Fotonika krzemowa przeszła od-od dawna obiecywanej technologii do głównego nurtu opcji w postaci wymiennych modułów 400G i 800G. Interesujące pytanie nie brzmi już, czy to działa. Chodzi o to, które części modułu rzeczywiście tanieją, w jakim mechanizmie i pod jakimi warunkami oszczędność znika.
Ten artykuł najpierw odpowiada na to pytanie, a następnie opisuje, co oznacza ta zmiana dla pasywnej instalacji światłowodowej, którą należy kupić razem z optyką.
- Fotonika krzemowa obniżaoptycznyczęść kosztów modułu poprzez zastąpienie indywidualnie montowanych dyskretnych części pojedynczym fotonicznym układem scalonym (PIC) zdefiniowanym litograficznie.
- To prawdanieusuń laser, DSP, sterownik, TIA lub opakowanie optyczne. Przy 800G to właśnie te elementy, -, a nie fotonika, -, zwykle dominują w zestawieniu materiałów.
- Skala oszczędności z objętością i liczbą pasów. Jest największy w przypadku interfejsów jednomodowych o krótkim-zasięgu równoległym,-takich jak DR4 i DR8, a najmniejszy w przypadku produktów multipleksowanych o małej-wielkości,{6}}dużym{{6}zasięgu lub długości fali-.
- 800G jest tańszena przesłany bitniż 400G, głównie dlatego, że procesor DSP, pakiet, złącze i kanał okablowania są współdzielone na dwukrotnie większej liczbie torów -, a nie dlatego, że cena samej optyki jest o połowę niższa.
- Tańszy moduł wytwarza tańszą sieć tylko wtedy, gdy nie trzeba przebudowywać zakładu światłowodowego, aby go zaakceptować.
Czym właściwie jest fotonika krzemowa
Fotonika krzemowa wykorzystuje fotoniczne układy scalone zbudowane na krzemowych-na-waflach izolacyjnych do wykonywania funkcji optycznych: prowadzenia fal, rozdzielania, modulacji, multipleksowania długości fal i detekcji. Ponieważ struktury są definiowane metodą litografii na liniach 200 mm lub 300 mm zgodnych z CMOS-, setki identycznych obwodów optycznych są produkowane w jednym przebiegu, zamiast być składane część po części.
W każdej dyskusji o kosztach liczą się dwa ograniczenia:
- Silikon nie jest trwały.Światło nadal pochodzi ze źródła III{0}}V - fosforku indu lub lasera-kropek kwantowych -, który jest sprzężony zewnętrznie, z dołączonym-chipem lub połączonym heterogenicznie. Najdroższy materiał w module pozostaje poza procesem krzemowym.
- PIC nie jest modułem.Gotowy transiwer nadal zawiera procesor DSP lub retimer, sterowniki modulatora, wzmacniacze transimpedancji, zarządzanie ciepłem, strukturę sprzęgającą-włókna oraz obudowę hermetyczną lub pół-hermetyczną.
Dlatego fotonikę krzemową najlepiej rozumieć jako zintegrowaną platformę optyczną, która eliminuje szereg etapów montażu, a nie jako zamiennik całego transceivera.
Gdzie pieniądze trafiają do modułu 400G lub 800G
| Blok kosztów | Co obejmuje | Wpływ fotoniki krzemowej |
|---|---|---|
| Obwód fotoniczny | Falowody, modulatory, multipleksery, fotodetektory germanowe | Duża redukcja. Replikacja w skali płytki-, liczba części gwałtownie spada |
| Źródło lasera | Matryca laserowa III-V, izolator, kontrola długości fali | Niewiele lub nic. Wciąż składnik III-V z własnymi ograniczeniami wydajności i podaży |
| DSP lub retimer | Przetwarzanie sygnału PAM4, FEC, korekcja | Żadne bezpośrednio. Często największy pojedynczy element zamówienia o wartości 800G |
| Układy scalone elektryczne | Sterowniki, TIA, kontrola | Pośredni. Współ-projektowanie z PIC może zmniejszyć liczbę elementów pasożytniczych i liczbę części |
| Pakowanie i łączenie włókien | Wyrównanie, mocowanie, układ włókien, hermetyczność, ścieżka termiczna | Mieszany. Ogólnie mniej wyrównań, ale łączenie z submikronowymi falowodami krzemowymi jest wymagające |
| Test i kwalifikacja | Test płytki, test modułu,-wypalanie, interoperacyjność | Znacząca redukcja. Test optyczny może przejść do poziomu płytki, więc złe matryce należy wyrzucić przed pakowaniem |
Pięć mechanizmów obniżających koszt w przeliczeniu na bit
- Zmniejszenie-liczby części.Funkcje, które kiedyś wymagały oddzielnie ustawionych komponentów, stają się jednym układem litograficznym. Każde wyeliminowane aktywne wyrównanie eliminuje siłę roboczą, czas sprzętu i możliwość utraty plonów.
