Оптикалық трансиверлер үшін қандай кабельді пайдалануға болады?

Кабель түрлерін оптикалық трансивер интерфейстерімен сәйкестендіру

SFP+, QSFP28, OSFP және COBO интерфейстері кабельдің сәйкестігін қалай анықтайды

SFP+, QSFP28, OSFP және COBO сияқты әртүрлі оптикалық трансивер интерфейстері физикалық кеңістік, электрлік қосылулар және жылу басқару саласында өзіндік нақты талаптарға ие болады, бұл барлығы қандай кабельдердің олармен жұмыс істеуіне мүмкіндік беретінін анықтайды. SFP+ порттары 10 Гбит/с пен 25 Гбит/с арасындағы жылдамдықтарды қолдайды және LC дуплексты оптикалық талшық немесе көпшілік адамдарға белгілі пассивті немесе активті Direct Attach Copper (DAC) кабельдерін қабылдайды. 100 Гбит/с үшін QSFP28-ге көшу MPO-12 оптикалық талшық немесе өте дәл импедансты сәйкестендіруді талап ететін DAC кабельдерімен жұмыс істеуді білдіреді. Содан кейін 400 Гбит/с пен 800 Гбит/с арасындағы өте жоғары жиілікті қолдау үшін тереңірек розеткалар мен жақсартылған суыту жүйелерін қолданатын жаңа OSFP стандарты келеді. Бұлар MPO-16 кабельдерін немесе әрбір канал бойынша 56 Гбит/с-тан астам жылдамдықты қолдай алатын арнайы twinax мыс кабельдерін талап етеді. Соңында, Consortium for On-Board Optics (COBO) деп қысқартылатын COBO стандарты барлық ілгекті коннекторларды мүлдем жою арқылы бұл бағытты одан әрі дамытады. Орнына оптикалық компоненттер коммутатордың басқару платасына (PCB) тікелей интеграцияланады, яғни техниктерге өрісте бөлшектерді алмастыру орнына арнайы жасалған плата деңгейіндегі кабельдер қажет болады. Мысалы, OSFP кабелін QSFP28 портына мәжбүрлеп қосу компоненттердің өлшемдік айырымы салдарынан жиі құрылғылардың зақымдануына әкеледі — бұл OSFP MSA Specification нұсқасы 3.0-да айқын көрсетілген.

Электрлік пен оптикалық сигналдың сапасы: Неге кабельді таңдау байланыс бюджеті мен BER-ге әсер етеді

Сигналдың бүтіндігін сақтауда кабельдерді таңдау елеулі рөл атқарады, әсіресе байланыс бюджеті мен бит қателерінің жиілігі (BER) жағдайында. Мыс тікелей қосылатын кабельдер (DAC) әдетте қатты енгізу шығынына ұшырайды, мысалы, 25 Гбит/с жылдамдықта ол километрде шамамен 30 дБ-ге жетеді. Бұл мыс кабельдер электромагниттік кедергілерге (EMI) оңай ұшырайды, сондықтан олардың сенімді жұмыс істеу арақашықтығы максимум 7 метрге дейін шектеледі. Оптикалық талшық сигналдың шығыны бойынша әлдеқайда жақсы көрсеткіштер көрсетеді. Бір режимді талшық (SMF) әдетте километрде шамамен 0,4 дБ шығын көрсетеді, ал көп режимді талшық (MMF) белгілі бір талшық сорттары мен жұмыс толқын ұзындығына байланысты километрде жалпы алғанда 2,5–3,5 дБ аралығында болады. Дегенмен, MMF-тың жоғары жылдамдықтардағы кемшілігі бар — 25 Гбит/с асқан кезде, әсіресе арақашықтық 100 метрден асқан кезде, модалық дисперсия BER мәселелеріне негізгі үлес қоса бастайды. 2023 жылы IEEE Photonics Journal журналында жарияланған соңғы зерттеулер 150 метр аралықта 400 Гбит/с жылдамдықта OM5 талшығының BER-ді ескі OM3 талшығымен салыстырғанда шамамен 60%-ға төмендететінін көрсетті. Бұл талшықтың жолақ ені сипаттамалары, дисперсиялық қасиеттері мен трансиверлердің нақты сезімталдығы арасындағы күрделі өзара әрекеттестікті көрсетеді. Жалпы сигнал шығыны трансивердің қабылдай алатын шегінен асып кеткен кезде (мысалы, кеңінен қолданылатын QSFP28 модульдері қабылдау үшін кемінде −12 дБм сигнал күшін талап етеді), артық кабель шығындары немесе шағылулардың туғызатын дрожжание сияқты проблемалар пайда болады. Нәтижесінде пакеттер толығымен жоғалады. Сондықтан инженерлер жүйелерді бағалаған кезде тек негізгі деректер жылдамдығына ғана назар аудармауы керек. Олар әдетте жарияланған жылдамдық мүмкіндіктеріне негізделуге емес, алдымен өндірушінің белгілеген байланыс бюджеті талаптары мен сәйкестік сынақ стандарттарына сәйкес келетін, сондай-ақ олардың орындалуын тексеретін нақты кабель параметрлерін — олардың орын алу деңгейін, кері шығын өлшемдерін және дисперсияны — тексеруі керек.

