Кремниевые фотонные чипы перешли из исследовательских лабораторий в основное направление высокоскоростных-оптических приемопередатчиков. Поскольку модули 400G становятся стандартом в гипермасштабируемых центрах обработки данных, а развертывание 800G и 1,6T ускоряется в кластерах искусственного интеллекта, лежащая в основе технология микросхем больше не является просто проблемой восходящего потока -, она напрямую определяет, как необходимо проектировать оптоволоконные кабели, сборки MPO/MTP и бюджеты каналов связи.
Недавний прогресс китайских поставщиков чипов в производстве кремниевых фотонных устройств 200G, 400G и 800G добавил еще один фактор, который необходимо отслеживать покупателям кабелей и сетевым архитекторам. Как производитель оптоволоконных кабелей, работающий с операторами, гиперскейлерами и интеграторами, мы рассматриваем эту тенденцию не как историю чипов, а как вопросчто это значит для кабелей, проходящих под каждым высокоскоростным-каналом связи.
Что такое кремниевый фотонный чип 400G?
Кремниевый фотонный чип объединяет оптические компоненты - модуляторы, волноводы, детекторы и (в гетерогенных конструкциях) лазерные источники - на кремниевой подложке с использованием процессов, совместимых с КМОП-. По сравнению с традиционной дискретной оптикой, построенной на основе фосфида индия (InP) или арсенида галлия (GaAs), кремниевая фотоника нацелена на более тесную интеграцию, меньшую мощность на бит и лучшее масштабирование на существующих полупроводниковых линиях.
Кремниевый фотонный чип 400G обычно поддерживает либо 4×100G, либо 1×400G на каждую длину волны в сочетании с модуляцией PAM4 и DSP и является оптическим механизмом внутри QSFP-DD, OSFP и новых форм-факторов 800G/1,6T.
Почему кремниевая фотоника важна для высокоскоростных-оптических сетей
Сдвиг в сторону кремниевой фотоники обусловлен тремя факторами, которые распознает любой оператор центра обработки данных: мощность, плотность и стоимость бита.
- Энергоэффективность.Учебные кластеры искусственного интеллекта концентрируют огромную пропускную способность в одном ряду стоек, и каждый ватт, потраченный на оптику, — это ватт, недоступный для вычислений. Кремниевая фотоника стала ведущим подходом к сохранению гигабитной мощности на нисходящей траектории на уровне 400G и выше.
- Плотность интеграции.Установка большего количества линий на одну и ту же площадь модуля позволяет трансиверам 800G и 1,6T достигать передней панели.
- Масштаб производства.Создание фотонных устройств на стандартных пластинах позволяет расти объёмам вместе со спросом со стороны искусственного интеллекта и облачных-разработок.
Для более глубокого изучения того, как скорость трансивера влияет на проектирование сети, можно найти в нашей заметке:Оптические модули 800Gрассказывается о типичных вариантах интерфейса и о том, где каждый из них реализуется в реальном развертывании.
Стремление к созданию отечественных кремниевых фотонных чипов 400G
Большую часть прошлого десятилетия в производстве кремниевых фотонных чипов высокого класса-с тактовой частотой 400G и выше доминировали поставщики из США и Японии. Эта картина меняется. Китайские поставщики -, включая Accelink Technologies и HG Genuine (Huagong Zhengyuan) -, публично заявили, что их кремниевые фотонные устройства 200G, 400G и 800G достигли стадии производства и в настоящее время разрабатываются для создания собственных оптических двигателей и модулей.
К конкретным заявлениям о доходности, ценах, заказах клиентов и часах испытаний в любом конкретном месяце следует относиться осторожно, пока они не подкреплены документами компании, проверенными отчетами или основными отраслевыми репортажами. Публично видно и важно для кабельного уровня более широкое направление: более диверсифицированное снабжение кремниевыми фотонными устройствами, выход на рынок большего количества оптических модулей 400G и 800G, а также более быстрый переход к развертываниям,-управляемым искусственным интеллектом и облаком-.
Это направление имеет последствия, выходящие далеко за рамки самого чипа.
Изменяет ли кремниевая фотоника 400G требования к оптоволоконным кабелям?
Саму оптоволоконную нить - одномодовое- или многомодовое стекло - не нужно изобретать заново для 400G. Семейство IEEE 802.3Стандарты Ethernetопределяет 400GBASE-DR4, FR4, LR4, SR4.2, SR8 и связанные с ними интерфейсы по тем же типам волокон, которые уже развернуты в большинстве центров обработки данных и городских сетях.
