רשתות התקשורת והמידע המודרניות מתמודדות עם לחץ בלתי פוסק להתמודד עם נפח התנועה ההולך וגובר עם שקיפות מינימלית.התכנסות של טכנולוגיות אופטיות ואלקטרוניות הפכה אבן הפינה להשגת הקישורים המהירים המבוקשים על ידי מרכזי נתונים, מובילי תקשורת, ותשתיות ארגוניות.אחד ההתפתחויות המשמעותיות ביותר בתחום זה הוא שילוב של מקלטים אופטיים עם Transceivers Ethernet.

מימון של מקבלי אופטי ו- Ethernet Transceivers

כדי להעריך את היתרונות של שילוב, חיוני להבין את התפקידים כל רכיב מבצע קישור סיבים אופטיים. מקלט אופטי ממיר הדופק אור נכנס לתוך זרם חשמלי, בדרך כלל באמצעות photodiode כגון PIN או avalanche photodiode (APD) מודולים תמונה שנוצר הוא אז amplified, שווה, ומדמת לתוך פיסות דיגיטליות.

מבצע קבלה אופטי

קצה החזית האופטיבית מורכב ממגרש פוטודקטור, מגבר טרנססרמנט (TIA), ומגביל את המגבר (LA) או מגבר ליניארי עם שליטה אוטומטית ברווח (AGC) photodiode ממיר photons toאלקטרונים עם יעילות קוונטית מספיק (כוללת גם שבבים חשמליים) אבל לעתים קרובות ל- tcents) של תאים קטנים (בדרך כלל מספקים רוחב פסים) של תאים חשמליים (בדרך כלל) ל- tcent) של תאים קטנים (ה-Ti-Ti-TIA).

Ethernet Transceiver (PHY) Role

Ethernet PHYs ליישם את sublayer (PCS), ההחזקה הגופנית (PMA), ואת אמצעי ביניים תלוי (PMD) sublayers המוגדרים ב IEEE 802.3. עבור ממשקים אופטיים, PMD sublayer מפרט את הפרמטרים ההמרות האופטימלית של CSEO באופן ישיר, כולל סימולציית חשמל, יחס הכחדה, ו-Freditual-pHal (G) עבור מספר PHI (RDR-DR-DR-DR) כולל מספר DR-DR-DR-DR-DR-DR-DR) ו-DR-DR-DR-DR-DR-DR-DR) כולל מספר DR-DR-DR-DR-DR-DR-DR) הוא כולל מספר DR-DR-DR-DR-DR-DR-DR-DR-DR-DR-DR) ו-DR-DR-DR-DR-DR-DR-DR-DR-DR-DR-DR-DR-DR-DR) הוא כולל שידור נתונים כולל PHI) של נתונים כולל PHI) ו-DR-DR-DR-DR-DR-DR-DR-DR-DR-DR-DR-DR-DR-DR-DR-DR-

מתקרבות

אינטגרציה ניתן להשיג ברמות שונות: על אותו לוח מעגלים מודפס (אינטגרציה היברידית), באותה חבילה (מודול MCM או MCM), או על אותו מת (מונואולית) שילוב היברידי באמצעות אג"ח חוט או צ'יפ הוא הגישה הבוגר ביותר, אבל co-packed אופטיקה (CPO) צובר עבור 800 Gpsb ומעבר.

יתרונות מרכזיים של פתרונות משולבים

המעבר למקבלים אופטיים משולבים ו- Ethernet Transceivers מספק ביצועים נוחים ויתרונות עלות על פני כמה ממדים.

שיעור נתונים גבוה יותר ודרך חישוב

אינטגרציה מקצרת את הנתיב בין photodetector לבין המעגל הדיגיטלי, ומאפשרת רוחב פס רחב יותר ומאפשרת את שערי נתונים לכל אורך עד 112 Gbps (PAM4) ועד מהרה 224 Gbps. במהירויות אלה, אפילו כמה מ"מ של עקבות PCB מציג ג'טר הרסני והמשך. על ידי חיסול של עקבות אלה, מודולים משולבים תומכים באופן אמין 800 Gbps ו-Tbps מצטבר נתונים כפי שנקבע על ידי תקן IEEE.

צמצום הטיות ו Jitter

כל מילימטר של עניינים מעכבים במסחר פיננסי, מחשוב ענן ומערכות בקרה בזמן אמת. Integrated Optors נמנעים מההתחבולה והסנכרון המתרחשת כאשר אותות חשמליים חייבים לנסוע דרך שבבים CDR נפרדים ו- SerDes.ההפיכה הישירה מפחיתה את ה- jitteristic עד 30–50% בהשוואה להטמעה דיסקרטית, כפי שהוגדרו ב-FLT:0IEEE2.3 תואמים את ה-RECT באופן ישיר להורדת ה-JFtimtive, לעומת גירסאות של גירסאות נמוכות יותר ל-JFLT.

