1,6 t optinis siųstuvas-imtuvas sumažina delsą

 

 

1,6 T optinis siųstuvas-imtuvas sumažina delsą dėl trumpesnių elektrinių signalų kelių, pažangios silicio fotonikos integracijos ir optimizuotų skaitmeninių signalų apdorojimo architektūrų, kurios sumažina duomenų apdorojimo delsą. Šių modulių delsa sumažinama iki 75 %, palyginti su tradicine prijungiama optika, nes optiniai ir elektroniniai komponentai nustatomi ne centimetrais, o milimetrais vienas nuo kito.

Evoliucija nuo 800 G iki 1,6 T reiškia daugiau nei padvigubėjusį pralaidumą,{2}}ji iš esmės keičia tai, kaip duomenų centrai apdoroja ryšį realiuoju laiku. Šiuolaikinės AI darbo apkrovos reikalauja mažiau nei -mikrosekundžių GPU-to{7}}GPU ryšio atsako laiko, todėl delsos mažinimas yra toks pat svarbus kaip pralaidumo didinimas.

 

 

Architektūros naujovės, skatinančios delsos mažinimą

 

The1,6 T optinis siųstuvas-imtuvasnaudoja 8 kanalų dizainą, o kiekviena juosta veikia 200 Gbps greičiu naudojant PAM4 moduliaciją. Ši architektūra sumažina reikalingų kanalų skaičių, palyginti su ankstesnėmis kartomis, o tai sumažina kaupiamąjį delsą, atsirandantį dėl lygiagrečių apdorojimo kelių.

Silicio fotonikos technologija sujungia optinius moduliatorius, fotodetektorius ir bangolaidžius į vieną lustą kartu su elektroniniais komponentais. Ši integracija pašalina ilgus PCB pėdsakus, esančius tradicinėse konstrukcijose, kur signalai turi nukeliauti kelis centimetrus tarp ASIC ir optinio modulio. „Marvell“ 1.6T lengvasis variklis demonstruoja šį metodą, sujungdamas šimtus komponentų -įskaitant moduliatorius, transimpedanso stiprintuvus ir mikrovaldiklius-į vieną paketą, kuris sunaudoja mažiau nei 5 pidžaulius vienam bitui.

Fizinis artumas turi didelę reikšmę. Norint pasiekti optinę sąsają, tradiciniams prijungiamiesiems siųstuvams-imtuvams reikia, kad elektriniai signalai būtų perkeliami 10-15 centimetrų PCB pėdsakų. Kiekvienas centimetras padidina sklidimo delsą ir reikalauja signalo kondicionavimo, kuris įveda papildomą delsą. Palyginimui, kartu supakuoti optikos sprendimai nustato optinį variklį per 2–5 milimetrus nuo jungiklio ASIC, sumažindami elektros kelio ilgį 80–90%.

Credo Bluebird skaitmeninis signalo procesorius yra naujausios kartos optimizuotų DSP, sukurtų specialiai1,6 T optinis siųstuvas-imtuvasprogramas. Lustas palaiko dviejų krypčių delsą iki 40 nanosekundžių ir palaiko aštuonias 224 Gbps PAM4 perdavimo juostas. Tai reiškia 60 % sumažintą delsą, palyginti su ankstesnės-kartos 800 G DSP. Tai pasiekiama dėl supaprastintų apdorojimo vamzdynų ir mažesnių buferio reikalavimų.

 

Skaitmeninio signalo apdorojimo optimizavimas

 

Pasirinkimas tarp analoginio ir skaitmeninio signalo apdorojimo labai paveikia delsos veikimą. „Semtech“ linijinės prijungiamos optikos metodas parodo, kaip analoginės architektūros pasiekia delsą, mažesnę nei 250 pikosekundžių su minimaliomis svyravimais, o skaitmeniniuose sprendimuose dėl analoginio-skaitmeninio konvertavimo, apdorojimo ir buferio operacijų paprastai nustatoma 8-10 nanosekundžių delsa.

