Від 400G до 1.6T: еволюція та інновації оптичних модулів

В останні роки попит на вищу пропускну здатність у центрах обробки даних, хмарних обчисленнях та телекомунікаціях зростає день у день, а потреба у вищих швидкостях передачі даних також зростає експоненціально. Як частина оптичних комунікаційних систем, оптичні модулі знаходяться на передовій цього розвитку. У цій статті буде досліджено еволюцію швидкості та формфактора модулів від 400G до 1.6T, обговорено технології підвищення швидкості та способи досягнення високошвидкісних оптичних модулів. 

Еволюція пропускної здатності та формфактора оптичного модуля

Значне зростання трафіку в центрах обробки даних та магістральних мережах призвело до різкого зростання попиту на вищу пропускну здатність. В результаті, швидкість модулів швидко змінилася зі 100 Гбіт/с до 400 Гбіт/с, що заклало основу для довгострокових потреб розширення та модернізації центрів обробки даних та магістральних мереж. 

Базуючись на 400G, досягнення в технологіях оптичного зв'язку, таких як DSP (цифрова обробка сигналів) та багатоканальна конструкція, покращили можливості обробки даних та пропускну здатність мережі, прискоривши комерціалізацію та широкомасштабне розгортання приймачів 800G. 

Сьогодні, з метою подальшої оптимізації ресурсів оптичного волокна та кількості портів, швидкість оптичних модулів розвивається до 1,6 Тл, а ефективність передачі даних та можливості обробки інформації подвояться.

Зі збільшенням пропускної здатності модулів, попит на більші швидкості передачі даних спонукає трансивери до мініатюризації, високої швидкості та низького енергоспоживання, щоб задовольнити вимоги до вищої інтеграції та щільнішого підключення. Крім того, продуктивність та пропускна здатність передачі оптичних пристроїв поступово покращуються, а формфактор оптичних модулів також розвивається. Сучасні формфактори, такі як QSFP-DD та OSFP, були розроблені для забезпечення цих вищих швидкостей, забезпечуючи більшу гнучкість, вищу щільність портів та краще терморегулювання.

Технології, що сприяють розвитку пропускної здатності оптичних модулів

Швидкість передачі оптичних приймачів-передавачів зросла з 400 Гбіт/с до 1,6 Тл, головним чином завдяки технологічним інноваціям. Існує три способи збільшення пропускної здатності оптичних модулів: 

Розширені формати модуляції. Перехід від традиційної модуляції NRZ (без повернення до нуля) до PAM4 (4-рівнева імпульсна амплітудна модуляція) і далі до QAM (квадратурна амплітудна модуляція) вищого порядку може збільшити складність модуляції та покращити швидкість передачі даних. 

Збільшення швидкості передачі даних. Збільшуючи швидкість передачі даних, можна передати більше даних за той самий час. Збільшення швидкості каналу оптичного модуля з 25 Гбіт/с до 50 Гбіт/с, а потім до 100 Гбіт/с або навіть 200 Гбіт/с, може значно покращити пропускну здатність передачі даних. 

Додавання паралельних смуг. Додавання паралельних смуг збільшує пропускну здатність модуля. Цього можна досягти двома способами: 

• Збільшення кількості паралельних каналів може досягти вищих швидкостей передачі. Наприклад, перехід від модулів SR4 місткістю 400 Гбіт/с до модулів SR8 місткістю 800 Гбіт/с було досягнуто шляхом збільшення кількості паралельних каналів. 
• Мультиплексування з поділом довжин хвиль (WDM) – це технологія, яка збільшує пропускну здатність шляхом передачі кількох сигналів на різних довжинах хвиль по одному оптичному волокну. Наприклад, модуль 100G QSFP28 CWDM4 використовує технологію CWDM (грубе мультиплексування з поділом довжин хвиль) для передачі даних по одному оптичному волокну через чотири незалежні довжини хвиль (25G на довжину хвилі). 

Способи досягнення високошвидкісних оптичних модулів

Існує багато технічних рішень для реалізації високошвидкісних приймачів 400G, 800G та 1.6T, що включають різні комбінації кількості каналів, швидкостей передачі та схем модуляції.