ماژول های نوری 400G در اتصال بین مراکز داده (DCI)

ماژول‌های نوری 400G در اتصال مراکز داده (DCI)

         بر اساس داده‌های IDC، تا سال 2025، انتظار می‌رود نزدیک به 80 درصد از ترافیک جهانی داده در سرورهای هسته و لبه ذخیره شود. در همین حال، نرخ رشد ترافیک شرق-غرب در داخل مراکز داده بسیار بیشتر از ترافیک شمال-جنوب و ترافیک بین مراکز داده خواهد بود. مراکز داده سنتی به تدریج با مراکز داده ابری با رواج محاسبات ابری جایگزین می‌شوند که تقاضای بازار برای ماژول‌های نوری 400G را به طور قابل توجهی تحریک کرده است.

         به طور معمول، نیازهای مشتری بسته به سناریوی کاربرد تنظیم می‌شود. برای انتقال WDM در مسافت طولانی، عملکرد ماژول عامل کلیدی برای مشتریانی است که به دنبال ظرفیت بالاتر و فواصل انتقال طولانی‌تر هستند. در مقابل، برای انتقال در مسافت کوتاه در داخل مراکز داده، هزینه انتقال حیاتی‌تر است.

برای دستیابی به ظرفیت بالاتر، ماژول‌های نوری 400G سه رویکرد اصلی برای کاهش هزینه در هر بیت دارند:

 * فناوری PAM4: فناوری PAM4 به طور موثری کارایی استفاده از پهنای باند را بهبود می‌بخشد. در نرخ باود یکسان، نرخ بیت سیگنال PAM4 دو برابر سیگنال NRZ است، بنابراین کارایی انتقال را بهبود می‌بخشد و در عین حال هزینه‌ها را کاهش می‌دهد.

 * چند خطی (Multi-lane): در مقایسه با انتقال 4 خطی، راه‌حل‌های انتقال 8 خطی مزایایی در تعادل هزینه و مصرف انرژی دارند.

 * تراشه‌های نوری با نرخ باود بالاتر: این تراشه‌ها نرخ انتقال را بدون تأثیر بر فاصله انتقال افزایش می‌دهند. تراشه‌های نوری مختلف با نرخ باود 25G (DML، EML، VCSEL) به تدریج به تراشه‌های با نرخ باود 56G ارتقا می‌یابند.

         ماژول‌های نوری 400G در کاربردهای مراکز داده بسیار رایج هستند. به عنوان مثال، ماژول 400G QSFP-DD XDR4 را می‌توان در کاربردهای خروجی 4x100G از یک QSFP28-FR-100G استفاده کرد. برای کاربردهای DCI، ماژول 400G QSFP-DD FR4 از انتقال 2 کیلومتری بر روی فیبر تک حالته پشتیبانی می‌کند. ماژول‌های 400G QSFP-DD LR8 و 400G QSFP-DD LR4 با انتقال چهار طول موج CWDM از طول لینک تا 10 کیلومتر پشتیبانی می‌کنند. علاوه بر این، ماژول 400G QSFP-DD ER8 که برای فواصل طولانی‌تر طراحی شده است، می‌تواند 40 کیلومتر را بر روی لینک‌های فیبر تک حالته G.652 پوشش دهد. شکل زیر راه‌حل‌های ماژول نوری برای شبکه‌های مراکز داده 400G را نشان می‌دهد.

         با انتظار استفاده از میلیون‌ها ماژول نوری در ایستگاه‌های پایه 5G، اپراتورها فوراً نیاز به کاهش هزینه ماژول‌های نوری در سرمایه‌گذاری‌های زیرساخت شبکه دارند. علاوه بر این، ماژول‌های نوری در شبکه‌های انتقال مخابراتی باید عمر خدمتی بیش از 10 سال داشته باشند و از فواصل انتقال تا 80 کیلومتر پشتیبانی کنند، که الزامات بالاتری را برای قابلیت اطمینان و عملکرد در سناریوهای شبکه انتقال شهری ایجاد می‌کند.

        برای دستیابی به نرخ‌های انتقال بالاتر و هزینه‌های تولید پایین‌تر، ماژول‌های 400G برای شبکه‌های انتقال شهری یکپارچه از فناوری‌های مشابه با آنچه در شبکه‌های مراکز داده استفاده می‌شود، بهره می‌برند:

 * ماژول‌های با قابلیت اطمینان بالاتر: بسته‌بندی هرمتیک برای برآورده کردن الزامات عمر خدمتی 10 ساله و محدوده دمای عملیاتی 0 تا 70 درجه سانتی‌گراد استفاده می‌شود.

 * گیرنده APD با کارایی بالا: حساسیت گیرنده بهبود یافته است.

 * فناوری همدوس (Coherent Technology): برای دستیابی به فواصل انتقال بیش از 80 کیلومتر، راه‌حل‌های 400G از فناوری همدوس استفاده می‌کنند. در همین حال، با توسعه فناوری‌های یکپارچه‌سازی SiP و InP و تکامل مداوم فناوری CMOS، ماژول‌های همدوس به سمت اندازه کوچکتر و مصرف انرژی کمتر گرایش دارند. مصرف انرژی کم و اندازه کوچک ماژول‌های 400G ZR آن‌ها را برای کاربرد گسترده در سناریوهای دسترسی لبه شهری مناسب می‌سازد.

ماژول‌های نوری همدوس در سه جهت در حال تکامل هستند:

 * بهره‌وری طیفی (Spectral Efficiency): بهره‌گیری از پیشرفت‌های مداوم در الگوریتم‌های oDSP برای بهبود بهره‌وری طیفی و ظرفیت تک فیبر.

 * نرخ باود (Baud Rate): افزایش نرخ باود در هر طول موج برای دستیابی به پهنای باند بالاتر در هر پورت، در نتیجه کاهش هزینه و مصرف انرژی در هر بیت.

 * اندازه کوچکتر و مصرف انرژی کمتر: استفاده از اجزای اپتوالکترونیکی یکپارچه، فرآیندهای تولید پیشرفته و الگوریتم‌های تخصصی oDSP برای کاهش اندازه و مصرف انرژی ماژول‌های 400G.

نتیجه‌گیری

        ماژول‌های نوری 400G جریان اصلی فعلی در حال حاضر به طور گسترده در سناریوهای مختلف شبکه از جمله شبکه‌های مراکز داده، شبکه‌های انتقال شهری و شبکه‌های انتقال با ظرفیت بالا در مسافت طولانی استفاده می‌شوند. تقاضا برای ظرفیت بالاتر، هزینه کمتر در هر بیت و مصرف انرژی کمتر، ماژول‌های نوری را به سمت نرخ‌های داده بالاتر سوق می‌دهد.