Mạch Thu Phát Quang Hạt Nhân Dùng Để Chuyển Đổi Tín Hiệu Điện Quang

Các giải pháp bộ thu phát quang bao gồm một loạt phần cứng và chiến lược thiết kế cho phép chuyển đổi tín hiệu điện sang tín hiệu quang (và ngược lại) nhằm truyền dữ liệu tốc độ cao qua các mạng cáp quang. Các giải pháp này được thiết kế phù hợp với nhiều ứng dụng khác nhau, từ các kết nối trung tâm dữ liệu tầm ngắn (DCIs) đến các tuyến truyền dẫn viễn thông khoảng cách xa, đáp ứng các yêu cầu về tốc độ, khoảng cách, hiệu suất năng lượng và khả năng mở rộng của mạng. Cốt lõi của bất kỳ giải pháp bộ thu phát quang nào là chính mô-đun thu phát đó, có sẵn dưới các dạng thức như SFP (Small Form factor Pluggable), QSFP (Quad Small Form factor Pluggable) và CFP (C Form factor Pluggable), mỗi loại được tối ưu hóa cho các tốc độ dữ liệu cụ thể (10G, 40G, 100G, 400G, 800G) và khoảng cách truyền dẫn. Ví dụ, các mô-đun SFP+ thống trị các ứng dụng 10G tầm ngắn (lên đến 10km) trong các mạng doanh nghiệp, trong khi các mô-đun QSFP DD (Double Density) hỗ trợ 400G và 800G cho các kết nối trung tâm dữ liệu mật độ cao. Một thành phần quan trọng trong các giải pháp này là lựa chọn công nghệ quang: các điốt VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) được ưa chuộng cho các ứng dụng cáp quang đa mốt (MMF) tầm ngắn (≤100m) nhờ chi phí thấp và hiệu suất năng lượng cao, khiến chúng lý tưởng cho các kết nối nội bộ trong trung tâm dữ liệu. Đối với các khoảng cách dài hơn (≥1km) trên cáp quang đơn mốt (SMF), các laser phát mép (EELs) hoặc laser phản hồi phân bố (DFB) được sử dụng, cung cấp công suất cao hơn và dung sai bước sóng hẹp hơn. Các bộ thu phát quang coherent, sử dụng các kỹ thuật điều chế tiên tiến như QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) và 16 QAM (Quadrature Amplitude Modulation), cho phép truyền dẫn quy mô terabit trên hàng nghìn km trong các mạng viễn thông khoảng cách xa, tối đa hóa băng thông cáp quang thông qua ghép kênh phân chia bước sóng mật độ cao (DWDM). Hiệu suất năng lượng là một yếu tố thiết kế quan trọng, với các giải pháp hiện đại (ví dụ: bộ thu phát 400G ZR) hoạt động dưới mức 8W để giảm thiểu nhiệt sinh ra trong các tủ rack mật độ cao – điều cần thiết đối với các trung tâm dữ liệu nhằm giảm chi phí làm mát. Quản lý nhiệt độ, bao gồm cả bộ tản nhiệt tích hợp và điều khiển công suất thích ứng, đảm bảo hiệu suất ổn định trong các dải nhiệt độ hoạt động (từ 5°C đến 70°C đối với các mô-đun trung tâm dữ liệu, từ 40°C đến 85°C đối với các thiết bị viễn thông ngoài trời). Tính tương thích với các giao thức mạng là một trụ cột khác: các giải pháp phải hỗ trợ các tiêu chuẩn Ethernet, Fibre Channel, InfiniBand và OTN (Optical Transport Network) để tích hợp được với cơ sở hạ tầng hiện có. Ví dụ, các bộ thu phát 100G cho mạng doanh nghiệp thường bao gồm hỗ trợ đa tốc độ (10G/25G/100G) để hỗ trợ việc nâng cấp từ các hệ thống cũ. Khả năng mở rộng được giải quyết thông qua thiết kế dạng cắm rời, cho phép các nhà khai thác mạng nâng cấp tốc độ dữ liệu mà không cần thay thế toàn bộ hệ thống – ví dụ, thay thế các mô-đun QSFP28 100G bằng các mô-đun QSFP DD 400G trong các bộ chuyển mạch tương thích. Các giải pháp mới nổi, như quang học tích hợp (CPO), tích hợp trực tiếp các bộ thu phát với các vi mạch chuyển mạch ASIC (Application Specific Integrated Circuits) để giảm độ trễ và tiêu thụ điện năng, hướng đến các thế hệ mạng 800G và 1.6T tiếp theo. Độ tin cậy được đảm bảo thông qua các tính năng như giám sát chẩn đoán số (DDM), cung cấp dữ liệu thời gian thực về nhiệt độ, điện áp và công suất laser, cho phép bảo trì dự đoán. Tuân thủ các tiêu chuẩn (ví dụ: IEEE 802.3 cho Ethernet, ITU-T G.652 cho cáp quang) đảm bảo khả năng tương tác giữa các hệ sinh thái của các nhà cung cấp khác nhau. Dù được triển khai trong các trung tâm dữ liệu đám mây, các trạm gốc 5G hay cáp quang biển, các giải pháp bộ thu phát quang vẫn là xương sống của truyền thông tốc độ cao hiện đại, cho phép luồng dữ liệu liền mạch làm nền tảng cho quá trình chuyển đổi số.