Mis on optilise transiiveri eesmärk?

 

Paljud inimesed ei pruugi olla tuttavad terminiga "optiline transiiver". Kuid iga kord, kui sirvite TikToki, teete videokõnesid või salvestate faile pilvesalvestusse, töötab see väike seade vaikselt kulisside taga.

 

 

Esiteks mõistame, mis on optiline transiiver

 

Optiline transiiver, mida tööstuses üldiselt nimetatakse "optiliseks mooduliks", on sisuliselt signaalimuundur.

 

Teie kodu ruuter, ettevõtte lüliti ja andmekeskuse serverid töötavad kõik elektriliste signaalidega. Kuid elektrilistel signaalidel on suur probleem,{1}}nad ei liigu kuigi kaugele. Vaskkaablitega võib 10G signaal enne purunemist liikuda vaid 30–50 meetrit ja see on väga vastuvõtlik häiretele; isegi läheduses töötav mootor võib probleeme põhjustada.

Optilised signaalid on erinevad. Teoreetiliselt võivad ühemoodi{1}}kiudude optilised signaalid liikuda sadu kilomeetreid absurdselt suure ribalaiusega; üksainus juuksekarva õhuke kiud suudab samaaegselt edastada kümneid terabaite andmeid.

Kuid siin on probleem: seadmed ei saa optilisi signaale töödelda.

 

 

Sellepärast vajame "tõlkijatena" optilisi mooduleid:

Saatmisel:elektriliste signaalide muutmine optilisteks signaalideks ja nende saatmine kiududesse.

Saamisel:kius leiduvate optiliste signaalide teisendamine tagasi elektrilisteks signaalideks, et seadmed saaksid neid töödelda-see on nii lihtne.

 

Andmekeskused – optiliste moodulite suurimad tarbijad

 

Lubage mul alustada mõne konkreetse arvuga. Eelmisel aastal oli mul võimalus külastada juhtiva pilveteenuse pakkuja andmekeskust Zhangbeis. Operatsiooni- ja hooldustöötajad ütlesid mulle, et nende ühes ülikoolilinnakus oli üle 500 000 optilise mooduli ja neid vahetati iga kuu erinevatel põhjustel mitusada; varuosad olid kuhjatud nagu väikesed mäed lattu.

Ja see oli vaid üks ülikoolilinnak. Mitmete suuremate kodumaiste tootjate kogusumma ületab kergesti kümme miljonit töötavat optilist moodulit.

 

Miks kasutada nii palju?

Juurdepääs serverile
Tänapäeva tavalistes andmekeskustes on iga server varustatud vähemalt kahe 25G või 100G võrgupordiga, mis kõik nõuavad optilisi mooduleid. 40 serveriga rack vajaks ainult selle serverikihi jaoks 80 optilist moodulit.

 

Mõned inimesed küsivad: "Miks mitte kasutada vaskkaableid lühikeste vahemaade jaoks?"

Selline lahendus nimega DAC (Direct Connect Copper Cable) on tõepoolest olemas, mis on tõepoolest odav ja efektiivne 3 meetri raadiuses. Kuid see ei tööta kaugemale kui 3 meetrit signaali tugeva nõrgenemise tõttu. Andmekeskuse kaabeldus on harva puhas ja korras; see hõlmab sageli keerdkäike, kusjuures 5 või 10 meetrit on üsna tavaline. Sellistel juhtudel on optilised moodulid hädavajalikud.

 

Lülisamba{0}}lehtede omavaheliste ühenduste arhitektuur

Enamik korralikke andmekeskusi kasutavad nüüd Spine{0}}Leaf arhitektuuri. Leaf-lülitid haldavad juurdepääsu serverile, Spine-lülitid aga ida-läänesuunalise liikluse edastamist.

Leafi ja Spine’i vaheline kaugus varieerub kümnetest kuni paarisaja meetrini ning on üldjuhul 100G või rohkem, suuremad tootjad on juba liikumas 400G peale.