Tačiau skaitmeniniai metodai suteikia pranašumų ilgesniam pasiekiamumui ir sudėtingoms aplinkoms. 3 nm proceso technologija, naudojama pirmaujant1,6 T optinis siųstuvas-imtuvasmoduliai įgalina efektyvesnį DSP diegimą, kuris subalansuoja delsą ir kitus našumo reikalavimus. Šie pažangūs mazgai palaiko didesnį laikrodžio greitį ir lygiagretaus apdorojimo galimybes, kurios iš dalies kompensuoja skaitmeninėms architektūroms būdingą delsą.

Išankstinis klaidų taisymas yra kitas delsos svarstymas. Pasirenkamas IEEE-suderinamas FEC gali padidinti perdavimo atstumą daugiau nei 500 metrų, tačiau tai padidina apdorojimo delsą. Šiuolaikiniuose siųstuvuose-imtuvuose įdiegtas prisitaikantis FEC, kurį galima išjungti trumpo-pasiekimo aukštos kokybės{5}aplinkose, siekiant optimizuoti delsą, tada įjungti dinamiškai, kai pablogėja signalo paraštės.

 

Bendras{0}}Paketų optinis poveikis

 

Bendra{0}}paketuotos optikos (CPO) technologija integruoja dar labiau, nes optiniai varikliai montuojami tiesiai ant to paties pagrindo, kaip perjungiant ASIC. NVIDIA Quantum-X ir Spectrum-X jungikliuose yra 1,6 Tbps ir 3,2 Tbps silicio fotonikos CPO moduliai, kurie visiškai pašalina prijungiamas siųstuvų-imtuvų sąsajas.

Vėlavimo pranašumai neapsiriboja elektros kelio mažinimu. CPO pašalina SerDes sąsajas, paprastai naudojamas ryšiui tarp ASIC ir prijungiamų modulių. Šios nuosekliojo / deserializavimo grandinės įprastose architektūrose padidina 5–15 nanosekundžių delsą. Integruodama optines ir elektronines funkcijas tame pačiame paketo pagrinde, CPO sukuria tiesioginius ryšius, kurie visiškai apeina šias papildomas išlaidas.

„Broadcom“ „Tomahawk-5“ eterneto jungiklis su integruotomis fotoninėmis jungtimis rodo energijos vartojimo efektyvumo padidėjimą ir delsos patobulinimus,-sunaudojamas 70 % mažiau energijos, palyginti su tradiciniais sprendimais, tuo pat metu maždaug 30–40 % sumažinant vėlavimą nuo galo iki galo.

CPO šilumos valdymo iššūkiai reikalauja kruopštaus dėmesio. Šilumą{1}}generuojančių optinių komponentų pastatymas šalia didelio-galios jungiklio ASIC reikalauja pažangių aušinimo sprendimų, paprastai apimančių aušinimo skystis sistemas. Tačiau šiuos šiluminius iššūkius atsveria delsos -jautrių programų, pvz., didelio-dažnio prekybos ir{6}}realaus laiko AI išvadų, našumo pranašumai.

 

 

Programos-konkretūs delsos reikalavimai

 

Skirtingi darbo krūviai nustato skirtingus delsos apribojimus, kurie turi įtakos1,6 T optinis siųstuvas-imtuvasdizaino pasirinkimai. Dirbtinio intelekto mokymo klasteriams reikalingas mažas-delsos GPU-prie-GPU ryšys, kad būtų išlaikytas paskirstyto modelio mokymo sinchronizavimas. NVIDIA GB200 NVL72 stovo-masteliu sistema atitinka šį reikalavimą, naudojant 1,6T siųstuvus-imtuvus konfigūracijoje, kurioje GPU{9}}ir{10}}siųstuvo-imtuvo santykis siekia 1:2 arba 1:3, atsižvelgiant į tinklo topologiją.

