Kokia yra optinio siųstuvo-imtuvo paskirtis?

 

Daugelis žmonių gali būti nepažįstami terminu „optinis siųstuvas-imtuvas“. Tačiau kiekvieną kartą, kai naršote „TikTok“, skambinate vaizdo skambučiais arba saugote failus debesies saugykloje, šis mažas įrenginys tyliai veikia užkulisiuose.

 

 

Pirmiausia išsiaiškinkime, kas yra optinis siųstuvas-imtuvas

 

Optinis siųstuvas-imtuvas, pramonėje paprastai vadinamas „optiniu moduliu“, iš esmės yra signalo keitiklis.

 

Jūsų namų maršrutizatorius, įmonės jungiklis ir duomenų centro serveriai veikia elektros signalais. Tačiau elektriniai signalai turi didelę problemą,{1}}jie nekeliauja labai toli. Variniais kabeliais 10G signalas gali nukeliauti tik 30–50 metrų, kol sugenda, ir jis yra labai jautrus trikdžiams; net netoliese veikiantis variklis gali sukelti problemų.

Optiniai signalai skiriasi. Teoriškai optiniai signalai vienmode{1}}šviesolaidžiu gali nukeliauti šimtus kilometrų absurdiškai dideliu pralaidumu; vienas plonas kaip žmogaus plaukas pluoštas gali vienu metu perduoti dešimtis terabaitų duomenų.

Tačiau čia yra problema: įrenginiai negali apdoroti optinių signalų.

 

 

Štai kodėl mums reikia optinių modulių kaip „vertėjų“:

Siunčiant:paverčiant elektrinius signalus į optinius signalus ir siunčiant juos į šviesolaidį.

Kai gaunate:šviesolaidžio optinius signalus konvertuoti atgal į elektrinius signalus, kad įrenginiai galėtų apdoroti{0}}taip paprasta.

 

Duomenų centrai – didžiausi optinių modulių vartotojai

 

Pradėsiu nuo kai kurių konkrečių skaičių. Praėjusiais metais turėjau galimybę apsilankyti pirmaujančiame debesų tiekėjo duomenų centre Zhangbei mieste. Operacijų ir techninės priežiūros darbuotojai man pasakė, kad jų viename miestelyje buvo daugiau nei 500 000 optinių modulių ir dėl įvairių priežasčių jie kas mėnesį keičia kelis šimtus; atsarginės dalys buvo sukrautos kaip maži kalnai sandėlyje.

Ir tai buvo tik vienas miestelis. Kelių pagrindinių vietinių gamintojų bendras skaičius lengvai viršija dešimt milijonų veikiančių optinių modulių.

 

Kam naudoti tiek daug?

Prieiga prie serverio
Šiandieniniuose duomenų centruose kiekviename serveryje yra bent du 25G arba 100G tinklo prievadai, kuriems visiems reikalingi optiniai moduliai. Stovas, kuriame yra 40 serverių, reikalauja 80 optinių modulių tik tam serverio sluoksniui.

 

Kai kurie žmonės klausia: "Kodėl nenaudojant varinių kabelių trumpiems atstumams?"

Tikrai yra toks sprendimas, vadinamas DAC (Direct Connect Copper Cable), kuris tikrai pigus ir efektyvus 3 metrų atstumu. Tačiau jis neveikia toliau nei 3 metrai dėl stipraus signalo susilpnėjimo. Duomenų centro kabeliai retai būna tvarkingi ir tvarkingi; tai dažnai apima posūkius ir posūkius, o 5 ar 10 metrų yra gana įprasta. Tokiais atvejais optiniai moduliai yra būtini.

 

Stuburo{0}}lapų sujungimo architektūra

Daugumoje tinkamų duomenų centrų dabar naudojama Spine{0}}Leaf architektūra. „Leaf“ jungikliai valdo prieigą prie serverio, o „Spine“ jungikliai – srauto peradresavimą rytų-vakarų kryptimi.

Atstumas tarp „Leaf“ ir „Spine“ svyruoja nuo dešimčių iki kelių šimtų metrų ir paprastai yra 100 G ar didesnis, o pagrindiniai gamintojai jau pereina prie 400 G.

