إدماج المتلقينات البصرية مع مرسلات الشبكة الإلكترونية من أجل وصلات البيانات العالية السرعة

كفاءة الفضاء والطاقة

وتقييد مراكز البيانات بكثافة الطاقة الراكية وبصمة الاقدام المادية، إذ يزيل المرسلون المتكاملون المكونات الزائدة عن الحاجة مثل مجموعات منفصلة من أدوات تقييم الأثر التقني، ومرشحات SAW، وشبكات الساعات الخارجية، ويتيح نموذج واحد من وحدات كفاءة التشغيل الموحدة (QSFP-DD) أو وحدة تشغيل الحاسوب (OSFP) التي تدمج جهاز الاستقبال و PHY أن توفر ما يصل إلى 40 في المائة من مناطق المجلس، و 30 في المائة من وحدات التبريد

تحسين الموثوقية ونزاهة الإشارة

ويقصد بقلة نقاط الفشل، إذ أن مفاصل الجنود والموصلات هي من بين أكثر الأسباب شيوعاً للفشل الميداني، ومن خلال نقل جهاز الاستلام الضوئي وجهاز الإرسال Ethernet إلى مجموعة واحدة، يمكن للمصنّعين اختبار التجمع الافتراضي بأكمله كوحدة، وضمان الأداء المتسق على درجات الحرارة، وتباينات الفولط، علاوة على أن المسار الكهربائي القصير يقلل من التداخل الكهرومغناطيسي المبني إلى حد أعلى من 50 إلى آخر.

تحديات التنفيذ والتخفيف من آثاره

ورغم الفوائد الواضحة، فإن إدماج أجهزة الاستقبال البصرية في أجهزة إرسال شبكة Ethernet، يستحدث عدة عقبات تقنية يجب معالجتها بعناية أثناء التصميم والنشر.

التوافق والمعايير

ويجب أن يكفل المصممون أن تكون الوحدة المتكاملة مستوفية للمواصفات البصرية والكهربائية ذات الصلة، كما أن طبقة الوصلات المتوسطة الحجم (العاملات) التي تعتمد على المستوى المتوسط (العاملات) في إطار نظام تحديد الجودة (المستوى المتوسط) يمكن أن تخفض أيضاً معايير تحديد الوصلات بينية (CFLT: 1) التي تحدد بدقة متطلبات اختبارات التلقين، والتحميل، ونسبة الانقراض.

إدارة الطاقة والتصميم الحراري

ويخلق تركيز الاستثمار التقني والتجمعات التجارية وأجهزة سيرديس في حجم صغير بؤر ساخنة حرارية، وعادة ما تستهلك هذه المبادرة 50 إلى 150 ميغاواط في كل الممر، بينما يمكن لـ 112 من أجهزة قياس القدرة على إحداث الاحترار أن تسحب 200 إلى 300 ميغاواط في كل الممر، وبدون الإدارة الحرارية السليمة، فإن الزيادات الحالية في أجهزة التصوير الضوئي وتناقص مستويات الحساسية تشمل استخدام مواد متطورة من حيث الحرارة.

النزاهة الإشارة على التمييز

ويمكن أن تؤدي المسافات الضوئية عادة إلى التفكك وعدم التكرار، ولكن وحدات الاستلام المتكاملة/الوحدة الخاصة بالشبكة إلى تحسين ميزانية الربط الضوئي عن طريق خفض مساهمات الضوضاء الكهربائية، غير أن ميزانية الطاقة البصرية لا تزال تتطلب حسابا دقيقا، فعلى سبيل المثال، لا تزال هناك صلة بين 400 غباس-السحب 4 تتجاوز 500 متر من الألياف المنفردة تتطلب ميزانية أدنى للخسارة تبلغ نحو 6 كيلومترات.

الاختبار والتصديق

وتستلزم نماذج الاختبار المتكاملة معدات متخصصة قادرة على توليد إشارات بصرية من طراز PAM4 مع مرطبات وضجيج مراقَبة، بالإضافة إلى قياس الناتج الكهربائي في واجهة المستضيفة، كما تحدد نقاط اختبار الامتثال التي حددتها الشبكة 802.3 في TP2 (الناتج التشغيلي)، و TP3 (المساهمة البصرية في جهاز الاستقبال)، و TP4 (النتائج الإلكتروني بعد فترة السنتين).

