EN
Жоғары жылдамдықты желілерде оптикалық трансиверлердің негізгі қызметі
Электрлік-оптикалық түрлендіру және сигналдың бүтіндігін сақтау
Оптикалық трансиверлер электрлік желілік жабдықтар мен біз оптикалық талшықтар деп атайтын өте жіңішке шыны талшықтар арасындағы «аралықшы» ретінде қызмет етеді. Бұл кішкентай, бірақ өте қуатты құрылғылар электрлік сигналдарды лазерлік диодтар арқылы нақты жарық импульстарына айналдырады, ал кері бағытта фотодетекторлар жарықты қабылдап, оны қайтадан электр энергиясына айналдырады. Бұл екі бағытты қарым-қатынас арқылы біз оптикалық талшық желілері арқылы өте жоғары жылдамдықпен үлкен көлемдегі деректерді жібереміз. Сигналдарды таза және бүтін ұстау — өте маңызды. Сондықтан өндірушілер PAM4 модуляциясы сияқты күрделі әдістер мен цифрлық сигналды өңдеу процессорларын (DSP) қолданады. Бұл технологиялар сигналдың таралуын (дисперсия), сигналдың әлсіреуін (аттенюация) және берілу процесін бұзуы мүмкін әртүрлі сызықты емес әсерлермен күреседі. Тіпті 400 Гбит/с және одан да жоғары жылдамдықтарда бұл жүйелер бит қателерін шамамен жоққа шығаруды қамтамасыз етеді. Егер біз дәл осындай электр-оптикалық инженерияның дәлдігінсіз қалсақ, деректер орталықтарымыз бен ЖИ қызметтері қандай болар еді? Біз үлкен көлемдегі деректерді жіберу аяқталғанша шексіз күтеміз.
Жиілік ұзындығы, деректерді беру жылдамдығы және қашықтық өзара әрекеттесіп, өнімділікті қалай анықтайды
Трансиверлерді орнатудың өнімділігі мен іске асу мүмкіндігі шыныменде толқын ұзындығы, деректер жылдамдығы және қашықтық деген үш негізгі факторға байланысты. Толқын ұзындығын таңдаған кезде талшық түрлерімен сәйкестік өте маңызды. Қысқа қашықтықтар үшін 850 нм толқын ұзындығы көбінесе көпрежімді талшықпен қолданылады және мысалы, шамамен 100 метр қашықтықта 100G деректерді өткізуге қабілетті. Ал ұзын қашықтықтар үшін инженерлер 400G сигналдарын шамамен 2 километр қашықтыққа дейін өткізуге қабілетті біррежімді талшықпен 1550 нм толқын ұзындығын қолданады. Деректер жылдамдығы 400G-ден 800G-ге дейін көтерілген сайын, когерентті оптика немесе PAM4 сигналдау әдістерін қолдану мәжбүрлікке айналады. Бірақ бұл қосымша шығындарға әкеледі: қуаттың көтерілуі және берілу жолындағы ақауларға сезімталдықтың артуы. Қашықтық факторы да өте қатаң шектеулер қояды. Хроматикалық дисперсия мен шу деңгейінің төмендеуі себепті көптеген 80 км желілері 200G-ге дейін ғана шыдайды. Ал қарама-қарсы жағдайда, 10 км қашықтықтағы қысқа желілер қажетті алдын-ала қателерді түзету (FEC) әдістері мен цифрлық сигналды өңдеу (DSP) компенсациясы қолданылса, 800G жылдамдықтарын өткізе алады. Шынайы әлемдегі желілерді жобалаушылар нарықтың уақыт өте келе қойған талаптарына сай масштабталатын және бейімделетін жүйелер құру барысында бұл қарама-қарсы талаптарды тепе-теңдікте ұстауға көп уақыт жұмсайды.