2024. aasta alguse LightCountingi andmetel on 100G optilised moodulid endiselt andmekeskuste tarnete suurim kategooria, kuid 400G kasvab hämmastavalt, kasvades aastaga -ligi 80%-aastaga võrreldes.

Arvan, et aastaks 2025 saab 400G vastvalminud andmekeskuste standardiks.

 

 

Andmekeskuse ühendamine (DCI)

 

Suurtel ettevõtetel on linnas tavaliselt mitu andmekeskust, mis nõuavad andmete sünkroonimiseks ja katastroofi taastamiseks kiiret{0}}ühendust.

DCI vahemaad samas linnas on tavaliselt 10-80 kilomeetrit. Varem kasutati selle stsenaariumi jaoks 100G LR4 ja ER4, kuid nüüd võetakse üha enam kasutusele 400G ZR. ZR on koherentne optiline moodul, mis on võimeline töötama 80 kilomeetri või isegi pikema vahemaa tagant, ühe lainepikkusega 400G, mis on väga võimas.

 

Eelmisel aastal soovis klient luua 400G otseühenduse kahe teineteisest 60 kilomeetri kaugusel asuva andmekeskuse vahel. Algselt oli plaan kasutada traditsioonilisi DWDM-seadmeid, mis oleks maksma läinud mitu miljonit jüaani. Hiljem läksid nad üle otseühendusele 400G ZR optiliste moodulitega, vähendades kulusid enam kui poole võrra ja lihtsustades oluliselt hooldust. See on tunnistus tehnoloogilise arengu eelistest.

 

AI klastrid – viimase aja kuumim trend

 

Suuremahulised{0}}mudelid on viimase kahe aasta jooksul populaarseks muutunud ja koolitusklastrite võrgu ribalaiuse nõuded on lihtsalt meeletud.

NVIDIA DGX H100 server, millel on 8 GPU-d masina kohta ja iga GPU on varustatud 400G Etherneti pordiga, vajab kaheksa 400G optilist moodulit masina kohta. Kümnetest tuhandetest GPU-dest koosneva klastri loomine tooks kaasa optiliste moodulite jaoks astronoomilised kulud.

Kuuldavasti maksis üks suur tootja oma tarnijatele ette sadu miljoneid, et kindlustada 800G optilise mooduli tootmisvõimsus.

Isiklikult tunnen, et nõudlus AI järele on tulnud liiga kiiresti ja optilise mooduli tarneahel on olnud pidevalt pingeline. Kõige otsesem tõend on see, et mitme juhtiva optikamooduli tootja aktsiahinnad on sel aastal hüppeliselt tõusnud.

Telekommunikatsioonioperaatorite võrgud on optiliste moodulite traditsiooniline turg. Kuigi need pole nii seksikad kui andmekeskused, on nende ulatus stabiilne.

 

5G transpordivõrk

 

5G tugijaamad jagunevad kolmeks tasemeks: AAU, DU ja CU. Nendevahelisi ühendusi nimetatakse fronthaul, midhaul ja backhaul.

Fronthaul (AAU kuni DU) kasutab kõige sagedamini 25G optilisi mooduleid, mille vahemaad ei ületa tavaliselt 20 kilomeetrit. Sellel segmendil on eCPRI protokolli kasutades ülikõrged latentsus- ja sünkroonimisnõuded ning optilistel moodulitel on ka mõned erinõuded. Eelmisel aastal olid nad provintsi mobiilioperaatoriga 5G esiühenduse projektis optiliste moodulite latentsustestimisel väga ranged; mitu partiid tagastati liigse latentsusaja tõttu. Kvaliteedikontroll on telekommunikatsiooniprojektide puhul ülioluline.

Kesk- ja tagasiühendus kasutavad suurema kiirusega optilisi mooduleid, sealhulgas 50G ja 100G, ning palju pikemate vahemaade, potentsiaalselt kümnete kilomeetrite jooksul.