- Amortyzacja-waflowa.Opracowanie maski i procesu to koszt stały rozłożony na cały cykl płytek, więc koszt jednostkowy spada wraz ze skumulowaną objętością w sposób, w jaki nie ma to miejsca w przypadku oddzielnego montażu.
- Wcześniejszy test.Znane-dobre-siatkowanie matrycy na płytce zapobiega wydawaniu drogiego opakowania i mocowania laserowego na części, które ulegną awarii.
- Skalowanie pasa.Przejście z czterech pasów do ośmiu dodaje falowody i modulatory na tej samej kości. Nie podwaja to liczby oddzielnie obsługiwanych zespołów optycznych.
- Zwężenie łańcucha dostaw.Złożona-zawartość półprzewodników jest skoncentrowana w laserze, a nie rozproszona w modulatorach, detektorach i multiplekserach.
Dlaczego 800G kosztuje mniej za bit niż 400G
Poprawa na-bit w porcie 800G wynika głównie z udostępniania, a udostępnianie wykracza poza moduł:
- Jeden procesor DSP, jeden pakiet, jedna klatka, jeden radiator i jeden interfejs zarządzania obsługują teraz prędkość 800 Gb/s zamiast 400 Gb/s.
- Jeden port przełącznika, jedno-gniazdo na panelu przednim i jeden budżet mocy obsługują dwukrotnie większy ruch. Infrastruktura przełączników i zasilania przypadająca na bit to często większa oszczędność.
- Jeden kanał okablowania ma dwukrotnie większą przepustowość. Łącze 800G-DR8 przez łącze 16-włóknowe przesyła dwukrotnie większy ruch niż łącze 400G-DR4 przez 8 włókien, wykorzystując jedno zdarzenie zakończenia, jeden rekord testowy i jedną pozycję łącza.
Breakout ponownie zmienia arytmetykę: pojedynczy port 800G-DR8 podzielony na dwa łącza 400G-DR4 zastępuje dwa porty 400G na przełączniku, co jest zwykle tańszym sposobem obsługi punktów końcowych 400G w nowoczesnym wydaniu. W tym miejscu ekonomia modułu, podstawa przełącznika i projekt okablowania przestają być oddzielnymi budżetami -, co rozwijamy dalej w naszym przewodnikukrzemowe moduły fotoniczne i okablowanie światłowodowe 400G.
Dwie przestrogi dotyczące opublikowanych numerów. Po pierwsze, ceny uliczne transceiverów zmieniają się szybko i różnią się w zależności od wielkości, regionu i statusu kwalifikacji, więc każda liczba cytowana w artykule jest nieaktualna, zanim zostanie przeczytana. Po drugie, „koszt na bit” jest porównywalny tylko wtedy, gdy klasa zasięgu, liczba pasm i współczynnik kształtu pozostają stałe. Porównaj oferty dla określonych numerów części według własnego wolumenu, a nie średnich z nagłówków.
Kiedy fotonika krzemowa nie jest tańszym wyborem
Integracja to argument dotyczący wolumenu-i-pasma-liczby. Tam, gdzie te warunki nie są spełnione, starsze podejścia często wygrywają:
- Bardzo krótkie ogniwa wewnątrz stojaka.Pasywne lub aktywne kable miedziane i AOC pozostają tańsze i mają mniejszą moc-na kilku metrach. Nasze porównaniemiedź i światłowód w centrach danych AIosłony, w których znajduje się zwrotnica.
- Duży zasięg i wysoka wydajność-na pasie.EML i cienkowarstwowe modulatory niobianu litu- nadal zapewniają przewagę pod względem szerokości pasma i mocy wyjściowej w niektórych zastosowaniach LR, ER i spójnych, gdzie wydajność modulacji krzemu i tłumienność wtrąceniowa stanowią większe ograniczenia.
- Produkty-małego lub niszowe.Poniżej określonej wielkości przesyłki stałe koszty maski i kwalifikacji nigdy nie są amortyzowane, a dyskretna wersja jest tańsza.
- Wdrożenia z ograniczeniami termicznymi.Niektóre modulatory krzemowe wymagają aktywnej kontroli termicznej. Tam, gdzie moc i chłodzenie są wiążącym ograniczeniem, niższa cena modułu może być niewłaściwą optymalizacją.
- Kiedy roślina włóknista musi się zmienić.Jeśli przejście na równoległy interfejs jednotrybowy-oznacza nowe łącza kablowe, nowe panele i okres konserwacji, wymiana okablowania może przekroczyć oszczędności modułu w pierwszym roku.