Remiantis 2024 m. pradžios „LightCounting“ duomenimis, 100G optiniai moduliai vis dar yra didžiausia duomenų centrų siuntų kategorija, tačiau 400G auga stulbinančiai ir per metus padidėja beveik 80 proc.

Manau, kad iki 2025 m. 400G taps naujai pastatytų duomenų centrų standartu.

 

 

Duomenų centro sujungimas (DCI)

 

Didelės įmonės paprastai turi kelis duomenų centrus mieste, kuriems reikalingas didelis{0}}sujungimas duomenims sinchronizuoti ir atkurti po nelaimių.

DCI atstumai tame pačiame mieste paprastai yra 10-80 kilometrų. Anksčiau šiam scenarijui buvo naudojami 100G LR4 ir ER4, tačiau dabar vis dažniau naudojamasi 400G ZR. ZR yra nuoseklus optinis modulis, galintis veikti 80 kilometrų ar net didesniu atstumu, su vieno bangos ilgio 400G, kuris yra labai galingas.

 

Pernai klientas norėjo užmegzti 400G tiesioginį ryšį tarp dviejų duomenų centrų, nutolusių 60 kilometrų. Iš pradžių planuota naudoti tradicinę DWDM įrangą, kuri būtų kainavusi kelis milijonus juanių. Vėliau jie perėjo prie tiesioginio ryšio su 400G ZR optiniais moduliais, sumažindami sąnaudas daugiau nei per pusę ir žymiai supaprastindami priežiūrą. Tai liudija technologijų pažangos naudą.

 

AI klasteriai – karščiausia pastarojo meto tendencija

 

Didelio masto modeliai{0}}išpopuliarėjo per pastaruosius dvejus metus, o tinklo pralaidumo reikalavimai mokymo grupėms yra tiesiog beprotiški.

NVIDIA DGX H100 serveriui su 8 GPU viename įrenginyje ir kiekviename GPU su 400G Ethernet prievadu kiekvienam įrenginiui reikia aštuonių 400G optinių modulių. Sukūrus dešimčių tūkstančių GPU klasterį, optiniams moduliams atsirastų astronominių išlaidų.

Sklando gandai, kad pagrindinis gamintojas iš anksto sumokėjo šimtus milijonų savo tiekėjams, kad užsitikrintų 800G optinio modulio gamybos pajėgumus.

Asmeniškai manau, kad dirbtinio intelekto paklausa išaugo per greitai, o optinio modulio tiekimo grandinė buvo nuolat įtempta. Tiesiausias įrodymas yra tai, kad kelių pirmaujančių optinių modulių gamintojų akcijų kainos šiais metais pakilo į viršų.

Telekomunikacijų operatorių tinklai yra tradicinė optinių modulių rinka. Nors ir ne tokie „seksualūs“ kaip duomenų centrai, jų mastas yra stabilus.

 

5G transporto tinklas

 

5G bazinės stotys skirstomos į tris lygius: AAU, DU ir CU. Ryšiai tarp jų vadinami fronthaul, midhaul ir backhaul.

Fronthaul (AAU į DU) dažniausiai naudoja 25G optinius modulius, kurių atstumai paprastai neviršija 20 kilometrų. Šiam segmentui keliami itin aukšti delsos ir sinchronizacijos reikalavimai, naudojant eCPRI protokolą, o optiniams moduliams taip pat keliami tam tikri specialūs reikalavimai. Praėjusiais metais 5G priekinio ryšio projekte su provincijos mobiliojo ryšio operatoriumi jie labai griežtai laikėsi optinių modulių delsos testavimo; kelios partijos buvo grąžintos dėl pernelyg didelės delsos. Kokybės kontrolė yra labai svarbi telekomunikacijų projektuose.

Vidutinio ir atbulinio perdavimo sistemose naudojami didesnio greičio optiniai moduliai, įskaitant 50G ir 100G, ir daug ilgesniais atstumais, galbūt dešimtimis kilometrų.