5G juurutamise kõrgaeg on tegelikult möödas, kuid 6G on eeluuringus-, nii et hiljem on veel võimalusi.

 

Metropolitan Area Networks (MAN) ja magistraalvõrgud

 

Suurlinnavõrgud (MAN-id) on peamiselt võrgud, mida operaatorid haldavad linnades ja mis koondavad erinevaid juurdepääsuliiklusi ja saadavad selle magistraalvõrku.

Magistraalvõrk on pika-vahemaa edastusvõrk, mis hõlmab linnu ja provintse ning edastab peaaegu kogu Interneti-liikluse. Põhivõrgud peavad kasutama DWDM-süsteeme, koondades kümneid või isegi sadu lainepikkusi ühte optilisse kiudu, kusjuures iga lainepikkus on 100 G või 400 G.

Selles valdkonnas kasutatavad optilised moodulid on tehnoloogiliselt kõige arenenumad, peamiselt koherentsed optilised moodulid ja on kallid; üks moodul võib kergesti maksta kümneid tuhandeid jüaane. Ausalt öeldes on magistraalvõrgu äril kõrge kasumimarginaal, kuid maht on väike ja kliendibaas on piiratud mõne operaatoriga, mistõttu on suhted üliolulised.

 

Ettevõtte võrgu optilise mooduli nõuded

 

Ülikoolilinnakute võrgustik

Veidi suurematel ettevõtetel on kindlasti vaja büroohoonete vahel kiudoptilisi kaableid vedada. Kõige äärmuslikum näide, mida olen näinud, on autotehase ülikoolilinnaku võrgustik. Tehase ala on nii suur, et osad hooned asuvad üksteisest kolme-nelja kilomeetri kaugusel, vajades 10G LR või isegi ER optilisi mooduleid.

Ettevõtluskliendid on üldiselt hinna{0}}tundlikud. Originaalseadmete tootja (OEM) optilised moodulid on liiga kallid, nii et enamik valib kolmanda osapoolega ühilduvad moodulid. Niikaua kui leiate usaldusväärse tarnija, töötavad ühilduvad moodulid üldiselt probleemideta. Siiski on erandeid. Mõned suured riigiettevõtted{6}}ja finantsasutused nõuavad oma hankeprotsessides OEM-moodulite kasutamist, isegi kui need on kaks või kolm korda kallimad. Vastavusnõuded on olemas; sellest ei saa kuidagi mööda.

 

Salvestusvõrgud

Ettevõtete andmekeskustes on serverite ja salvestusseadmete omavaheliseks ühendamiseks vaja ka optilisi mooduleid.

Salvestusvõrkude jaoks on kaks peamist süsteemi: Fibre Channel (FC) ja Ethernet. FC on vanem protokoll, kuid selle stabiilsuse ja usaldusväärsuse tõttu kasutatakse seda endiselt laialdaselt sellistes tööstusharudes nagu rahandus ja tervishoid.

FC optilistel moodulitel on oma spetsifikatsioonid: 8G, 16G ja 32G FC ning neid ei saa kasutada vaheldumisi Etherneti optiliste moodulitega. Viimastel aastatel on NVMe-oF-protokoll populaarsust kogunud, kasutades salvestusliikluse edastamiseks Etherneti, ning FC turuosa on järk-järgult vähenemas. See protsess on aga väga aeglane, kuna olemasolev turg on liiga suur.

 

Optiliste moodulite muud rakendused

 

Tööstuslikud stsenaariumid

Tehase keskkond on karm, kõrge elektromagnetiliste häirete ja drastiliste temperatuurikõikumistega, millele tavalised optilised moodulid vastu ei pea. Tööstusliku -klassi optilised moodulid nõuavad töötemperatuuri vahemikus -40 kraadi kuni +85 kraadi, samuti vibratsiooni- ja põrutuskindlust. Maksumus on oluliselt kõrgem kui tavalistel optilistel moodulitel, kuid tööstuskliendid ei muretse lisakulude pärast; nad seavad esikohale stabiilsuse.