Оптикалық таратқыш-қабылдағыш байланыстары үшін талшықты оптикалық кабельдер

Бір режимді талшық (SMF) және көп режимді талшық (MMF): қашықтық, жолақ ені және дисперсия арасындағы компромисс

Оптикалық байланыс желілерін 300 метрден аса қашықтыққа қарастырған кезде, біррежімді талшық (SMF) пен көпрежімді талшық (MMF) арасында таңдау негізінен үш негізгі факторға байланысты: сигналдың қанша қашықтыққа жетуі керек, жүйе қандай дисперсияны шыдай алады және бюджеттік тұрғыдан қандай шешім тиімді. SMF-тің өте кішкентай ядросы шамамен 8–10 микрометр болады, сондықтан ол бір ғана таралу режимін ғана өткізеді. Бұл айтарлықтай модалық дисперсия мәселелерін жояды және сигналдарды ретрансляторларсыз 100 километрден аса қашықтыққа жеткізуге мүмкіндік береді; осы себепті телекоммуникациялық компаниялар мен метрополитендік желілердің операторлары оған өте көп сенеді. Сонымен қатар, SMF 1550 нм толқын ұзындығында жұмыс істеген кезде шамамен 0,4 дБ/км деңгейінде өте төмен сіңіру коэффициентіне ие. Дисперсияны компенсациялау үшін арнайы модульдер немесе когерентті оптикалық технологиялар қолданылған кезде бұл қашықтықтар одан да арттырылуы мүмкін. Ал көпрежімді талшықтардың ядросы 50–62,5 микрометр аралығында әлдеқайда үлкен болады. Олар VCSEL негізіндегі трансиверлермен қосылуға жеңілдік береді, бірақ модалық дисперсия салдарынан пайда болатын қиындықтарға ұшырайды, бұл жұмыс істеу қашықтығын шектейді. Мысалы, OM4 талшығы 400G-SR8 жылдамдығында 150 метрге жетуі мүмкін, ал ескірген OM3 талшығы 70 метрден аса қашықтыққа жету қиындыққа ұшырайды. Екі талшық түрі де хроматикалық дисперсия мәселелерімен кездеседі, бірақ SMF-тің 1310 нм толқын ұзындығындағы тиімді жұмыс аймағы мен қалыптасқан компенсация әдістері оған өнімділік көрсеткіштері бойынша айтарлықтай артықшылық береді. Градуирленген индексті MMF да модалық таралуды жою үшін конструкциялық жақсартуларға сүйенеді, бірақ соңында көпжолды сигнал таралуына тән өзінен-өзі туындайтын жолақ ені мен қашықтық арасындағы компромисске тап болады.