מרחב וכוח

מרכזי נתונים מוגבלים על ידי צפיפות כוח צ'רצ'יל וטביעת רגל פיזית. Integrated Transceivers לחסל רכיבים אדומים כגון חבילות TIA נפרדות, SAW מסננים ורשתות שעונים חיצוניות. מודול QSFP או OSFP המשלב את המקלט ו-PHY יכול לחסוך עד 40% משטח הדירקטוריון פתוח ו-30% של נמל כוח.

שיפור אמינות וזיהוי

קישורים פחות משמעותם של נקודות כישלונות.מפרקים מוכרים ומחברים הם בין הגורמים הנפוצים ביותר של כשלי שדה.על ידי העברת המקלט האופטי ו- Ethernet transceiver לתוך חבילה אחת, יצרנים יכולים לבדוק את כל ההרכבה האופטו-אלקטרונית כולה כיחידה, להבטיח ביצועים עקביים על פני טמפרטורה וריאציות מתח.יתר על פני קידוד חשמלי קצר מצמצם את ההתערבות אלקטרומגנטית (EMI) וצלב, אשר הופך חמור ב- PAM4 תכונות משולבות.

אתגרים ו Mitigations

למרות היתרונות ברורים, שילוב מקלטים אופטיים עם Transceivers Ethernet מציג כמה מכשולים טכניים שיש לטפל בזהירות במהלך עיצוב ופריסה.

תאימות וסטנדרטים Compliance

מעצבים חייבים להבטיח כי מודול המשולב עומד על אמות אופטיות רלוונטיות ומפרטים חשמליים.השכבה הפיזית התלת (PMD) של PLT:0IEEE 802.3 800 Gb/ssveFLT:1 מגדירה דרישות מדויקות עבור רגישות מקלט, עומס יתר ויחס ההסרה.

ניהול חשמל ועיצוב

ריכוז TIA, CDR ו SerDes בנפח קטן יוצר נקודות חמות תרמיות.TIA בדרך כלל צורכת 50-150 mW לכל נתיב, בעוד 112 Gbps SerDes יכול לצייר 200-300 mW לכל נתיב.ללא ניהול תקין, ה- CPO מכיל בדרך כלל עלייה כה כהה של photodiode ו- Degrads.

המונחים: over Distance

מרחקי סיבים אופטיים מוגבלים בדרך כלל על ידי פיזור ואי-לינאריות, אבל מודולים משולבים / PHY יכולים לשפר את תקציב הקישור אופטי על ידי צמצום תרומות רעש חשמליות.עם זאת, תקציב הכוח האופטי עדיין דורש חישוב זהיר.לדוגמה, 400GBASE-DR4 קישור מעל 500 מ"מ של סיבים חד-פעמיים (DB) עדיין יכול לשלב את הפחתת השגיאה (Dv3) או יותר.

בדיקות והסמכת

מודולים משולבים דורשים ציוד מיוחד המסוגל לייצר אותות אופטיים PAM4 עם ג'ייטר מבוקר ורעש, בתוספת מדידה של הפלט החשמלי בממשק המארח. נקודות מבחן Compliance המוגדרות על ידי IEEE 802.3 מוגדרים ב TP2 (פלט אופטי), TP3 (קלט אופטי למקבל), ו- TP4 (פלט חשמלי לאחר PHY) , להפוך TP3 ו-TP4 באמצעות תצורה זו זמינה רק באמצעות CM-Aactertras.

יישומים נהיגה אינטגרציה

הביקוש לפס רוחב פס גבוה וכוח נמוך יותר חזק בשלושה תחומים עיקריים, אשר כולם מאמצים במהירות מודולים אופטיים משולבים / transceiver.

מרכזי נתונים וענן מחשוב

מרכזי נתונים של Hyperscale (למשל, Amazon Web Services, Google Cloud, Microsoft Azure) צריכים לדרג את מרקי הרשת שלהם מ-100 GbE ל-400 GbE ועד 800 GbE. Integratedמודולים הם קריטיים עבור על-spine ו- Top-of-rack-of-up-of-up-up-of-up-up-uppupability מתגים של 401 יחידות הפעלה משולבות עם 8 x Gbps חשמל ו-F2, המאפשרות ל-F2 יתרונות נוספים ל-FpF2, כולל קיבולת אחסון של Microsoft, כולל של Microsoft, כולל של Microsoft, כולל של קיבולת מלאה של קיבולת של 15 נקודות אחסון של Microsoft.

תקשורת ו-5G

רשתות תחבורה 5G דורשות חזית מהירה, אמצעהול, וקישורים אחוריים. Integrated Opt / transceivers הפעלה ב 25G עד 100G לכל אורך גל הם פרוסים ב- data Center interconnects (DCI) עבור משרדים מרכזיים ובתחנת בסיס אלחוטית backhaul.העוצמה מופחתת ופירוק חום הם בעלי ערך במיוחד בקבינטות חיצוניות שבהן קירור מוגבל, יתר על ידי דרישות דלקת לייזר קומפקטיות נמוכה יותר (TRM) כמו גם עבור תכונות סטנדרטיות).