Қазіргі оптикалық трансиверлердің жұмысын қамтамасыз ететін маңызды компоненттер
Лазерлік диодтар, фотодетекторлар және DSP-лер: Жылдамдық пен дәлдікті қамтамасыз ету
Бүгінгі оптикалық трансиверлер үш негізгі бөліктің бірлесіп жұмыс істеуіне негізделген: лазерлік диодтар, фотодетекторлар және біз DSP деп атайтын осындай күрделі цифрлық сигналды өңдеушілер. Лазерлік диодтар әдетте таратылатын кері байланыс технологиясы немесе жаңартылған кремнийлік фотоника орнатулары арқылы тұрақты, жылдам оптикалық сигналдарды құрады, бұл деректерді талшықты кабельдер арқылы берген кезде сигналдың шығынын азайтады. Фотодетекторларға келгенде, көптеген жүйелер келіп түскен жарықты таза электрлік сигналдарға айналдыру үшін PIN немесе лавиналық типті детекторларды қолданады. Бұл детекторлар деректердің бүтіндігін сақтау үшін өте жауап беруге тиіс және шу деңгейін төмен ұстап тұруы керек. Ал DSP-лер артқы планда теңестіру процестерін нақты уақытта орындау, сағаттың уақытша параметрлерін қалпына келтіру және берілу кезінде пайда болған ақауларды түзету үшін FEC түзетулерін декодтау сияқты әртүрлі күрделі есептерді шешеді. Барлық бұл компоненттер 100 километрден астам қашықтықта да 1E-15-тен төмен бит қатесінің жиілігін қамтамасыз ету үшін қол қосып жұмыс істейді. Сонымен қатар, бұл жүйелердің заманауи гипермасштабты дерекқорларын жүргізу мен өсе келе жатқан 5G желісінің инфрақұрылымын қолдау үшін маңызды болатын анықталған кешігу талаптарын ұмытпау керек.
400 Гб/с+ тиімділік қиындығы: Қуат, жылу және жолақ енін теңестіру
400 ГБ-тан асатын өткел шектері жылу мен қуаттың тұтынуларында ауыр мәселелерге әкеледі. Әрбір рет деректердің берілу жылдамдығы екі есе артқан кезде қуаттың талаптары шамамен 60–70 пайызға өседі, бұл тығыз орналасқан коммутатор порттарына көбірек жылу жиналады. Бұл артық жылу ескерілмесе, сигналдар искаженияға ұшырайды, компоненттер тезірек тозады және нәтижесінде жүйенің сенімділігі төмендейді. Салада бұл мәселелерді шешу үшін бірнеше тәсіл ұсынылған. Кейбір өндірушілер микроканалды жылу шашуыштарын интеграциялауда, басқалары трафик аз болған кезде энергия тұтынуын шамамен 30 пайызға азайта алатын адаптивті қуат басқару жүйелерін енгізуде. Сонымен қатар, компоненттер арасындағы ұзын электрлік қосылыстарды қысқартатын кремний фотоникасы технологиясы да барынша кеңінен қолданыла бастады; бұл сигналдардың жоғалуын және жылу шығарылуын азайтады. Материалдар саласында да жетістіктерге қол жеткізілуде. Индий фосфидінен жасалған лазерлер дәстүрлі нұсқаларға қарағанда қабырғалық қуаттың пайдалы әсер коэффициенті бойынша жоғары көрсеткішке ие. Барлық осы жетістіктер заманауи трансиверлердің әрбір стойка бірлігіне дейін 400 Вт-қа дейін қуатты тасымалдауына және ішкі температураларын 50 °C-тан төмен ұстауына мүмкіндік береді — бұл IEEE және OIF стандарттарымен белгіленген жоғары жылдамдықта үздіксіз жұмыс істеуге арналған жылулық талаптарға сәйкес келеді.