Дерекқорлар орталығындағы оптикалық таратқыштарды орнату үшін OM3/OM4/OM5 көп режимді талшықтарды таңдау бағытнамасы

Мәліметтер орталықтары үшін 150 метрден аспайтын қашықтықтарға шектелген жағдайда OM3, OM4 және OM5 көп режимді талшықтары SR4, SR8 немесе SWDM4 сияқты параллель оптикалық трансиверлермен қолданылған кезде біртіндеп жақсарып отыратын өнімділік көрсетеді. Енді нақты көрсеткіштерге тоқталайық. OM3 10 Гбит/с Ethernet сигналдарын 300 метрге дейін беруге қабілетті, ал 40 немесе 100 Гбит/с Ethernet қосылуларын 100 метрге дейін қолдайды. OM4 бұл аралықтарды 10 Гбит/с Ethernet үшін шамамен 400 метрге, ал 40/100 Гбит/с Ethernet үшін 150 метрге дейін кеңейтеді, себебі оның тиімді модалдық жиіліктік жолағы (EMB) 4700 МГц·км құрайды. Содан кейін OM5 келеді — ол OM4 аппараттық құрғыларымен сәйкес келеді, бірақ қосымша мүмкіндіктер де ұсынады. OM5 850–953 нанометр аралығындағы толқын ұзындықтары арасындағы жиіліктік жолағын кеңейтеді, сондықтан 40–400 Гбит/с жылдамдықтарындағы қысқа толқындықтық бөліну бойынша көпплексілеу (SWDM) тек бір талшық жұбын пайдаланып, бірнеше талшық жұбын қажет етпей өткізуге болады. 953 нм толқын ұзындығында OM5-тің минималды тиімді модалдық жиіліктік жолағы 6000 МГц·км құрайды, сондықтан 400G-SWDM4 толық қызметі 150 метрлік қашықтықта азаятын талшық саны мен қарапайымдау кабельдік орналастырулармен жақсы жұмыс істейді. OM5 әдетте OM4-ке қарағанда шамамен 20 пайызға қымбат болса да, бұл инвестиция тиімді, өйткені ол желілерді кейіннен қымбат кабельдік қайта жабдықтау жобаларын қажет етпей, келешектегі трансивер технологияларына дайындайды. Бір нәрсе ескерілуі керек: дұрыс сәйкестендіру мұнда өте маңызды. Бұл талшық түрлерінің барлығы VCSEL-ге оптималдауға арналған көп режимді талшықтар сияқты белгілі бір трансивер излучаттарымен ұқыпты таңдалып, ескіріп қалған LED-дің сапасындағы нұсқалармен емес, сәйкестендірілуі керек. Сонымен қатар, дифференциалдық режимдік кешігу (DMD) салдарынан уақыт өте келе бит қателерінің жиілігі төмендейтінін болдырмау үшін орнату кезінде дұрыс толқын ұзындығын орнату маңызды.

Оптикалық трансиверлердің қысқа аралықты қосылулары үшін мысты кабельдер

7 метрден кем қашықтықтағы оптикалық трансиверлердің қосылулары үшін — мысалы, стойканың ішіндегі немесе көршілес шкафтар арасындағы байланыстар — мысты кабельдер бағасы, энергиялық тиімділік және қарапайымдылық саласында тартымды артықшылықтар береді. Олар оптикалық-электрлік түрлендірудің қажеттілігін жояды, ол сигналдың дәлдігін қолдану шегінде сақтай отырып, кешігу уақытын және компоненттер санын азайтады.

Тікелей қосылатын мысты (DAC) кабельдер: 7 метрге дейінгі баға, қуат және жылу шектері

DAC кабельдері SFP+ және QSFP28 сияқты енгізілетін трансивер модульдерімен бірге екі осьті мыс өткізгіштерін қосады, нәтижесінде өте төмен күдіктілікке ие пассивті қосылулар қамтамасыз етіледі. Бұл кабельдер оптикалық трансиверлер мен талшықты патч-кабельдерді жеке-жеке сатып алуға қарағанда порт басына шамамен 30–50 пайызға арзан болады. Олардың ішінде белсенді компоненттер болмағандықтан, DAC кабельдері қосымша электр энергиясын тұтырмайды және жылу шығармайды, бұл тығыз серверлік стойкалар мен коммутаторлар үшін суыту жүйелерін жобалауды әлдеқайда оңайлатады. Бірақ бұған бір шарт бар. Олар сигналдарды электрлік түрде жіберетіндіктен, жиіліктер көтерілген сайын сигналдың бұзылуы күшейеді, сонымен қатар көршілес сымдар арасындағы кедергі де мәселеге айналады. Бұл 25G NRZ жылдамдығында сенімді жұмыс істеу аралығын шамамен жеті метрге, ал 56G PAM4 қосылулары үшін — тек үш метрге дейін шектейді. Ал бес метрден асқан кезде электромагниттік кедергі нақты мәселе бола бастайды, әсіресе олар қосылып-ажыратылатын қоректендіру көздері немесе басқа радиожиілікті көздерге жақын орналасқан кезде. Сонымен қатар деректерді беру жылдамдығы мен кабель ұзындығы артқан сайын кабельдер өздері қызады, сондықтан көптеген өндірушілер толық қуатта үздіксіз жұмыс істеген кезде 25G-тен жоғары кабельдерге жылу шашуыштарын орнатуды ұсынады.