Что меняется, так это то, насколько неумолимой становится ссылка. Более высокие скорости передачи символов и модуляция PAM4 сокращают бюджет потерь, повышают чувствительность к шуму разделения режимов и хроматической дисперсии, а также придают больше значения качеству разъема, чем когда-либо делали 10G или 25G. На практике для уровня кабельной системы это означает три вещи:
- Вносимые потери имеют большее значение.Небольшой дополнительный дБ на каждой патч-панели, сращивании и интерфейсе MPO, который был допустимым при 10G, может привести к нарушению соединения 400G.
- Досягаемость короче, чем указано в спецификации.Реальные каналы 400G/800G редко работают с максимальной дальностью действия, поскольку бюджет тратится на реальное-количество разъемов и потери на изгибах.
- Внутри дата-центра доминирует параллельная оптика.Интерфейсы DR4/SR4/SR8 основаны на 8- или 16-волоконных магистралях MPO, а не на дуплексных парах LC.
Влияние на кабельную систему центров обработки данных, MPO/MTP и оптоволокно с низкими-потерями
Одномодовый-против многомодового режима при 400G
Для центров обработки данных на расстоянии менее 100 м многомодовое оптоволокно OM4 и OM5 в сочетании с трансиверами класса SR- остается привлекательным с точки зрения стоимости. На расстоянии 500 м и выше, а также почти для всей структуры кластера AI и каналов DCI преобладает одномодовый-режим. Многие операторы в настоящее время стандартизируют G.652.D с низкими-потерями для-трафика внутри зданий и рассматривают G.654.E для сегментов с большей досягаемостью.
Две ссылки на продукты, которые часто встречаются в обсуждениях конструкции 400G/800G, — это нашиОдномодовое волокно G.652.D с низкими-потерями-и нашG.654.E волокно со сверх-низкими- потерямидля дальней-магистральной связи и приложений DCI. Для многомодовых каналов ближнего радиуса действияволокно OM4остается рабочей лошадкой, а OM5 привлекателен там, где используется SWDM.
MPO/MTP и параллельная оптика
Поскольку большинство интерфейсов короткого-действия 400G и 800G являются параллельными, магистральные каналы MPO-12 и MPO-16 стали инфраструктурой по умолчанию для коммутационных сетей центров обработки данных. Управление полярностью (тип A, B или C), закрепленные или незакрепленные концы, разъемы APC с низкими-потерями для одномодовых соединений и чистота торцевой поверхности теперь определяют, будет ли канал 400G работать правильно или сбои из-за ошибок FEC.
Наш обзорПродукты МПО/МТРохватывает магистрали, жгуты и модули преобразования, обычно используемые на этом уровне, а также наше примечание поРазличия MPO и MTPявляется полезным пособием для покупателей, сравнивающих таблицы поставщиков.
Арифметика бюджета потерь
Для 400G-DR4 и подобных интерфейсов бюджет рабочего канала после FEC настолько мал, что две дополнительные пары разъемов MPO посредственного качества могут потреблять весь запас. Указание соединителей с низкими-потерями в каждой точке соединения - и проверка с помощью вносимых потерь и рефлектометрического тестирования - больше не являются обязательными. Наше практическое руководство потестирование оптоволоконного кабелярассказывает, что нужно проверить, прежде чем подключаться к высокоскоростному-каналу связи.
Что следует учитывать покупателям кабеля при выборе сетей 400G и 800G
С точки зрения производителя, операторы и интеграторы, которые получают самые чистые 400G/800G,-как правило, используют общий контрольный список:
- Зафиксируйте бюджет потерь заранее.Решите, какой интерфейс (DR4, FR4, LR4, SR4.2, SR8) доступен для каждого канала, а затем обратно-подсчитайте, сколько пар разъемов и какую длину волокна может поглотить кабель.
- Стандартизируйте один или два сорта волокна.Смешение G.652.D, G.652.D с низкими-потерями и G.654.E без четкого правила приводит к несовпадению точек соединения-и путанице в полевых условиях.
- Относитесь к полярности MPO как к проектному решению, а не как к исправлению на месте.Выберите тип A, B или C заранее и документируйте его на каждом чертеже.
- Требуйте качества торцевой-лицевой части разъема.APC для одиночного-режима теперь используется по умолчанию; UPC приемлем только там, где это позволяет бюджет отражения.
- Планируйте следующий шаг.Кабели амортизируются в течение 10+ лет; трансиверы переворачиваются гораздо быстрее. Установка, рассчитанная только на 400G, не будет корректно принимать 800G или 1,6T.