Całkowity koszt posiadania, a nie cena modułu
Cztery pozycje poza zamówieniem zwykle przenoszą więcej pieniędzy niż rabat modułowy:
- Moc na bit.Moc modułu to powtarzający się koszt operacyjny pomnożony przez chłodzenie. Branżowe plany działania traktują obecnie liniową optykę z wtyczką (LPO) i liniową optykę odbiorczą (LRO) -, które redukują lub usuwają procesor DSP z retimerem -, jako kolejny znaczący krok w redukcji mocy modułu; theMapa drogowa Ethernet Alliancetory, gdzie pasują one do 800G i 1,6T. Obwiednie mocy-formy są zdefiniowane w plikuSpecyfikacje OSFP MSA.
- Gęstość portów.Wyższa-przełączanie promieniowe zmniejsza liczbę przełączników, elementów optycznych i kabli potrzebnych w tej samej strukturze. To związki; cena modułu nie.
- Przeróbki i przestoje.Błąd polaryzacji lub zanieczyszczona tulejka wykryta podczas{{0} włączania powoduje koszty godzin pracy inżynierów dokładnie w momencie, gdy są one najdroższe.
- Zakłócenia w aktualizacji.Światłowód zainstalowany raz i ponownie wykorzystany w trzech generacjach modułów jest znacznie tańszy niż światłowód zainstalowany trzykrotnie.
Co to oznacza dla rośliny włóknistej
Tańszy moduł nie tworzy działającego łącza. Transceiver musi być dopasowany do typu światłowodu, interfejsu złącza, polaryzacji i budżetu strat.
Tryb pojedynczy- staje się trybem domyślnym
Większość krzemowych interfejsów fotonicznych o krótkim{{0}zasięgu 400G i 800G pracuje w trybie równoległym w trybie pojedynczym. Światłowód G.652.D, okablowany jako OS2 i określony wZalecenie ITU-T G.652, obsługuje interfejsy DR, FR i LR na dystansach występujących w hali danych lub kampusie i nie wiąże instalacji z jedną generacją wielomodową. Informacje na temat samego włókna można znaleźć w naszym przeglądziecharakterystyka światłowodu jednomodowego-.
Złącze musi pasować do interfejsu, a nie do szybkości łącza
| Interfejs | Pasy | Typowe złącze modułu | Włókna w użyciu |
|---|---|---|---|
| 400G-DR4 | 4 × 100G | MPO-12 | 8 |
| 400G-FR4 / LR4 | 4 długości fal, 1 para włókien | Dwupoziomowy LCD | 2 |
| 800G-DR8 | 8 × 100G | MPO-16 | 16 |
| 800G-2×DR4 | 2 × 4 × 100G | Dwa MPO-12 | 16 |
| 800G-2×FR4 | Długość fali 2×4 | Dwa dupleksy LC | 4 |
Dlatego dwa moduły, oba oznaczone jako 800G, mogą wymagać zupełnie różnych zestawów kabli. Definicje interfejsów pochodzą z pracy IEEE 802.3:P802.3dfdla 400G i 800G przy 100G na linię, orazP802.3djza 200G na linię i 1,6T. Forma to znowu osobna oś - zobacz nasze uwagi na tematModuł QSFP-DD DR4i dalejOSFP 800G, oraz na16-włóknowy MPO używany do 800G.
Sprawdzony przykład
Rozważmy połączenie liścia-DR4-z-grzbietem 400G, o długości 120 m, przebiegające przez dwa panele połączeniowe:
- Kanał: moduł → przewód sprzętowy → panel → OS2 12-włókno światłowodowe MPO → panel → przewód sprzętowy → moduł. To cztery powiązane pary MPO.
- Tłumienie światłowodu: 120 m przy około 0,35 dB/km przy 1310 nm daje około 0,04 dB. Nieistotne przy tej długości.
- Tłumienie złącza: cztery sparowane pary przy typowym 0,35 dB dają 1,4 dB; przy najgorszym-przypadku 0,5 dB, 2,0 dB.
- W porównaniu z limitem kanału klasy DR-w okolicach 4 dB, projekt ma margines -, ale w najgorszym przypadku utrata piątego punktu łączenia-pochłonęłaby większość z niego.
Ogólna zasada ilustrowana przez przykład: przy 400G i 800G liczba połączonych par ma większe znaczenie niż długość. Sprawdź tolerancję w oparciu o konkretny arkusz danych modułu i klauzulę IEEE, a nie o ogólną liczbę, i określ zespoły o niskich-stratach, w których kanał ma trzy lub więcej połączonych par.
Polaryzacja i czystość
Należy zaplanować polaryzację w całym kanale - pniach, kasetach, uprzężach, odgałęzieniach i przewodach sprzętowych razem -, ponieważ kanał złożony z indywidualnie odpowiednich elementów może nadal być błędny od końca do końca. Udokumentuj sposób polaryzacji przed złożeniem zamówienia, a nie po dostarczeniu pni.