5G diegimo pikas iš tikrųjų praėjo, bet 6G yra iš anksto-tiriama, todėl vėliau vis dar yra galimybių.

 

Metropoliteno zonos tinklai (MAN) ir magistraliniai tinklai

 

Metropoliteno zonos tinklai (MAN) pirmiausia yra vežėjų miestuose valdomi tinklai, sujungiantys įvairius prieigos srautus ir siunčiantys jį į pagrindinį tinklą.

Pagrindinis tinklas yra tolimojo{0}}atstumo perdavimo tinklas, apimantis miestus ir provincijas, perduodantis beveik visą interneto srautą. Pagrindiniuose tinkluose turi būti naudojamos DWDM sistemos, į vieną optinį skaidulą sujungiant dešimtis ar net šimtus bangų ilgių, kurių kiekvieno bangos ilgis yra 100 G arba 400 G.

Šioje srityje naudojami optiniai moduliai yra technologiškai pažangiausi, pirmiausia koherentiniai optiniai moduliai ir yra brangūs; vienas modulis gali lengvai kainuoti dešimtis tūkstančių juanių. Atvirai kalbant, pagrindinio tinklo verslo pelno marža yra didelė, tačiau apimtys nedidelė, o klientų bazė ribojama iki kelių operatorių, todėl santykiai yra labai svarbūs.

 

Įmonės tinklo optinio modulio reikalavimai

 

Campus tinklas

Šiek tiek didesnėms įmonėms tikrai reikės tiesti šviesolaidinius kabelius tarp biurų pastatų. Ekstremaliausias mano matytas pavyzdys yra automobilių gamyklos miestelio tinklas. Gamyklos teritorija tokia didelė, kad kai kurie pastatai yra nutolę vienas nuo kito trijų ar keturių kilometrų atstumu, todėl reikalingi 10G LR ar net ER optiniai moduliai.

Įmonės klientai paprastai yra{0}}jautri kaina. Originalios įrangos gamintojo (OĮG) optiniai moduliai yra per brangūs, todėl dauguma rinksis su trečiąja šalimi suderinamus modulius. Kol rasite patikimą tiekėją, suderinami moduliai paprastai veikia be problemų. Tačiau yra išimčių. Kai kurios didelės valstybinės{6}}įmonės ir finansų įstaigos savo pirkimo procesuose reikalauja naudoti OĮG modulius, net jei jie yra du ar tris kartus brangesni. Yra atitikties reikalavimai; niekaip to neapeiti.

 

Saugojimo tinklai

Įmonių duomenų centruose optiniai moduliai taip pat reikalingi serveriams ir saugojimo įrenginiams sujungti.

Yra dvi pagrindinės saugojimo tinklų sistemos: Fibre Channel (FC) ir Ethernet. FC yra senesnis protokolas, tačiau dėl savo stabilumo ir patikimumo jis vis dar plačiai naudojamas tokiose pramonės šakose kaip finansai ir sveikatos priežiūra.

FC optiniai moduliai turi savo specifikacijas: 8G, 16G ir 32G FC, ir jų negalima naudoti pakaitomis su Ethernet optiniais moduliais. Pastaraisiais metais NVMe-oF protokolas išpopuliarėjo, naudojant eternetą saugojimo srautui perduoti, o FC rinkos dalis palaipsniui mažėja. Tačiau šis procesas bus labai lėtas, nes esama rinka yra per didelė.

 

Kiti optinių modulių pritaikymai

 

Pramonės scenarijai

Gamyklos aplinka yra atšiauri, su dideliu elektromagnetinių trukdžių lygiu ir staigiais temperatūros svyravimais, kurių įprasti optiniai moduliai negali atlaikyti. Pramoniniams -klasės optiniams moduliams reikalingas veikimo temperatūros diapazonas nuo -40 laipsnių iki +85 laipsnių, taip pat atsparumas vibracijai ir smūgiams. Kaina yra žymiai didesnė nei įprastų optinių modulių, tačiau pramoniniai klientai nesijaudina dėl papildomų išlaidų; jie teikia pirmenybę stabilumui.

