Hiểu biết

Chip quang tử silicon đã chuyển từ phòng thí nghiệm nghiên cứu sang dòng máy thu phát quang tốc độ cao- phổ biến. Khi các mô-đun 400G trở thành tiêu chuẩn trong các trung tâm dữ liệu siêu quy mô cũng như việc triển khai 800G và 1.6T tăng tốc cho các cụm AI, công nghệ chip cơ bản không còn chỉ là mối lo ngại ngược dòng nữa - mà nó trực tiếp định hình cách thiết kế cáp quang, tổ hợp MPO/MTP và ngân sách liên kết.

Tiến bộ gần đây của các nhà cung cấp chip nội địa Trung Quốc trong các thiết bị quang tử silicon 200G, 400G và 800G đã bổ sung thêm một yếu tố khác để người mua cáp và kiến ​​trúc sư mạng theo dõi. Với tư cách là một nhà sản xuất cáp quang làm việc với các nhà khai thác, bộ tăng tỷ lệ và bộ tích hợp, chúng tôi xem xu hướng này không phải là một câu chuyện về chip mà là một câu hỏi vềý nghĩa của hệ thống cáp nằm bên dưới mọi liên kết tốc độ cao-.
 

Chip quang tử silicon 400G là gì?

Chip quang tử silicon tích hợp các thành phần quang học - bộ điều biến, ống dẫn sóng, máy dò và (trong các thiết kế không đồng nhất) nguồn laser - trên đế silicon sử dụng các quy trình tương thích với CMOS{2}}. So với quang học rời rạc truyền thống được chế tạo dựa trên indium phosphide (InP) hoặc gallium arsenide (GaAs), quang tử silicon hướng tới sự tích hợp chặt chẽ hơn, công suất trên mỗi bit thấp hơn và mở rộng quy mô tốt hơn trên các dây bán dẫn hiện có.

Chip quang tử silicon 400G thường hỗ trợ 4×100G hoặc 1×400G mỗi bước sóng, kết hợp với điều chế PAM4 và DSP, đồng thời là công cụ quang học bên trong QSFP-DD, OSFP và các hệ số dạng 800G/1.6T mới nổi.

Tại sao Photonics Silicon lại quan trọng đối với-Mạng quang tốc độ cao

Sự chuyển đổi sang quang tử silicon được thúc đẩy bởi ba áp lực mà bất kỳ nhà điều hành trung tâm dữ liệu nào cũng sẽ nhận ra: công suất, mật độ và chi phí mỗi bit.

• Hiệu suất năng lượng.Các cụm đào tạo AI tập trung băng thông khổng lồ vào một hàng giá đỡ duy nhất và mỗi watt tiêu tốn cho quang học là một watt không dùng được cho tính toán. Quang tử silicon đã trở thành phương pháp hàng đầu để duy trì công suất trên mỗi gigabit theo quỹ đạo đi xuống ở mức 400G trở lên.
• Mật độ tích hợp.Việc lắp thêm nhiều làn vào cùng một diện tích mô-đun là điều cho phép các bộ thu phát 800G và 1.6T tiếp cận bảng điều khiển phía trước.
• Quy mô sản xuất.Xây dựng các thiết bị quang tử trên dây chuyền bán dẫn tiêu chuẩn là điều cho phép khối lượng tăng lên cùng với nhu cầu từ AI và xây dựng{0}}đám mây.

Để có cái nhìn sâu hơn về tốc độ của bộ thu phát ánh xạ vào thiết kế mạng, lưu ý của chúng tôi vềMô-đun quang 800Gxem qua các tùy chọn giao diện điển hình và nơi mỗi phần sẽ được triển khai thực sự.

Sự thúc đẩy cho chip quang tử silicon 400G trong nước

Trong hầu hết thập kỷ qua,-chip quang tử silicon cao cấp có công suất 400G trở lên bị các nhà cung cấp Hoa Kỳ và Nhật Bản thống trị. Bức tranh đó đã và đang thay đổi. Các nhà cung cấp Trung Quốc - bao gồm Accelink Technologies và HG Chính hãng (Huagong Zhengyuan) - đã công khai tuyên bố rằng các thiết bị quang tử silicon 200G, 400G và 800G của họ đã đạt đến giai đoạn sản xuất và đang được thiết kế thành mô-đun và động cơ quang học của riêng họ.

Các tuyên bố cụ thể về sản lượng, giá cả, đơn đặt hàng của khách hàng và số giờ thử nghiệm trong bất kỳ tháng nào đều phải được xử lý thận trọng cho đến khi được hỗ trợ bởi hồ sơ công ty, báo cáo đã được kiểm toán hoặc tin tức chính của ngành. Những gì được hiển thị công khai và điều quan trọng đối với lớp cáp là hướng đi rộng hơn: nguồn cung cấp quang tử silicon đa dạng hơn, nhiều động cơ quang 400G và 800G sắp ra mắt thị trường cũng như tăng tốc nhanh hơn vào việc triển khai dựa trên AI và dựa trên đám mây{4}}.