Terasetehase projekti kallal töötav sõber ütles mulle, et tavalisi lüliteid lihtsalt ei saa kasutada nende kõrgahjude läheduses asuvate võrguseadmete jaoks; nad peavad kasutama tööstuslikke -klassi seadmeid koos tööstusliku-kvaliteediga optiliste moodulitega, vastasel juhul kuumeneb võrk üle ja jookseb kokku.

 

Ringhääling ja televisioon

Telejaamad kasutavad videosignaalide sisemiseks edastamiseks ka optilisi mooduleid, kuid protokoll on veidi erinev; see on SDI üle Fiberi.

4K ja 8K ultra-kõrglahutusega-signaalidel on väga suured ribalaiused ja tihendamine põhjustab latentsust, mis on otseülekannete puhul vastuvõetamatu. Seetõttu kasutab ringhäälingutööstus tihendamata edastamist, mis seab optiliste moodulite ribalaiusele väga kõrged nõudmised.

 

Sõjalised ja erirakendused

Sõjaväe optilised moodulid on täiesti erinev maailm, mis nõuab erinevat karastamist ja sertifikaate ning hind on ka täiesti teises liigas-rohkelt kallis. Konkreetseid üksikasju pole mugav avaldada, kuid lühidalt öeldes on tehnilised tõkked väga kõrged ja mängijaid, kes sellele valdkonnale siseneksid, on vähe.

 

Kuidas valida optilist moodulit?

 

Olles arutanud nii palju kasutusviise, kuidas valida tegelikus töös optiline moodul?

 

Esiteks mõistke kaugust

Jätke optiliste moodulite valimisel veidi varu. Näiteks kui mõõdetud vahemaa on 800 meetrit, valides

DR-ist (500-meetrine spetsifikatsioon) kindlasti ei piisa; peate kasutama FR-i.

 

Teiseks kinnitage kiu tüüp

Mitmemoodilisi optilisi mooduleid saab kasutada ainult mitmemoodiliste kiududega ja ühe-režiimiga optilisi mooduleid saab kasutada ainult ühe-moodiga. Kui valite vale tüübi, siis moodul ei sütti.

Mitmemoodilisel kiul on mitu klassi: OM1, OM2, OM3, OM4 ja OM5. Mida kõrgem on hinne, seda pikem on tugikaugus. Praegu on peavooluks OM3 ja OM4. Ühemoodi{9}}kiud on põhimõtteliselt G.652, nii et te ei pea mudeli pärast muretsema.

 

Kolmandaks kontrollige seadme ühilduvust

Kuigi optilistel moodulitel on MSA standard, rakendavad erinevad seadmete tootjad siiski erinevaid meetodeid, seega ei pruugi kõik need ühilduda. Cisco ja Huawei seadmetel on kolmandate osapoolte optiliste moodulite jaoks rohkem piiranguid ja mõned nõuavad tuvastamiseks käsurea sisendit. Arista ja Mellanox on suhteliselt avatumad. Ohutuse huvides küsige tarnijalt, kas nad on seda sihtseadmega testinud. Suurematel ühilduvate optiliste moodulite tootjatel on tavaliselt ühilduvuse loendid.

 

Neljandaks pöörake tähelepanu energiatarbimisele

Kiired{0}}optilised moodulid tarbivad üha rohkem energiat. 400G DR4 moodul tarbib 8-10W, 400G ZR moodul aga 15-20W.

Kui kõik optilised moodulid on paigaldatud lülitisse, võib kogu energiatarve olla mitusada vatti, mis seab väljakutse soojuse hajumisele. Ärge unustage seda oma disainis arvesse võtta, et vältida andmekeskuse jahutussüsteemi ülekoormamist.

 

800G moodulite järele on praegu suur nõudlus, mõne mudeli tarneaeg on kolm kuni neli kuud. Kui projektil on tihe ajakava, on oluline varuda eelnevalt.