Draugas, dirbantis plieno gamyklos projekte, man pasakė, kad paprasti jungikliai tiesiog netinkami tinklo įrangai šalia jų aukštakrosnių; jie turi naudoti pramoninės{0}}klasės įrangą su pramoninio-rūšio optiniais moduliais, kitaip tinklas perkais ir sugenda.

 

Transliacija ir televizija

Televizijos stotys taip pat naudoja optinius modulius vaizdo signalams perduoti viduje, tačiau protokolas šiek tiek skiriasi; tai SDI per Fiber.

4K ir 8K itin-aukštos-raiškos signalai turi labai didelį pralaidumą, o suspaudimas sukelia delsą, o tai nepriimtina tiesioginėse transliacijose. Todėl transliavimo pramonė naudoja nesuspaustą perdavimą, o tai kelia labai aukštus reikalavimus optinių modulių pralaidumui.

 

Karinės ir specialiosios programos

Kariniai optiniai moduliai yra visiškai kitas pasaulis, reikalaujantis įvairaus užgrūdinimo ir sertifikatų, o kaina taip pat visiškai kitoje lygoje-pasiekiamai brangi. Konkrečių detalių atskleisti nėra patogu, bet trumpai tariant, techninės kliūtys yra labai didelės, o žaidėjų, galinčių patekti į šią sritį, nėra daug.

 

Kaip pasirinkti optinį modulį?

 

Aptarę tiek daug naudojimo būdų, kaip pasirinkti optinį modulį realiame darbe?

 

Pirmiausia supraskite atstumą

Rinkdamiesi optinius modulius palikite šiek tiek paraštės. Pavyzdžiui, jei išmatuotas atstumas yra 800 metrų, pasirenkant

DR (500 metrų specifikacijos) tikrai neužtenka; reikia naudoti FR.

 

Antra, patvirtinkite pluošto tipą

Daugiamodius optinius modulius galima naudoti tik su daugiamodiu šviesolaidžiu, o vieno -modemo optinius modulius galima naudoti tik su vieno-mode. Jei pasirinksite netinkamą tipą, modulis neužsidega.

Daugiamodis pluoštas turi keletą klasių: OM1, OM2, OM3, OM4 ir OM5. Kuo aukštesnis laipsnis, tuo ilgesnis palaikomas atstumas. Šiuo metu OM3 ir OM4 yra pagrindiniai. Vienmo{9}}modo skaidulos iš esmės yra G.652, todėl jums nereikia jaudintis dėl modelio.

 

Trečia, patikrinkite įrenginio suderinamumą

Nors optiniai moduliai turi MSA standartą, skirtingi įrangos gamintojai vis tiek taiko įvairius metodus, todėl nebūtinai visi yra suderinami. „Cisco“ ir „Huawei“ įranga turi daugiau apribojimų trečiųjų šalių{1}}opiniams moduliams, o kai kuriems reikalinga komandų eilutės įvestis, kad būtų galima atpažinti. Arista ir Mellanox yra santykinai atviresni. Kad būtumėte saugūs, paklauskite tiekėjo, ar jis išbandė jį tiksliniame įrenginyje. Pagrindiniai suderinamų optinių modulių gamintojai paprastai turi suderinamumo sąrašus.

 

Ketvirta, atkreipkite dėmesį į energijos suvartojimą

Didelės spartos{0}}optiniai moduliai sunaudoja vis daugiau energijos. 400G DR4 modulis sunaudoja 8-10W, o 400G ZR modulis gali siekti 15-20W.

Jei visi optiniai moduliai yra sumontuoti jungiklyje, bendras energijos suvartojimas gali būti keli šimtai vatų, o tai yra iššūkis šilumos išsklaidymui. Nepamirškite tai atsižvelgti į savo dizainą, kad išvengtumėte duomenų centro aušinimo sistemos perkrovos.

 

800G moduliai šiuo metu yra labai paklausūs, kai kurių modelių pristatymo laikas yra nuo trijų iki keturių mėnesių. Jei projektas turi įtemptą tvarkaraštį, būtina iš anksto užtikrinti tiekimą.