Finansinės prekybos programos atitinka griežčiausius delsos reikalavimus komerciniuose duomenų centruose. Prekybos algoritmai, veikiantys mikrosekundžių laiko skalėmis, reikalauja, kad kiekvienas signalo kelio komponentas sumažintų vėlavimą. Silicio fotonika-pagrįsta1,6 T optinis siųstuvas-imtuvasmoduliai yra patrauklūs šiam sektoriui dėl ypač mažo{0}}delsavimo, palyginti su EML{1}}pagrįstomis alternatyvomis.

Debesų kompiuterijos aplinkos subalansuoja delsą ir kitus veiksnius, pvz., išlaidas ir energijos vartojimo efektyvumą. „Hyperscale“ operatoriai, diegiantys 1.6T infrastruktūrą, teikia pirmenybę sprendimams, kurie sumažina bendrąsias nuosavybės išlaidas ir atitinka paslaugų lygio susitarimus dėl programos atsako laiko. Galimybė pasiekti sub-mikrosekundžių delsą įgalina naujas paskirstytų programų klases, kurios anksčiau buvo nepraktiškos.

 

Gamybos ir bandymų svarstymai

 

Norint pasiekti mažą delsos našumą, reikalinga griežta gamybos kokybės kontrolė. „Keysight“ DCA-M mėginių ėmimo osciloskopai leidžia lygiagrečiai išbandyti kelias 224 Gbps PAM4 juostas vienu metu, kai triukšmo lygis yra mažesnis nei 15 mikrovoltų, o virpėjimas mažesnis nei 90 femtosekundžių. Šis matavimo tikslumas užtikrina kiekvieną1,6 T optinis siųstuvas-imtuvasatitinka delsos specifikacijas prieš diegimą.

Siųstuvo ir dispersinio uždarymo ketvirčio (TDECQ) metrika yra pagrindinis kokybės rodiklis. Mažesnės TDECQ reikšmės koreliuoja su sumažėjusiu signalo pablogėjimu ir, atitinkamai, mažesniu vėlavimu per optinį ryšį. Automatizuota testų optimizavimo programinė įranga leidžia gamintojams greitai sureguliuoti lazerio poslinkį, moduliatoriaus įtampą ir kitus parametrus, kad būtų pasiektas optimalus TDECQ našumas visose gamybos apimties.

Didėjant rinkos paklausai, gamybos masto didinimas kelia iššūkių. „LightCounting“ prognozuoja, kad 100G+ optinių siųstuvų-imtuvų rinka išaugs nuo 60 mln. vienetų 2025 m. iki daugiau nei 120 mln. vienetų iki 2029 m., o 1,6T moduliai sudarys vis didesnę šio augimo dalį. Norint patenkinti šį poreikį išlaikant mažą-delsos našumą, reikalingi sudėtingi gamybos procesai ir kokybės užtikrinimo protokolai.

 

Rinkos dinamika ir priėmimo tendencijos

 

The1,6 T optinis siųstuvas-imtuvas2024 m. rinka pasiekė maždaug 1,1–2,7 milijardo JAV dolerių ir, kaip prognozuojama, iki 2033 m. išaugs 25–33 % metiniu tempu ir pasieks 13,5 milijardo dolerių ar daugiau, priklausomai nuo priėmimo greičio. Ši augimo trajektorija gerokai viršija ankstesnes siųstuvų-imtuvų kartas, o 1,6T moduliams prireikia tik ketverių metų, kad būtų pasiekta 10 milijonų metinių siuntų, palyginti su 100G modulių per dešimtmetį.

Šiaurės Amerika pirmauja, o 2024 m. sudarys maždaug 38 % pasaulinių pajamų, kurią lėmė didelių debesų paslaugų teikėjų diegti didelio masto duomenų centrai. Tačiau Azijos Ramiojo vandenyno regionas yra pasirengęs sparčiausiai augti – iki 2033 m. numatomas 37 % CAGR, kurį paskatins 5G infrastruktūros plėtra ir vyriausybės skaitmeninės transformacijos iniciatyvos Kinijoje, Japonijoje ir Pietų Korėjoje.