Белсенді оптикалық кабельдер (AOC): Төмен кешігу уақытына, ЭМИ-ға төзімді альтернативалар, кеңейтілген қашықтыққа ие

Белсенді оптикалық кабельдердің қосқыштарында электрлік сигналдарды кабельдің өзінің ортасында жарыққа түрлендіретін VCSEL және фотодиодтар сияқты кішкентай оптикалық компоненттер бар. Бұл олардың қарапайым «қос-жұмыс істейді» функциясын сақтай отырып, әдеттегі DAC кабельдеріне қарағанда көп ұзақ қашықтыққа дейін (деректердің берілу жылдамдығы мен қолданылатын сигнал модуляциясына байланысты) — 30 метрден 100 метрге дейін — жетуін білдіреді. Бұл кабельдердің латенттілігі өте төмен болып, кешігу 0,5 наносекундтан аз. Сонымен қатар, олар электромагниттік кедергілерге төзімді. Сондықтан олар машиналармен толып тұрған өндірістік цехтар немесе қуатты радиожиілікті жабдықтардың жанындағы аймақтар үшін өте қолайлы. AOC кабельдері стандартты пассивті DAC кабельдеріне қарағанда шамамен 20–30 пайызға қымбат, бірақ уақыт өте келе олар жылу шығынын азайту арқылы құнын қайтарып береді. Олардың қуат тұтынуы әдетте 1,5–2,5 Вт құрайды, ал осындай жылдамдықтағы белсенді DAC кабельдерінде бұл көрсеткіш шамамен 3–4 Вт құрайды. Сонымен қатар, бұл кабельдер тербелістерге төзімдіріек және топырақтау мәселелеріне тәуелді емес, сондықтан олар әрбір микросекунд өнімділік үшін маңызды болатын жоғары жиілікті сауда жүйелері немесе шеттік есептеу орнатулары сияқты қолданыстар үшін ерекше тиімді.

Жиі қойылатын сұрақтар

SFP+, QSFP28, OSFP және COBO сияқты оптикалық трансивер интерфейстерімен сымдардың сәйкестігін анықтайтын негізгі факторлар қандай?

Сымдардың сәйкестігі физикалық кеңістік, электрлік қосылулар және әрбір оптикалық трансивер интерфейсіне тән жылу басқару талаптарына негізделеді. Компоненттердің өлшемдеріндегі айырымдарға байланысты жабдықтың зақымдануын болдырмау үшін дұрыс сым түрін пайдалану маңызды.

Меднен жасалған тікелей қосылатын кабельдер (DAC) сигналдың бүтіндігі бойынша оптикалық талшықпен қалай салыстырылады?

Меднен жасалған DAC-тар кіріс жоғалтуы жоғары болады және электромагниттік кедергіге төзімсіз, олардың жұмыс істеу қашықтығын шектейді. Біррежімді оптикалық талшықтар төмен сигнал жоғалтуы мен ұзақ қашықтықта жақсы өнімділік көрсетеді, ал көпрежімді талшықтар жоғары жылдамдықтарда дисперсияға ұшырайды.

Активті оптикалық кабельдердің (AOC) тікелей қосылатын меднен жасалған кабельдерге (DAC) қарағандағы артықшылықтары қандай?

Белсенді оптикалық кабельдер электрлік сигналдарды жарыққа айналдыру үшін кабель ішіндегі оптикалық компоненттерді пайдаланады, сондықтан олар электромагниттік кедергісіз ұзын қашықтықтарға берілетін сигналдарды қамтамасыз етеді. Олар төмен күштік кедергіні сақтайды және уақыт өте келе DAC-тарға қарағанда қуаттың тұтынулдығы мен жылу шығарылуы бойынша тиімдірек болып табылады.