Hướng đi đó có ý nghĩa vượt xa bản thân con chip.

Liệu 400G Silicon Photonics có thay đổi các yêu cầu về cáp quang không?

Bản thân sợi quang - chế độ đơn- hoặc kính đa chế độ - không cần phải được phát minh lại cho 400G. Họ IEEE 802.3 củaTiêu chuẩn Ethernetxác định 400GBASE-DR4, FR4, LR4, SR4.2, SR8 và các giao diện liên quan trên cùng loại sợi quang đã được triển khai ở hầu hết các trung tâm dữ liệu và mạng đô thị.

Điều thay đổi là liên kết trở nên không thể tha thứ như thế nào. Tốc độ ký hiệu cao hơn và khả năng điều chế PAM4 sẽ thắt chặt mức tổn thất, tăng độ nhạy đối với nhiễu phân vùng chế độ và phân tán màu sắc, đồng thời đặt trọng tâm hơn vào chất lượng đầu nối so với 10G hoặc 25G từng làm. Trong thực tế, điều đó có nghĩa là ba điều đối với lớp cáp:

1. Mất chèn quan trọng hơn.Một dB tăng thêm nhỏ ở mỗi bảng vá, mối nối và giao diện MPO có thể chấp nhận được ở 10G có thể phá vỡ liên kết 400G.
2. Phạm vi tiếp cận ngắn hơn so với bảng thông số kỹ thuật gợi ý.Các liên kết 400G/800G thực hiếm khi chạy ở phạm vi tiếp cận tối đa tuyệt đối vì ngân sách được chi cho-số lượng đầu nối trong thế giới thực và tổn thất do uốn cong.
3. Quang học song song chiếm ưu thế bên trong trung tâm dữ liệu.Giao diện DR4/SR4/SR8 dựa trên các đường trục MPO 8 sợi hoặc 16 sợi thay vì các cặp LC song công.

   

Tác động đến hệ thống cáp trung tâm dữ liệu, MPO/MTP và sợi quang có mức tổn hao thấp

Chế độ-đơn và đa chế độ ở 400G

Đối với phạm vi trung tâm dữ liệu dưới khoảng 100 m, cáp quang đa mode OM4 và OM5 kết hợp với bộ thu phát lớp SR{3}} vẫn hấp dẫn xét về mặt chi phí. Đối với phạm vi tiếp cận 500 m trở lên và đối với hầu hết tất cả các kết cấu cụm AI và liên kết DCI, chế độ đơn{6}} chiếm ưu thế. Nhiều nhà khai thác hiện đang chuẩn hóa G.652.D tổn thất thấp cho-các hoạt động trong tòa nhà và xem xét G.654.E cho các phân khúc có phạm vi tiếp cận dài hơn.

Hai tài liệu tham khảo về sản phẩm thường xuyên xuất hiện trong các cuộc thảo luận về thiết kế 400G/800G là của chúng tôi.sợi quang chế độ đơn G.652.D suy hao thấp-và của chúng tôiG.654.E sợi suy hao cực thấp-cho các ứng dụng đường dài và DCI. Đối với các liên kết tầm ngắn đa chế độ,sợi OM4vẫn là chủ lực, với OM5 hấp dẫn ở phạm vi SWDM.

MPO/MTP và quang học song song

Bởi vì hầu hết các giao diện phạm vi tiếp cận ngắn 400G và 800G{2}} đều song song, nên các đường trục MPO-12 và MPO-16 đã trở thành cơ sở hạ tầng mặc định cho kết cấu trung tâm dữ liệu. Quản lý phân cực (Loại A, B hoặc C), các đầu được ghim so với các đầu không được ghim, các đầu nối APC-tổn thất thấp cho chế độ đơn và độ sạch của mặt cuối giờ đây sẽ quyết định xem liên kết 400G có xuất hiện rõ ràng hay không hoặc gặp phải lỗi FEC.

Tổng quan của chúng tôi vềSản phẩm MPO/MTPbao gồm các đường trục, dây nịt và mô-đun chuyển đổi thường được sử dụng trong lớp này và ghi chú của chúng tôi vềSự khác biệt giữa MPO và MTPlà tài liệu sơ lược hữu ích để người mua so sánh các bảng dữ liệu của nhà cung cấp.

Số học ngân sách tổn thất

Đối với 400G-DR4 và các giao diện tương tự, ngân sách liên kết hoạt động sau FEC đủ nhỏ để hai cặp đầu nối MPO bổ sung có chất lượng tầm thường có thể tiêu tốn toàn bộ lợi nhuận. Việc chỉ định các đầu nối suy hao-thấp tại mọi điểm đột phá - và xác minh bằng suy hao chèn và kiểm tra OTDR - không còn là tùy chọn nữa. Hướng dẫn thực tế của chúng tôi vềkiểm tra cáp quanghướng dẫn những điều cần xác minh trước khi bật liên kết tốc độ cao.
 

