Il modulo ottico si sta sviluppando verso l'alta velocità e l'integrazione. Telecom e data center sono due principali scenari applicativi. I moduli ottici possono essere classificati in 10 Gb / s, 25 Gb / s, 50 GB / s, 100 GB / s, 400 Gb / s, ecc. In base alla velocità, possono essere suddivisi in SFP +, SFP28, QSFP 28, CFP2, QSFP-DD, OSFP, ecc. In base alla distanza di trasmissione, possono essere suddivisi in 100 m, 500 m, 2 km, 10 km, 40 km, 80 km, ecc .; secondo il formato di modulazione, può essere suddiviso in modulazione di intensità NRZ, modulazione di intensità pam4, modulazione di fase DP-QPSK / NQAM A seconda che sia supportato il WDM, può essere diviso in luce grigia e luce colorata; in base alla diversa temperatura di lavoro, può essere suddiviso in grado commerciale e grado industriale.
Le telecomunicazioni e il data center sono due principali scenari applicativi del modulo ottico, che promuovono lo sviluppo della tecnologia dei moduli ottici per una maggiore velocità e una maggiore integrazione. Nella rete di comunicazione mobile, il modulo ottico si sta evolvendo da 10 Gb / s che supporta l'interfaccia 4G CPRI a 25 Gb / s che supporta l'interfaccia 5G ecpri; Il modulo ottico nella rete di trasmissione a media dorsale sta evolvendo da 50 GB / s, 100 GB / sa 200 GB / se 400 Gb / s. Nella tradizionale architettura di commutazione a tre strati del data center, la velocità del modulo ottico si sta evolvendo a 25/50/100/200/400 Gbps; nella nuova architettura di commutazione a due livelli, la velocità del modulo ottico sta evolvendo a 800 Gb / s. Negli ultimi anni, con il rapido sviluppo dei requisiti di larghezza di banda e della tecnologia dei moduli ottici, è stata promossa simultaneamente la standardizzazione dell'interfaccia fotoelettrica del modulo ottico e della forma di confezionamento in patria e all'estero.
La specifica 800Gbase-r definisce il livello di base della rete 800G, che dovrebbe raddoppiare nuovamente le prestazioni per soddisfare i requisiti del data center. In aggiunta al livello di base della rete, il team MSA collegabile 800G ha rilasciato la specifica di trasmissione Ethernet da 800 Gbps basata sulla tecnologia di modulazione pam-4 per le applicazioni del data center nel settembre 2019.
800G SR8: un modulo 8x100G economico per applicazioni di trasmissione a corto raggio in grado di trasmettere 60-100 metri su fibra monomodale.
800G FR4: modulo ottico 4x200G, necessario per supportare la nuova funzione FEC.
Inoltre, nelle specifiche possono essere adottati anche moduli ottici innestabili, QSFP112-DD e OSFP 32, mentre i moduli ottici innestabili sono ancora la scelta ideale per i data center e gli operatori 800G.
Il primo modulo ottico innestabile a doppia densità 800G QDFP definisce le dimensioni del modulo ottico 800G - QSFP-DD800. È stato riferito che il modulo ottico può supportare otto canali ad alta velocità, ogni velocità di canale è 100 G / s e può essere compatibile con QSFP-DD, QSFP +, QSFP28, QSFP56 e altri moduli ottici, fornendo agli operatori di rete con grande praticità e vantaggi nell'implementazione Ethernet 800G.
Soluzione 8 × 100G
Requisiti dello scenario 800G SR
Per gli scenari applicativi a breve distanza, il costo è al centro dell'attenzione e questo tipo di modulo viene selezionato principalmente da operatori di data center su larga scala. L'obiettivo di MSA è sviluppare un modulo 8 × 100G a basso costo per scenari SR, coprendo i punti migliori di 60-100 m. MSA definirà una specifica PMD a basso costo per l'interconnessione in fibra monomodale basata su 100G pam4. Inoltre, per l'applicazione SR con basso ritardo, KP4 FEC verrà utilizzato nel modulo ottico MSA 800G per ottenere la correzione degli errori. Altri algoritmi DSP includono anche un semplice ripristino dell'orologio e l'equalizzazione. Infine, MSA assegnerà un connettore al modulo psm8, che può funzionare a ventaglio fino a 8x100G.