Zanieczyszczenie to drugi rodzaj awarii, który źle skaluje się w zależności od liczby ścieżek, ponieważ tuleja MPO skupia 12 lub 16 włókien na jednym końcu, a pojedyncza cząstka może zniszczyć ścieżkę. Sprawdź przed połączeniem, wyczyść w przypadku niepowodzenia kontroli, sprawdź ponownie i traktuj sekwencję jako krok instalacji, a nie krok rozwiązywania problemów. NaszPrzewodnik po inspekcji i czyszczeniu MPOobejmuje praktyczną procedurę i kryteria akceptacji IEC 61300-3-35.
Często zadawane pytania
P: Czy krzemowy moduł fotoniczny jest zawsze tańszy niż moduł oparty na EML-?
O: Nie. Zwykle taniej jest w przypadku produktów o dużej-naborze,-krótkim{2}}zasięgu i dużej-ścieżce-produktach, takich jak DR4 i DR8. W przypadku dużego zasięgu, małej głośności lub zastosowań wymagających dużej-wydajności optycznej na pas, EML i inne architektury mogą być nadal bardziej ekonomiczne.
P: Jaka jest najdroższa część modułu 800G?
Odp.: Zazwyczaj procesor DSP, następnie laser i opakowanie optyczne. Fotonika krzemowa zajmuje się obwodem fotonicznym i stanowi część kosztów montażu, dlatego ceny modułów spadają, ale nie spadają.
P: Czy fotonika krzemowa zmniejsza zużycie energii?
O: Pośrednio. Integracja skraca ścieżki elektryczne i redukuje pasożyty, ale retimer DSP dominuje w mocy modułu przy 800G. Większe redukcje mocy w obecnych planach działania wynikają z liniowej, wtykanej i liniowej optyki odbiorczej, która zmniejsza lub eliminuje DSP.
P: Czy krzemowe moduły fotoniczne wymagają specjalnego włókna?
O: Nie ma specjalnego typu światłowodu, ale większość projektów o krótkim-zasięgu to równoległe rozwiązania jedno-modowe, dlatego wymagają systemu OS2, a nie wielomodowego, z odpowiednią liczbą włókien i złączem interfejsu.
P: Czy mogę ponownie wykorzystać moje istniejące magistrale 400G MPO-12 do 800G?
O: Czasami. Moduł 800G-2×DR4 korzystający z dwóch interfejsów MPO-12 może je ponownie wykorzystać. Moduł 800G-DR8 korzystający z pojedynczego MPO-16 nie może tego zrobić, ponieważ mapowanie linii i liczba włókien są różne.
P: Czy 800G jest dwa razy droższe od 400G?
Odp.: Generalnie nie. Ponieważ procesor DSP, pakiet, port przełącznika i kanał okablowania są współdzielone w ramach dwukrotnie większej pojemności, koszt przypadający na bit spada nawet wtedy, gdy cena jednostkowa modułu rośnie.
P: Jak uczciwie porównać roszczenia dotyczące kosztów dostawcy?
O: Ustal klasę zasięgu, liczbę linii i współczynnik kształtu, a następnie porównaj-dla poszczególnych portów, uwzględniając moduł, port przełącznika, zasilanie i okablowanie. Porównanie 800G-DR8 z 400G-FR4 niewiele mówi.
Konkluzja
Fotonika krzemowa rzeczywiście zmienia strukturę kosztów optyki 400G i 800G, ale robi to poprzez kompresję jednej części zestawienia materiałów - obwodu fotonicznego i otaczających go etapów montażu -, pozostawiając laser, procesor DSP i opakowanie w dużej mierze nienaruszone. Łączone oszczędności pojawiają się na poziomie systemu: mniej portów, mniej kabli, niższa moc na bit i instalacja światłowodowa, która przetrwa kolejną modernizację.
Kupujący kontrolują najbardziej bezpośrednio tę ostatnią pozycję. Moduł to decyzja podejmowana na trzy-lata; pień ma dziesięć-lat.
Poprawność strony biernej
Okablowanie niestandardowe warto określić, gdy kanał obejmuje rozłączenie, mieszane formaty złączy, napięty budżet na straty lub migrację etapową, - w przypadkach, gdy zespół katalogu nie będzie pasował do mapy pasa. Jeśli to opisuje Twój projekt, wyślij model transceivera, interfejs, odległość łącza i wymagania dotyczące przerwania, a my będziemy mogli wrócić do pracy z arkusza danychniestandardowy montaż kabla światłowodowegoz dopasowaną polaryzacją i zapisami testów-strat wtrąceniowych.