تطبيقات التكامل

والطلب على ارتفاع مستوى الترددات والقوة الأدنى أقوى في ثلاثة مجالات رئيسية، وجميعها تعتمد بسرعة وحدات متكاملة للمستقبل البصري/المرور.

مراكز البيانات والحواسيب السحابية

(ب) مراكز البيانات ذات النطاق الهاي (مثل خدمات شبكة الأمازون، وأجهزة غوغل كلود، ومايكروسوفت أزور) تحتاج إلى توسيع نطاق نسيجها الشبكي من 100 غيغاباي إلى 400 غيغابي، و 800 وحدة متكاملة من وحدات النظام العالمي لمراقبة المناخ، وهي عناصر حاسمة بالنسبة لمفاتيح توزيع الورقات وأعلى المسارات التي تجمع بين آلاف الخواديم.

الاتصالات السلكية واللاسلكية و5G

5 زاي - شبكات النقل تتطلب وصلات عالية السرعة ومنتصفهاول وخلفية، كما أن أجهزة الاستلام البصرية المتكاملة/النقل العاملة في 25G إلى 100G لكل موجة من الموجات تُنشر في مراكز البيانات المشتركة للمكاتب المركزية وفي محطة قاعدية لاسلكية، كما أن المتطلبات المنخفضة من الطاقة والتفكيك الحراري هي عوامل قيمة خاصة في خزانات الهواء الطلق حيث يكون توقيت التبريد محدودا.

شبكات المشاريع وشبكة كامبوس للخلف

وبالإضافة إلى ذلك، فإن بيئات المؤسسات آخذة في التحديث من 10G و40G إلى 100G و400G الحرم الجامعي، وتخفض الوحدات المتكاملة التكلفة إلى حد ما مقارنة بالحلول المتميزة وتبسّط إدارة الكابلات بدعم عمليات الألياف الأطول منفردة، أما بالنسبة للوصلات التي تصل إلى كيلومترين، فإن المرسلات المتكاملة ذات العينات البصرية التي تستوفي المعايير 100GBASE-LR1 أو 400GBASE-FR4 توفر مساراًاً فعالاً من حيث التكلفة.

التكنولوجيات الناشئة والتوقعات المستقبلية

وتتسارع وتيرة التكامل مع نمو تكنولوجيات شبه الموصلات والتصوير الضوئي، وسيشكل الجيل القادم من وصلات البيانات العالية السرعة.

Silicon Photonics and Photonic Integrated Circuits

S[Fcon photonics leverages CMOS-compatible fabrication to integrate optical components such as photodiodes, modulators, and waveguides on the same die as electronic circuits. Recent advances have demonstrated monolithic receivers with Ge-on-Si photodiodes and SiGe BiCMOS TIAs operating at 224 Gb detection cost and allows closer integration with Ethernet

العمليات الأفيونية المكدسة

(ب) تمثل التصورات المجهزة بالشبكة المشتركة خطوة التكامل التالية، حيث يتم وضع المحرك البصري ضمن مجموعة واحدة من عناصر التبادل الحراري أو نظام التشغيل العالي، مما يلغي الحاجة إلى وحدات قابلة للذوبان، مع الحد بشكل كبير من استهلاك الطاقة من أجل وصلات الاتصال الشبكي القصيرة الأجل في مراكز البيانات.

ما بعد 800 جي ومعدلات البيانات العليا

وتتجه نسقات الطرق إلى 1.6 تيبس و3-2 Tbps Ethernet في غضون هذا العقد، وستتطلب هذه السرعة أجهزة استقبال بصرية متكاملة تتجاوز 100 غيغاهيرتز وسيرديز تعمل بـ 224 غيغاغاً أو 448 غبزاً، ويمكن استكشاف أشكال التناوب المتقدمة مثل 100 غيبوبة من طراز PAM4 وحتى PAM8، مما يضع متطلبات أكثر صرامة في نظام التصحيحات الرقمية المحتملة.

خاتمة

إن إدماج أجهزة الاستلام البصرية مع أجهزة إرسال الشبكة الحرارية خطوة حاسمة نحو تلبية الطلب غير الملموس على ارتفاع معدلات البيانات، وانخفاض مستوى التردد، وانخفاض الطاقة في الشبكات الحديثة، وبدمج جهاز التصوير، والتضليل، واستعادة الساعات، وسيرديس في وحدة واحدة أو مجموعة واحدة، يمكن للمصممين أن يحققوا سلامة الإشارات وكثافة يتعذر عليها أن تُحدَّد عناصر متفاوتة في مجال التبني.