Форма-факторлар мен стандарттар: оптикалық трансиверлерді инфрақұрылымның қажеттіліктеріне сәйкестендіру
Дұрыс форма-факторды таңдау порттың тығыздығын, жылу басқаруын және дамып келе жатқан инфрақұрылым бойынша өзара әрекеттестікті қамтамасыз етеді. SFP-тен QSFP-DD-ге дейінгі стандартталған механикалық және электрлік интерфейстер толық жүйені қайта жасамай-ақ постепенді түрде жоғары жылдамдыққа көшу мүмкіндігін беріп, «қосып-іске қосу» үйлесімділігін қамтамасыз етеді.
SFP, QSFP, OSFP және QSFP-DD — 1 Гб/с-тен 800 Гб/с-ке дейін тығыздық пен жылдамдықты кеңейту
SFP модульдары — кеңістік маңызды болғанда, шеттегі желілерде және қол жетімділік нүктелерінде жұмыс істейтін, 1 Гб/с-тан 10 Гб/с-қа дейінгі жылдамдықтарды қамтамасыз ететін компактты форматтағы модульдар. Содан кейін төрт каналды біріктіретін QSFP нұсқалары бар, олар қазіргі заманғы бұлтты дерекқорларының көпшілігінде орналасқан тығыз орналасқан коммутаторларда 100 Гб/с-қа дейінгі жылдамдықтарды қолдауға ыңғайлы. Келешектегі даму бағытын қарастырсақ, OSFP және QSFP-DD пішімдері — сегіз каналды архитектурасы мен жақсартылған жылу басқару шешімдері арқасында 400 Гб/с-тан 800 Гб/с-қа дейінгі өте жоғары сыйымдылықты қамтамасыз етеді. Бұл жаңа дизайндар QSFP28 стандарттарымен салыстырғанда стойка бірлігіндегі порттар санын екі есе арттырады. OFC 2023 конференциясындағы соңғы зерттеулерге сәйкес, бұл даму әр гигабитке кететін электр энергиясын шамамен 30% қысқартты, ол компанияларға өзінің қазіргі 100 Гб/с инфрақұрылымынан, әсіресе өнеркәсіптік интеллект пен машиналық оқыту жұмыс жүктемелері үшін оптимизацияланған, ең жаңа 800 Гб/с жүйелеріне ауысуын әлдеқайда оңайлатады.
SR, LR, ER, ZR, DR, FR: Шынайы әлемдегі орнатулар үшін қол жетімділік стандарттарын декодтау
Қашықтықтың деңгейлері әртүрлі талшық түрлерінің әртүрлі қашықтықтарда көрсететін нәтижелерін анықтауға көмектеседі. Қысқа қашықтық (SR) — бұл 300 метрден аз қашықтықтар үшін қолданылатын көпрежімді талшық арқылы жұмыс істейтін стандарт; ол әдетте стойкалар ішіндегі немесе кампустар арасындағы құрылғыларды қосу үшін қолданылады. Ұзын қашықтық (LR) одан да алысқа жетеді: бұл біррежімді талшық арқылы 10 километрге дейінгі қосылуларды қамтамасыз етеді және қалалық деңгейдегі желілерді құру үшін идеалды болып табылады. Кеңейтілген қашықтық (ER) қашықтықты тағы да арттырып, шамамен 40 км-ге жетеді, ал Ұзақ аралық (ZR) 80 км-ге дейін созылады. Бұл ұзақ қашықтықтардың жұмысы үшін қуатты лазерлер мен жақсартылған қателерді түзету әдістері қажет, өйткені олар арқа желілері мен теңіз асты кабельдерінде дұрыс жұмыс істеуі тиіс. Соңғы кездерде дерек қоры қашықтығы (DR) және талшық қашықтығы (FR) заманауи дерек қорлары үшін мамандандырылған категориялар ретінде пайда болды. DR әдетте «спайн–лиф» архитектурасындағы серверлер арасындағы 500 метрлік байланыстарды қамтиды, ал FR IEEE 802.3 бағдарламаларына сәйкес әртүрлі талшық түрлерінде жұмыс істейтін стандартталған сипаттамаларды ұсынады, сондықтан әртүрлі өндірушілердің құрылғылары арасында сәйкестік қамтамасыз етіледі.