 

Optiliste moodulite tõrkeotsing

 

Link alla

Alustage kõige lihtsamast: kas optiline moodul on kindlalt ühendatud? Kas fiiberoptiline kaabel on õigesti ühendatud? Ärge naerge, mõned inimesed tegelikult ei kuule kiudoptilise kaabli ühendamisel "klõpsatust" ja arvavad, et see on õigesti ühendatud, kuigi see pole nii. Seejärel kontrollige kiudude polaarsust. Kahe -kiudühenduse korral peaks saatja (Tx) olema ühendatud vastuvõtjaga (Rx); Kui ühendate need ümber, väldite selle süttimist. Kui see ikka ei tööta, mõõtke edastus- ja vastuvõtuvõimsuse mõõtmiseks optilist võimsusmõõturit, et näha, kas mõni optilistest moodulitest on vigane.

 

Vead või paketi kadu:

 

Jälgige linki, et näha, milline kiu segment on vigane. Kui te ikkagi probleemi ei leia, proovige optiline moodul, kiud või port-välja vahetada, kasutades kõrvaldamisprotsessi.

 

Räägime mõningatest tehnoloogiasuundadest

 

 

800G ja 1,6T:

 

Räni fotoonika tehnoloogia

Ränifotoonikat on propageeritud juba aastaid.

Ausalt öeldes arvan ma isiklikult, et see on üle{0}}turustatud. Teoreetiliselt võib ränifotoonika vähendada kulusid ja suurendada integratsiooni, kuid tegelikus masstootmises ei ole saagikuse probleeme täielikult lahendatud. Lisaks ei saa laserite valmistamiseks kasutada räni{3}}põhiseid materjale; neid tuleb veel segada ja integreerida III-V rühma materjalidega.

Muidugi, see on vaid minu arvamus; paljud selles valdkonnas ei nõustu. Intel ja Cisco propageerivad tugevalt ränifotoonikat ja neil peavad olema oma põhjused.

 

CPO (kaas{0}}pakendatud optika)

See kontseptsioon on radikaalsem: see pakendab optilise mootori ja lülituskiibi otse kokku. Eeliseks on energiatarbimise märkimisväärne vähenemine ja ribalaiuse tiheduse suurenemine. Puuduseks on see, et optilist moodulit ei saa eraldi vahetada; kui üks ebaõnnestub, võib olla vaja kogu plaat välja vahetada.

Suured ettevõtted, nagu Google ja Meta, propageerivad tugevalt CPO-d ning tegelik kasutuselevõtt on oodata 2025. või 2026. aastal. Siiski on veel ebakindel, kas see muutub peavooluks. Hoolduskolleegid kardavad CPO-d: kuidas seda asendada, kui see ebaõnnestub? Kas kogu süsteem tuleks dekomisjoneerida?

 

Lõpuks ometi

 

Põhiidee on lihtne: optilised transiiverid on kaasaegsete sidevõrkude nurgakivi, millel on äärmiselt laiad rakendused.

Alates teie kodusest lairibaühendusest kuni telekommunikatsioonioperaatorite magistraalvõrguni; ettevõtte kontorivõrkudest hüperskaala andmekeskusteni; alates 5G tugijaamadest kuni tehisintellekti koolitusklastriteni,{1}}optilised moodulid on kõikjal.

See tööstusharu ei ole glamuurne ja tehnilised tõkked ei ole nii hirmutavad kui kiibitööstuse omad, kuid selle tugevus seisneb selle pidevas ja pidevas kasvus. AI laine on andnud tööstusele olulise tõuke. Kui olete võrguinsener, andmekeskuse käitamise insener või lihtsalt kommunikatsioonitööstusest huvitatud, tasub optiliste moodulite tundmaõppimisele natuke aega kulutada. Mida kauem te sellel alal töötate, seda rohkem hindate seda.