רשתות ארגוניות וקמפוס Backbones

סביבות ארגוניות הן יותר ויותר שדרוג מ 10G ו 40G ל 100G ו 400G הקמפוס אחורי עצמות. מודולים משולבים להפחית את העלות לקצת בהשוואה לפתרונות דיסקרטיים ולפשט ניהול כבל על ידי תמיכה סיבים ארוכי טווח יותר של יחיד-ממדן בקמפוס קישורים עד 2 ק"מ, transceivers משולבים עם מקלטים אופטיים לפגוש את 100GBASE-LR1 או 400GBASE-4 לספק נתיב יעיל ל-S נוסף ל-S משולב כדי התאמה ל-R (בנוסף ל-R) ל-R.

טכנולוגיות מתפתחות ו-Outlook עתידיים

קצב האינטגרציה הוא מאיץ כמו טכנולוגיות סמיכות ופוטוניות בוגר.כמה מגמות מבטיחות יעצבו את הדור הבא של קישורים נתונים מהירים.

תצלום: Silicon Photonic Integrated Circles

תצלומים סיליקון ממנפים את המרקם הלא-תואמים של רכיבי אופטיים כגון photodiodes, Modulators ו-Gue guides באותו ימות כמו מעגלים אלקטרוניים.ההתפתחויות האחרונות הוכיחו מקלטים מונוליטיים עם Ge-on-Si photodiodes ו- SiGe BiCMOS מעבדים ב 224 Gbps.זה מקטין את העלות ומאפשר שילוב עם Etherneti-Fi כרגע למצוא פונקציות סיליקון ישיר (R) סיליקון).

קו-פאקנד Optics

Co-packed אופטיקה (CPO) מייצג את שלב האינטגרציה הבא, שבו המנוע האופטי ממוקם בתוך אותה החבילה כמו מתג Ethernet או PHY גדול, זה מבטל את הצורך במודולים ניתן לצריף לחלוטין, צמצום דרמטי צריכת החשמל עבור חיבורים קצרי טווח במרכזי נתונים.הפורום FLT:0Optical Internet Works (OIF)LT1, החל את הממשקים אופטיים של CJ2, אך ורק לאחר שצריכים שיפור יעיל של ניהול אופטית של Cpc.

מעל 800G ושיעורי נתונים גבוהים יותר

מפת הדרכים בתעשייה מצביעה על 1.6 Tbps ו-3.2 Tbps Ethernet בעשור זה.מהירויות אלה יחייבו מקלטים אופטיים משולבים עם רוחב פס מעל 100 GHz ו- SerDes לרוץ 224 Gbps או 448 Gbps. פורמטים מתקדמים כגון 100 Gbaud PAM4 ואפילו PAM8 ניתן לחקור, הצבת דרישות אפילו יותר הדוקות על המקלט ליניאריות ו-LITSEO-D-D-S קרוב יותר ל-PTS מטושטשת (D) ל-DECTD-D-DECT מטושטשת (D) ל-DECTS) ל-DECT מטושטשת (DECT מטושטשת) כדי ל-DECT מטושטשת (D) מטושטשת) מטושטשת) מטושטשת (D) מטושטשת) מטושטשת) מטושטשת (D-D-D-D-D-DECT מטושטשת) אפשרות לשלב את התקני טיפול ב-DECT מטושטשת (DECT מטושטשת (DECT מטושטשת) להפחתה של מטושטשת) מטושטשת של מטושטשת) מטושטשת) מטושטשת) מטושטשת של מטושטשת של מטושטשת

מסקנה

הגדלת מקלטים אופטיים עם Ethernet Transceivers הוא צעד קריטי לקראת עמידה בביקוש הבלתי-מסוג של שיעורי נתונים גבוהים יותר, עצלות נמוכה, וצמצום הכוח ברשתות מודרניות.על ידי מיזוג photodetector, amplification, שחזור שעון, ו SerDes לתוך מודול יחיד או חבילה, מעצבים יכולים להשיג שלמות ודחיסות כי הם בלתי אפשריים עם רכיבים תרמיים, בעוד ש-cotption מהירות וניהול בענן, ממשיכים יתרונות מהירים, כמו מרכזי אבטחה, כמו גם פונקציות מהירות אבטחה מהירה, כמו גם בתוך מערכות אבטחה מהירה יותר, ו-cotchicmates, ו-cookicmates, להמשיך את הביצועים, כמו גם בתוך מערכות בקרה גבוהה, כמו גם בתוך מערכות בקרה גבוהה יותר, כמו גם על פני שטח, כמו גם על פני שטח, להמשיך את הביצועים, ו-cookies, כמו גם על פני שטח או תכנות אחורית, כמו גם פונקציות מהירות גבוהה, להמשיך את הביצועים של מערכות אבטחה, כמו גם על פני שטחית גבוהה, כמו מרכזי אבטחה, כמו גם על פני שטח או חבילת אבטחה אחורית, כמו גם פונקציות מהירות גבוהה יותר, כמו גם פונקציות אחורית, כמו גם פונקציות אחורית, כמו גם פונקציות מהירות גבוהה יותר, כמו גם פונקציות אחורית, כמו גם פונקציות מהירות גבוהה יותר, כמו