Perėjimas nuo 800G prie 1,6T paspartėja operatoriams pereinant prie 200G-už-juostą sprendimų. „Cignal AI“ prognozuoja, kad didelės spartos duomenų perdavimo{6}} optinės įrangos rinka išsiplės nuo 9 mlrd. USD 2024 m. iki beveik 12 mlrd. USD iki 2026 m., kai šis perėjimas pasiekia piką. Tikimasi, kad bendras 1,6T ir 3,2T siųstuvų-imtuvų, įskaitant linijinę įjungiamą optiką ir CPO variantus, pardavimas iki 2029 m. sieks 10 mlrd.

 

Techniniai iššūkiai ir sprendimai

 

Norint pasiekti patikimą 200 G-per-juostą, reikia įveikti keletą techninių kliūčių. Didėjant duomenų perdavimo spartai, signalo vientisumas tampa vis svarbesnis. Trumpesni 200G PAM4 signalų simbolių periodai palieka mažiau triukšmo, virpėjimo ir sklaidos ribos. Pažangios išlyginimo technologijos ir tikslūs laiko atkūrimo mechanizmai padeda išlaikyti signalo kokybę ir sumažinti delsą.

Skaidulų kokybė ir jungties specifikacijos tampa svarbios esant didesniam greičiui. Net nedideli jungties praradimai ar skaidulų trūkumai, kurie buvo toleruojami esant 100 G, gali labai paveikti našumą esant 200 G. Tai skatina pritaikyti patobulintus optinius komponentus, tokius kaip mažo-nuostolio MPO-12 jungtys ir itin-mažo-vienmodio skaidulos, optimizuotos 1310 nm bangos ilgiams, dažniausiai naudojamiems1,6 T optinis siųstuvas-imtuvasįgyvendinimai.

Bangos ilgio valdymas yra dar vienas iššūkis. Silicio fotonikos moduliatoriai turi nuo temperatūros priklausomą bangos ilgio poslinkį, kuris turi būti kompensuojamas naudojant aktyvų šilumos valdymo arba bangos ilgio fiksavimo metodus. Šie mechanizmai turi veikti neįvedant delsos, todėl reikalingi sudėtingi valdymo algoritmai, galintys reguliuoti bangos ilgį realiuoju laiku-neapsaugodami duomenų srautų.

 

Ateities įvykiai

 

Į planą, viršijantį 1,6T, jau yra kuriami 3,2T ir net 6,4T optiniai moduliai. Šie naujos-kartos siųstuvai-imtuvai greičiausiai naudos 400 G-per-juostą, naudodami pažangius moduliavimo formatus ir galbūt pereis prie trumpesnių bangų ilgių, turinčių didesnį pralaidumo potencialą.

Plokščių-lygio-supakuota optika atspindi ilgalaikę-viziją, kai optinės jungtys integruojamos tiesiai į puslaidininkių gamybos procesą. „Imec“ tyrimai rodo, kad naudojant šį metodą būtų galima pasiekti 10 Tbps per milimetrą pralaidumo tankį, kai energijos suvartojimas yra mažesnis nei 1 pidžaulis bitui, nors komercinis diegimas tebėra kelerius metus.

AI ir mašininio mokymosi integravimas į tinklo optimizavimą sukuria įdomių galimybių. Išmanieji siųstuvai-imtuvai galėtų prisitaikyti prie savo veikimo parametrų, atsižvelgdami į{1}}realaus laiko ryšio sąlygas, dinamiškai subalansuodami delsą, energijos suvartojimą ir patikimumą, kai darbo krūvio reikalavimai keičiasi visą dieną.