Для операторов, планирующих скоординированное развертывание-, нашарешения для подключения центров обработки данныхВ обзоре описывается, как уровни магистрали, патча и модуля обычно указываются вместе, и нашволоконно-оптическая кабельная система центра обработки данныхНа странице описаны конкретные семейства продуктов, используемые при развертывании гипермасштабируемых кластеров и кластеров искусственного интеллекта.
Что это значит для отрасли
Если внутренние поставки кремниевых фотонных систем продолжат масштабироваться на уровне 400G и будут приближаться к 800G, разумно ожидать трех последующих эффектов:
- Ценовое давление на оптические модули снижается со стороны чипов, высвобождая бюджет на более-качественные кабели и разъемы -, а именно здесь высокоскоростные-соединения чаще всего выходят из строя в полевых условиях.
- Переход на 800G и 1,6T сжимается, поскольку большая часть цепочки поставок занимается массовым-производством параллельно, а не серийно.
- Операторы кластеров искусственного интеллекта, которые являются наиболее агрессивными потребителями новой оптики, получают второй источник критически важных компонентов, что расширяет их горизонт планирования при построении фабрики-.
Ни один из этих результатов не меняет физику самого волокна. Что они меняют, так это скорость, с которой покупателям приходится подготавливать кабели, соответствующие оптике.
Часто задаваемые вопросы
Вопрос: Сделает ли кремниевая фотоника 400G мою существующую кабельную систему OS2 устаревшей?
О: Никакие. 400GBASE-DR4, FR4 и LR4 не работают по стандартному одномодовому оптоволокну класса G.652-класса-. Существующая система OS2 остается пригодной для использования, хотя бюджет каналов и качество разъемов становятся более важными. Старая установка с разъемами с высокими потерями или чрезмерным количеством соединений может нуждаться в ремонте, а не в замене.
Вопрос: Должен ли я обновить свою многомодовую установку с OM3 до OM4 или OM5?
О: Для новых сборок OM4 является практической базой для короткого-достижения 400G в многомодовом режиме. OM5 (широкополосный многомодовый) стоит учитывать там, где используются интерфейсы на основе SWDM-или где вам нужен запас для будущих вариантов с коротким-дальностью. OM3, как правило, не является правильным выбором для новой ткани 400G.
Вопрос: В чем разница между МПО-12 и МПО-16?
Ответ: MPO-12 доминирует в параллельной оптике от 40G QSFP+ до 400G-DR4. MPO-16 (и MPO-2×16) был представлен для поддержки 8-канальных интерфейсов, таких как 400GBASE-SR8 и 800GBASE-SR8, в одном разъеме. В новых кластерах искусственного интеллекта в дополнение к MPO-12 все чаще используется MPO-16.
Вопрос: Означает ли более дешевый источник питания кремниевой фотоники более дешевый оптоволоконный кабель?
О: Косвенно. Сокращение стоимости модуля высвобождает бюджет проекта, который часто реинвестируется в оптоволокно более высокого качества и разъемы с низкими-потерями, а не сразу попадает в спецификацию. Общая стоимость владения кабелями обычно улучшается на уровне разъема и сборки, а не на уровне самого необработанного волокна.
Вопрос: Какое тестирование мне следует провести перед подключением канала 400G?
A: Концевые-в-вносимые потери, обратные потери для одномодового-мода, рефлектометрические рефлектограммы качества сращивания и соединителя, а также проверка торцевой-лицевой поверхности на каждом MPO и LC. Для более длинных одномодовых диапазонов измерения также могут быть актуальными в зависимости от типа приемопередатчика.
Краткое содержание
Кремниевая фотоника 400G — это не мимолетный заголовок -, это основной механизм, продвигающий 800G и 1,6T в массовые развертывания центров обработки данных и кластеров искусственного интеллекта. Более диверсифицированная цепочка поставок кремниевой фотоники, включая продолжающийся прогресс со стороны китайских поставщиков, ускоряет этот переход, а не фундаментально его перенаправляет.
Для покупателей оптоволоконных кабелей практический вывод прост: нить волокна не изменилась, но изменилась терпимость к неаккуратной прокладке кабеля. Более жесткие бюджеты потерь, большее количество параллельных оптических модулей и более быстрый темп повышения скорости — все это подталкивает спецификацию кабелей к компонентам с низкими-потерями, тщательному планированию полярности MPO и дисциплинированному тестированию каналов. Операторы, которые встраивают эту дисциплину в свои предприятия сейчас, освоят следующие два поколения оптики с гораздо меньшими доработками, чем те, кто оптимизирует только сегодняшний трансивер.