Người mua cáp nên cân nhắc điều gì đối với Mạng 400G và 800G

Từ quan điểm của nhà sản xuất, các nhà khai thác và nhà tích hợp đang nhận được kết quả 400G/800G sạch nhất-có xu hướng chia sẻ một danh sách kiểm tra chung:

• Khóa ngân sách thua lỗ sớm.Quyết định giao diện nào (DR4, FR4, LR4, SR4.2, SR8) nằm trong phạm vi của từng liên kết, sau đó quay lại-tính toán số cặp đầu nối và độ dài sợi cáp có thể hấp thụ.
• Tiêu chuẩn hóa một hoặc hai loại sợi.Việc trộn lẫn G.652.D, G.652.D suy hao-thấp và G.654.E mà không có quy tắc rõ ràng sẽ tạo ra sự-điểm nối không khớp và gây nhầm lẫn trong trường.
• Hãy coi phân cực MPO là một quyết định thiết kế chứ không phải là một bản sửa lỗi hiện trường.Chọn Loại A, B hoặc C ở phía trước và ghi lại nó trên mỗi bản vẽ.
• Yêu cầu chất lượng bề mặt-của đầu kết nối.APC cho chế độ đơn{0}}hiện là mặc định; UPC chỉ được chấp nhận khi ngân sách phản xạ cho phép.
• Lập kế hoạch cho bước tiếp theo.Hệ thống cáp được khấu hao trong 10+ năm; máy thu phát quay nhanh hơn nhiều. Một nhà máy được thiết kế chỉ cho 400G sẽ không chấp nhận được 800G hoặc 1,6T.

Đối với các nhà khai thác đang lập kế hoạch xây dựng-có phối hợp,giải pháp kết nối trung tâm dữ liệutổng quan mô tả cách các lớp trung kế, bản vá và mô-đun thường được chỉ định cùng nhau vàcáp quang trung tâm dữ liệutrang bao gồm các dòng sản phẩm cụ thể được sử dụng trong triển khai cụm AI và siêu quy mô.

Điều này có ý nghĩa gì đối với ngành

Nếu nguồn cung quang tử silicon trong nước tiếp tục tăng quy mô ở mức 400G và tiến tới 800G, có thể mong đợi ba tác động hạ nguồn:

• Áp lực về giá mô-đun quang giảm bớt về phía chip, giải phóng ngân sách cho-hệ thống cáp và đầu nối chất lượng cao hơn -, đây chính là nơi mà các liên kết tốc độ cao-thường gặp lỗi nhất tại hiện trường.
• Quá trình chuyển đổi 800G và 1.6T bị nén lại vì phần lớn chuỗi cung ứng được sản xuất hàng loạt-song song thay vì nối tiếp.
• Các nhà khai thác cụm AI, những người tiêu dùng quang học mới tích cực nhất, có được nguồn thứ hai cho các thành phần quan trọng, giúp cải thiện phạm vi lập kế hoạch của họ cho việc xây dựng kết cấu-.

Không có kết quả nào trong số đó làm thay đổi tính chất vật lý của sợi. Những gì họ thay đổi là tốc độ mà người mua cần sẵn sàng với hệ thống cáp phù hợp với hệ thống quang học.

Bản tóm tắt

Quang tử silicon 400G không phải là tiêu đề thoáng qua - nó là công cụ cơ bản đẩy 800G và 1.6T vào triển khai trung tâm dữ liệu và cụm AI chính thống. Chuỗi cung ứng quang tử silicon đa dạng hơn, bao gồm cả những tiến bộ liên tục từ các nhà cung cấp Trung Quốc, sẽ đẩy nhanh quá trình chuyển đổi đó thay vì chuyển hướng nó về cơ bản.

Đối với người mua cáp quang, bài học thực tế rất đơn giản: sợi cáp không thay đổi, nhưng khả năng chịu đựng cáp cẩu thả thì có. Ngân sách tổn thất chặt chẽ hơn, quang học song song hơn và nhịp nâng cấp tốc độ nhanh hơn, tất cả đều đẩy thông số kỹ thuật cáp hướng tới các thành phần có tổn thất-thấp, lập kế hoạch phân cực MPO cẩn thận và kiểm tra liên kết có kỷ luật. Những người vận hành xây dựng kỷ luật đó trong nhà máy của họ giờ đây sẽ tiếp thu hai thế hệ quang học tiếp theo với ít việc phải làm lại hơn nhiều so với những người chỉ tối ưu hóa cho bộ thu phát ngày nay.