 

 

Dažnai užduodami klausimai

 

Kiek delsos sumažėja 1,6T optinis siųstuvas-imtuvas, palyginti su 800G?

Modernus1,6 T optinis siųstuvas-imtuvasmoduliai paprastai pasiekia 30–60 % mažesnį delsą nei lygiaverčiai 800G sprendimai, visų pirma dėl mažesnių signalų apdorojimo sąnaudų ir trumpesnių elektros kelių. CPO diegimas siūlo dar didesnį sumažinimą, visiškai pašalindamas prijungiamos sąsajos delsą.

Kokia yra tipinė 1,6T optinio ryšio delsa?

Pabaigos-to-delsa priklauso nuo atstumo ir architektūros pasirinkimų. Trumpo pasiekiamumo nuorodos, kuriose naudojamas analoginis apdorojimas, gali pasiekti sub-mikrosekundžių delsą, o ilgesni atstumai, kuriems reikia DSP ir FEC, paprastai įveda 100–200 nanosekundžių apdorojimo delsą ir sklidimo per skaidulą laiką.

Kodėl silicio fotonika sumažina delsą?

Silicio fotonika leidžia glaudžiai integruoti optinius ir elektroninius komponentus viename luste, smarkiai sutrumpinant elektrinio signalo kelius. Ši integracija pašalina ilgus PCB pėdsakus tarp jungiklių ASIC ir optinių modulių, esančių tradicinėse architektūrose, sumažindama tiek sklidimo delsą, tiek signalo kondicionavimo reikalavimus.

Ar 1.6T siųstuvai-imtuvai tinka finansinės prekybos programoms?

Taip, pagrįstos itin-mažos silicio fotonikos delsos charakteristikos-1,6 T optinis siųstuvas-imtuvasDėl modulių jie puikiai{0}}tinka didelio-dažnumo prekybos aplinkoje, kur mikrosekundžių-lygio delsa tiesiogiai veikia prekybos strategijos našumą ir pelningumą.

---

Perėjimas prie 1.6T optinių jungčių žymi reikšmingą duomenų centro architektūros posūkio tašką. Be neapdoroto pralaidumo patobulinimų, delsos sumažinimas, kurį įgalina pažangi pakuotė ir silicio fotonika, atveria naujas galimybes paskirstytoms skaičiavimo programoms, kurios anksčiau buvo nepraktiškos. Kadangi dirbtinio intelekto darbo krūviai ir toliau lemia infrastruktūros reikalavimus, galimybė greičiau perkelti duomenis su mažesne delsa tampa vis svarbesnė siekiant išlaikyti konkurencinį pranašumą tiek komercinėje, tiek mokslinių tyrimų skaičiavimo aplinkoje.

Šaltiniai

„Credo Technology“ - „Bluebird 1.6T“ optinio DSP pranešimas, 2025 m. rugsėjo mėn.

LightCounting rinkos tyrimas - Optinių siųstuvų-imtuvų rinkos prognozė 2025–2029 m.

„Marvell Technology“ - 1.6T Silicon Photonics Light Engine demonstracija, 2025 m. kovo mėn

Augimo rinkos ataskaitos - 1.6T optinio siųstuvo-imtuvo rinkos tyrimo ataskaita, 2025 m. rugpjūčio mėn.

„Semtech“ - Low Power-„Datacom 1.6T“ siųstuvų-imtuvų seminaras žiniatinklyje, 2025 m. balandžio mėn.

Keysight Technologies - 1.6T Optical Transiver Testing Solutions, 2024–2025 m.

Mordor Intelligence - Optical Interconnect Market Analysis, 2025 m

Cignal AI - High{1}}Speed ​​Datacom optinio modulio rinkos ataskaita, 2025 m. sausio mėn.

NVIDIA GTC 2025 - Quantum-X ir Spectrum-X CPO jungiklio pranešimai

Ayar Labs - Co-Packaged Optics Analysis, 2025 m. birželio mėn.