Piano di fattibilità tecnica 8 × 100G
Nell'evoluzione da 400G-sr8 a 800G-SR8, una velocità 100G a canale singolo può limitare le soluzioni basate sulla fibra multimodale (MMF). Secondo il modello teorico utilizzato in IEEE, possiamo stimare che quando la velocità di trasmissione è pari a 50G, la distanza di trasmissione che MMF può supportare non è superiore a 50 m. I fattori limitanti sono la larghezza di banda di modulazione di VCSEL e la dispersione intermodale di MMF. Ottimizzando il dispositivo, i supporti in fibra e l'algoritmo DSP avanzato, è possibile realizzare una trasmissione di 100 m al costo di un costo maggiore, un ritardo maggiore e un maggiore consumo energetico. Pertanto, il gruppo di lavoro del modulo ottico 800G innestabile MSA consiglia di utilizzare la tecnologia di trasmissione monomodale per realizzare l'interconnessione di scene 800G-SR8.
Soluzione 4 × 200G FR
Analisi della domanda 800G FR
La tecnologia pam4 200G a canale singolo è il prossimo importante passo tecnico della modulazione dell'intensità ottica e dell'interconnessione del rilevamento diretto. In futuro diventerà la base della connessione 800G a 4 canali e il componente di base dell'interconnessione a 1,6 tb / s. MSA definirà un PMD completo e alcuni livelli PMA, incluso un nuovo schema FEC a bassa potenza e basso ritardo come pacchetto sul FEC KP4 dei segnali di ingresso elettrici 112G per migliorare il modem NCG (net coding gain). Uno degli obiettivi principali dell'alleanza industriale è lo sviluppo di nuovi componenti analogici elettrici e ottici a banda larga per componenti di trasmettitori e ricevitori, inclusi convertitori da digitale ad analogico e convertitori da analogico a digitale (AD / DA). Al fine di soddisfare i severi requisiti di consumo energetico dei moduli collegabili, verrà progettato un chip DSP con un numero nm inferiore nella tecnologia CMOS e verrà utilizzato un algoritmo di elaborazione del segnale a bassa potenza per ottenere l'equalizzazione del canale
Fattibilità tecnica dello schema 4 × 200G
Considerando che il controllo della temperatura di Tec è necessario in LAN WDM, e non sono previste misure di controllo della temperatura nello schema 200G a canale singolo, il consumo energetico sarà analizzato in base a cwdm4. La perdita di inserzione del collegamento, l'interferenza multipath (MPI), il ritardo di gruppo differenziale (DGD) e la perdita di dispersione del trasmettitore (TDP) contribuiscono al consumo energetico del collegamento. Secondo il modello pubblicato dallo standard IEEE, il calcolo della perdita di MPI e DGD è mostrato nella Tabella 4. Considerando l'aumento del baud rate di 200G nel singolo canale, la perdita di dispersione dovrebbe essere maggiore di quella di 100G. Il ragionevole suggerimento della perdita di dispersione del trasmettitore (TDP) è di 3,9 db. Pertanto, considerando l'invecchiamento del ricevitore e la perdita di accoppiamento residua, nonché il tipico valore di potenza ottica di trasmissione del trasmettitore, riteniamo che la sensibilità del ricevitore dovrebbe essere di circa - 5 DBM.
Possibili soluzioni per 800G DR
In uno scenario 800 DR, ci sono quattro percorsi possibili. Innanzitutto, la soluzione 800G SR8 definita nell'800G MSA può essere definita per estendere la copertura a 500 m. Poiché le soluzioni in fibra parallela richiedono più canale in fibra, la considerazione principale in questo caso è il costo fino a 500 m di fibra. In secondo luogo, la soluzione 2x400G cwdm4 raddoppia le coppie trasmettitore e ricevitore utilizzando le soluzioni FR4 disponibili. La soluzione sembra essere un equilibrio tra le risorse in fibra e la maturità tecnologica. Tuttavia, il consumo energetico e il costo del modulo sono i principali limiti. In terzo luogo, la prossima generazione di soluzioni 200G a canale singolo potrebbe coprire questa situazione. La soluzione è considerata essere solo 4 coppie di trasmettitori e ricevitori con il minor costo e consumo energetico. Per quanto riguarda il tempo a disposizione della soluzione, necessita ancora di studio di fattibilità e considerazione della maturità industriale. In sintesi, vengono discusse diverse soluzioni per i casi d'uso DR. MSA seguirà lo sviluppo della tecnologia e formulerà raccomandazioni per questa applicazione in futuro.
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