 

Optinių modulių trikčių šalinimas

 

Nuoroda žemyn

Pradėkite nuo paprasčiausio: ar optinis modulis patikimai prijungtas? Ar tinkamai prijungtas šviesolaidinis kabelis? Nejuokitės, kai kurie žmonės iš tikrųjų negirdi „spragtelėjimo“, kai prijungiate šviesolaidinį kabelį, ir mano, kad jis prijungtas tinkamai, o ne. Tada patikrinkite pluošto poliškumą. Dviejų -pluošto jungčių atveju siųstuvas (Tx) turi būti prijungtas prie imtuvo (Rx); sujungus juos atvirkščiai, jis neužsidega. Jei jis vis tiek neveikia, naudokite optinį galios matuoklį, kad pamatytumėte perdavimo ir priėmimo galią, kad pamatytumėte, ar vienas iš optinių modulių nėra sugedęs.

 

Klaidos arba paketo praradimas:

 

Sekite nuorodą, kad pamatytumėte, kuris pluošto segmentas yra sugedęs. Jei vis tiek nerandate problemos, pabandykite pakeisti optinį modulį, skaidulą arba prievadą-, naudodami pašalinimo procesą.

 

Pakalbėkime apie kai kurias technologijų tendencijas

 

 

800G ir 1,6T:

 

Silicio fotonikos technologija

Silicio fotonika buvo populiari daugelį metų.

Atvirai kalbant, aš asmeniškai manau, kad tai buvo per{0}}parduota. Teoriškai silicio fotonika gali sumažinti išlaidas ir padidinti integraciją, tačiau faktinėje masinėje gamyboje derliaus problemos nebuvo iki galo išspręstos. Be to, lazeriams gaminti negalima naudoti silicio{3}}pagrindo medžiagų; juos vis tiek reikia sumaišyti ir integruoti su III-V grupės medžiagomis.

Žinoma, tai tik mano nuomonė; daugelis pramonės atstovų nesutinka. „Intel“ ir „Cisco“ labai reklamuoja silicio fotoniką, ir tai turi turėti savo priežasčių.

 

CPO (bendrai supakuota optika{0}})

Ši koncepcija yra radikalesnė: ji tiesiogiai sujungia optinį variklį ir perjungimo lustą. Privalumas yra žymiai sumažintas energijos suvartojimas ir padidėjęs pralaidumo tankis. Trūkumas yra tas, kad optinio modulio negalima pakeisti atskirai; jei vienas sugenda, gali tekti pakeisti visą plokštę.

Didžiosios įmonės, tokios kaip Google ir Meta, labai skatina CPO, o tikimasi, kad 2025 m. ar 2026 m. realiai jis bus įdiegtas. Tačiau vis dar neaišku, ar jis taps įprastas. Techninės priežiūros kolegos bijo CPO: kaip jį pakeisti, jei jis sugenda? Ar reikia nutraukti visos sistemos eksploatavimą?

 

Pagaliau

 

Pagrindinė idėja paprasta: optiniai siųstuvai-imtuvai yra kertinis šiuolaikinių ryšių tinklų akmuo, kurio pritaikymas itin platus.

Nuo jūsų namų plačiajuosčio ryšio ONU iki pagrindinio telekomunikacijų operatorių tinklo; nuo įmonės biurų tinklų iki didelio masto duomenų centrų; nuo 5G bazinių stočių iki AI mokymo grupių-optiniai moduliai yra visur.

Ši pramonė nėra žavinga, o techninės kliūtys nėra tokios bauginančios kaip lustų pramonėje, tačiau jos stiprybė slypi nuolatiniame ir nuolatiniame augime. AI banga suteikė pramonei didelį postūmį. Jei esate tinklo inžinierius, duomenų centro operacijų inžinierius ar tiesiog domitės ryšių pramone, tikrai verta skirti šiek tiek laiko mokantis apie optinius modulius. Kuo ilgiau dirbsite šioje srityje, tuo labiau tai įvertinsite.