光模块在数据中心的应用简介
日期:2020-05-07 浏览:564

近年来,大数据、云计算、5G、物联网以及人工智能等应用市场快速发展,将要来临的无人驾驶应用市场,给数据流量带来了爆炸性增长,数据中心互联逐渐发展成为光通信的研究热点。

目前的数据中心已不再仅仅是一座或几座机房,而是一组数据中心集群。为实现各种互联网业务和应用市场的正常工作,要求数据中心之间协同运转。数据中心之间信息实时海量交互,这就产生了数据中心互联网络需求,光纤通信则成为了实现互联的必要手段。

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与传统的电信接入网传输设备不同,数据中心互联要实现信息量更大、更密集的传输,就要要求交 换设备拥有更高速率、更低功耗,以及更加小型化。而决定这些性能是否能够实现的一个核心因素,则是光模块信息网络主要以光纤作为传输介质,但目前计算、分析还必须基于电信号,光模块是实现光电转换的核心器件。

光模块的核心组件由Transimitter(光发射次模块)/Receiver(光接收次模块)或Transceiver(光收发一体模块)、电芯片,另外还包括透镜、分路器、合束器等无源器件及外围电路组成。

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常见的光模块封装模式有SFP、XFP、QSFP、CFP等。

·SFP(Small Form-factor Pluggable)是一种紧凑型、可插拔的收发器模块标准,用于电信和数据通信应用,最高可支持10Gbps传输速率。

·XFP(10 Gigabit Small Form Factor Pluggable)是10G速率的小型可插拔收发器模块标准,支持多种通信协议,如10G 以太网、10G 光纤通道和SONETOC-192。XFP收发器可用于数据通信和电信市场,并提供比其他10Gbps 收发器更好的功耗特性。

QSFP(Quad Small Form-factor Pluggable)是一种紧凑型、可插拔的收发器标准,主要用于高速数据通信应用。根据速度可将QSFP 分为4×10G QSFP+、4×25G QSFP28、8×25G QSFP28-DD光模块等。目前QSFP28已广泛应用于全球数据中心。

·CFP(Centum gigabits Form Pluggable)是基于标准化的密集波分光通信模块,传输速率可达100-400Gbps。CFP模块的尺寸比SFP/XFP/QSFP更大,一般用于城域网等长距离传输。

 

数据中心通信光模块可按照连接类型分为三类:

(1)数据中心到用户,由访问云端进行浏览网页、收发电子邮件和视频流等终端用户行为产生;

(2)数据中心互联,主要用于数据复制、软件和系统升级;

(3)数据中心内部,主要用于信息的存储、生成和挖掘。根据思科预测,数据中心内部通信占数据中心通信70%以上的比例,数据中心建设的大发展,也就催生了高速光模块的发展。

数据流量持续增长,数据中心大型化、扁平化趋势推动光模块向两方面发展:

· 传输速率需求提升

· 数量需求增长

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数据中心大型化趋势导致传输距离需求提升,多模光纤的传输距离受限于信号速率的提升,预计将逐渐被单模光纤代替。而光纤链路成本由光模块和光纤两部分组成,针对不同的距离,也有不同的适用方案。就数据中心通信所需的中长距离互联而言,有着诞生自MSA的两种革命性方案:

· PSM4(Parallel Single Mode 4 lanes)

· CWDM4(Coarse Wavelength Division Multiplexer 4 lanes)

 

其中,PSM4光纤使用量是CWDM4的4倍,当链路的距离较长时,CWDM4方案成本则相对较低。

如今,400G光模块的实现技术成为了业界关注的重点。400G光模块的主要作用是能够提高数据的吞吐量,能最大限度的提高数据中心的带宽与端口密度。其未来的趋势是实现宽增益、低噪声、小型化和集成化等性能,满足下一代无线网络与超大规模数据中心通信的应用需求。

目前的400G光模块中,主要使用的是8路53G NRZ或者4路106G PAM4(4 Pulse Amplitude Modulation,4级脉冲幅度调制)信号调制的方式,来实现400G的信号传输。

模块封装方面,采用的则是OSFP或QSFP-DD,这两种封装形式都可以提供8路电信号接口。相较来说,QSFP-DD封装尺寸更小,更适合数据中心应用;OSFP封装尺寸稍大一些,功耗更大,更适合电信应用。 

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