատկվում է, էներգիայի պահանջը մոտավորապես 60–70 տոկոսով աճում է, ինչը ավելի շատ ջերմություն է առաջացնում այդ խիտ տեղադրված ս witches-ների մուտք-ելքերում: Եթե այս լրացուցիչ ջերմությունը չվերահսկվի, ապա այն առաջացնում է ազդանշանների ձևաբեկում, արագացնում է բաղադրիչների մաշվելը և, վերջապես, նվազեցնում է համակարգի հուսալիությունը: Արդյունաբերությունը մշակել է մի շարք մոտեցումներ՝ այս խնդիրները լուծելու համար: Որոշ արտադրողներ միավորել են միկրոալիքային ջերմահաղորդիչներ, մյուսները՝ հարմարվողական էներգակառավարման համակարգեր, որոնք թեթև ծանրաբեռնվածության դեպքում կարող են նվազեցնել էներգասպառումը մոտավորապես 30 տոկոսով: Ավելի մեծ տարածում է ստանում նաև սիլիցիումային ֆոտոնիկայի տեխնոլոգիան, որը կարճացնում է բաղադրիչների միջև երկար էլեկտրական միացումները՝ նվազեցնելով ինչպես ազդանշանների կորուստը, այնպես էլ ջերմության առաջացումը: Նյութերի ոլորտում նույնպես տեղի են ունենում բարելավումներ: Ինդիումի ֆոսֆիդից պատրաստված լազերները ունեն ավելի բարձր արդյունավետություն (wall plug efficiency), քան ավանդական տարբերակները: Բոլոր այս ձեռքբերումները նշանակում են, որ ժամանակակից տրանսցեպտորները կարող են մշակել մինչև 400 Վտ մեկ ռեյքի միավորում՝ միաժամանակ պահպանելով իրենց ներքին ջերմաստիճանը 50 °C-ից ցածր, ինչը համապատասխանում է IEEE և OIF կազմակերպությունների կողմից սահմանված ջերմային ստանդարտներին անընդհատ բարձր արագությամբ գործարկման համար:

Ձևաչափեր և ստանդարտներ. Օպտիկական տրանսցեպտորների համապատասխանեցումը ենթակառուցվածքի պահանջներին

Ճիշտ ձևաչափի ընտրությունը ապահովում է օպտիմալ պորտերի խտությունը, ջերմային կառավարումը և համատեղելիությունը զարգացող ենթակառուցվածքներում: Ստանդարտացված մեխանիկական և էլեկտրական ինտերֆեյսները՝ SFP-ից մինչև QSFP-DD՝ հնարավորություն են տալիս անմիջապես միացնել և օգտագործել սարքավորումները, միաժամանակ աջակցելով աստիճանաբար մեծացվող շառավղային ընդլայնման հնարավորություններին՝ առանց ամբողջական համակարգի վերակառուցման:

SFP, QSFP, OSFP և QSFP-DD — Խտության և արագության մեծացում 1 Գբ/վ-ից մինչև 800 Գբ/վ

SFP մոդուլները հիանալի են 1G-ից մինչև 10G արագություններ ապահովելու համար՝ կոմպակտ ձևաչափերով, որոնք լավ են աշխատում եզրային ցանցերում և մուտքի կետերում, որտեղ տարածքը կարևոր է: Այնուհետև մենք ունենք QSFP տարբերակներ, որոնք միասին ներառում են չորս գիծ, ինչը դրանք հարմար է դարձնում մինչև 100G արագություն ապահովելու համար այն խիտ տեղակայված կոմուտատորներում, որոնք հանդիպում են ժամանակակից ամպային տվյալների կենտրոնների մեծ մասում: Հետագա զարգացումներին նայելով՝ OSFP և QSFP-DD ձևաչափերը կարող են բավարարել 400G-ից մինչև նույնիսկ 800G թողունակության մեծ պահանջներ՝ շնորհիվ իրենց ութ գիծանի ճարտարապետության և ջերմության կառավարման ավելի լավ լուծումների: Այս նոր դիզայնները իրականում կրկնապատկում են դարակային միավորի մեկ պորտերի քանակը՝ համեմատած հին QSFP28 ստանդարտների հետ: OFC 2023-ում վերջերս կատարված ուսումնասիրությունների համաձայն, այս առաջընթացը կարողացել է կրճատել մեկ գիգաբիթում էներգիայի սպառումը մոտ 30%-ով, ինչը շատ ավելի հեշտացնում է ընկերությունների համար իրենց առկա 100G ենթակառուցվածքից անցնել այս առաջատար 800G համակարգերին, որոնք օպտիմիզացված են հատուկ արհեստական բանականության և մեքենայական ուսուցման աշխատանքային բեռների համար:

SR, LR, ER, ZR, DR, FR. Իրական աշխարհում տեղադրման համար հասանելիության ստանդարտների վերծանում

Հասանելիության դասակարգումները օգնում են որոշել, թե ինչ կարող ենք սպասել տարբեր մանրաթելերի տեսակներից տարբեր հեռավորություններում: Կարճ հասանելիություն (SR) աշխատում է 300 մետրից պակաս հեռավորությունների համար՝ օգտագործելով բազմառեժիմային մանրաթել, որը հաճախ օգտագործվում է սարքավորումների միջև միացումների համար կադրերում կամ համալսարանական համալիրներում: Երկար հասանելիություն (LR) հասնում է ավելի հեռու՝ համարձակվելով մինչև 10 կիլոմետր մեկռեժիմային մանրաթելով, ինչը դարձնում է այն գագաթնակետային քաղաքային ցանցերի համար իդեալական: Ընդարձակված հասանելիություն (ER) հեռացնում է սահմանները մինչև մոտավորապես 40 կմ, իսկ Երկար ճանապարհ (ZR) ձգվում է մինչև 80 կմ: Այս ավելի երկար հասանելիությունները պահանջում են ավելի հզոր լազերներ և ավելի բարելավված սխալների ուղղման տեխնիկա՝ ճիշտ աշխատելու համար հիմնական ցանցերում և ստորջրյա կաբելներում: Վերջերս ավելի շատ տարածվել են Տվյալների կենտրոնի հասանելիություն (DR) և Մանրաթելի հասանելիություն (FR) հասկացությունները՝ որպես ժամանակակից տվյալների կենտրոնների համար մասնագիտացված կատեգորիաներ: DR-ը սովորաբար ընդգրկում է 500 մետր երկարությամբ միացումներ սերվերների միջև՝ «spine-leaf» ճարտարապետության մեջ, իսկ FR-ը տրամադրում է ստանդարտացված սպեցիֆիկացիաներ, որոնք աշխատում են տարբեր մանրաթելերի տեսակների հետ՝ համաձայն IEEE 802.3 ստանդարտների, ապահովելով տարբեր արտադրողների սարքավորումների միջև համատեղելիություն: