تقدم تقنية التوصيل البيني للوحدة الضوئية عالية السرعة لمركز البيانات

بناءً على النمو المزدهر لخدمات الشبكة ، فإن الطلب على النطاق الترددي في مراكز البيانات يزداد ارتفاعًا. في الأصل ، يمكن تلبية الطلب من خلال تجميع روابط متعددة ، ولكن في الوقت الحاضر تتطلب الحوسبة السحابية والألعاب عبر الإنترنت والفيديو عالي الدقة عبر الإنترنت قدرًا كبيرًا من النطاق الترددي للشبكة ، والذي لا يمكن تلبيته ببساطة عن طريق إضافة المزيد من الروابط. على سبيل المثال ، يتم تجميع منافذ التوصيل البيني الأساسية 10G على الوصلة الصاعدة لمركز البيانات التقليدي في 8 ، مما يعني عرض النطاق الترددي 80G. إذا كانت تكلفة إضافة المزيد من الروابط مرتفعة للغاية ، فإن العديد من أجهزة الشبكة لا يمكنها دعم المزيد من حزم المنافذ ، لذلك يمكنها فقط طلب أجهزة منافذ ذات معدلات إعادة توجيه أعلى ، ويتم إنشاء 40G / 100G في سياق هذا الطلب الهائل. تم الآن توسيع نطاق 40G / 100G للطيران إلى مراكز البيانات العادية ، ليصبح خيارًا لا بد منه لمراكز البيانات الكبيرة ، مع نشر العديد من منافذ التوصيل البيني 40G أو 100G في منافذ ربط مركز البيانات ، مما يزيد من عرض النطاق الترددي للوصول الخارجي لمركز البيانات إلى أكثر من 100G ، أو حتى 1 تيرابايت. لحسن الحظ ، تم التغلب على الصعوبة الفنية للوحدات الضوئية 100G للناس ، ولكن لا تزال هناك العديد من المشاكل مع هذا الجزء من التكنولوجيا ، والذي لا يزال قيد التطوير المستمر ، لذلك دعونا نتحدث عن التقدم التقني في هذا المجال.

تشير الوحدات الضوئية عالية السرعة عمومًا إلى الوحدات الضوئية ذات الإرسال 40G / 100G أو أعلى ، والتي يصعب تحقيقها تقنيًا ، خاصة من حيث مسافة الإرسال ، ويصعب على الوحدات الضوئية 100G الوصول إلى مسافة نقل تزيد عن 10 كيلومترات. وقد أدى ذلك إلى إبطاء شعبية الوحدات الضوئية 100 جيجا في تطبيقات مركز البيانات. ومع ذلك ، فإن اتجاه التطوير هذا لا رجوع فيه ، تمامًا مثل أجهزة الكمبيوتر والهواتف المحمولة لدينا ، التي تعمل بشكل أسرع وأسرع ، طالما أن التكنولوجيا تتحسن ، ستستمر السرعة في الزيادة. تتطور أيضًا تقنية الوحدات الضوئية عالية السرعة باستمرار. أكثرها نضجًا هي تقنية PLC حاليًا ، بالإضافة إلى تقنية التكامل القائمة على InP وتقنية التكامل القائمة على السيليكون.

يُطلق على PLC (دائرة الموجة الخفيفة المستوية) تقنية الدليل الموجي البصري للمنصة ، ويشير إلى الدليل الموجي البصري الموجود في الطائرة ، وعملية الإنتاج الخاصة به متوافقة مع عملية إنتاج أشباه الموصلات التقليدية ، وأرخص من عملية التجميع البصري التقليدية ، تكنولوجيا التعبئة والتغليف جيدة. يحتوي PLC على هيكلين أساسيين: أحدهما عبارة عن دليل موجي بصري مستطيل ، والطبقة الأساسية الضوئية عمودية ؛ الأول عبارة عن دليل موجي بصري على شكل سلسلة من التلال ، والطبقة الأساسية الضوئية عبارة عن مستطيل أعلى التلال. تعد تقنية PLC هي جوهر العملية الضوئية المتكاملة وفقًا للمتطلبات الوظيفية المصنوعة من مجموعة متنوعة من موجهات الموجات الضوئية المسطحة ، ويتعين على البعض أيضًا إيداع أقطاب كهربائية في مواقع معينة ، ثم أدلة الموجات الضوئية ثم اقترانها بالألياف الضوئية أو صفائف الألياف ، باستخدام تقنية تحضير متكاملة للغاية ، يصل عدد الصنابير إلى 128. يعد استخدام الطباعة الحجرية الضوئية ، النمو وعمليات الحفر الجاف لتشكيل أدلة موجية ضوئية مدفونة على ركيزة كوارتز لتوزيع الطاقة الضوئية هي أفضل تقنية لإنتاج الفاصل البصري. يمكن تحقيق PLC باستخدام وسائط مختلفة ، مثل أدلة الموجات الضوئية المطلية بالتيتانيوم الليثيوم ، والموجهات الموجية الضوئية القائمة على السيليكون لثاني أكسيد السيليكون ، والموجهات الضوئية InGaAs / InP والموجهات الضوئية للبوليمر ، وما إلى ذلك. هذه المواد المختلفة ، ومزايا وعيوب كل منها ، لذلك لن أخوض في التفاصيل هنا. باختصار ، لا تعد تقنية PLC تقنية جديدة تمامًا ، ولكنها لا تزال تستعير العديد من التقنيات البصرية الأصلية ، بمساعدة عملية الإنتاج المتقدمة ، لتحقيق الغرض من تحسين عرض النطاق الترددي للإرسال للوحدات الضوئية الفردية.

عندما تزداد سرعة الوحدة الضوئية من 10 جيجا إلى 40 جيجا أو 100 جيجا ، فلا يزال من الممكن إرضائها باستخدام تقنية PLC ، ولكن إذا كان لابد من زيادتها إلى 400 جيجا أو حتى 1 تيرا ، فإن هذه التقنية غارقة إلى حد ما. لا تملك العمليات التكنولوجية الحالية حتى الآن الوسائل لتحقيق كثافات النطاق الترددي ، وإذا تم تحقيق ذلك عن طريق جعل الوحدات الضوئية أكبر ، فمن الواضح أنه ليس حلاً جيدًا ، ويزيد PLC بشكل كبير مع تعقيد عملية التصنيع ، مما يجعل أيضًا لا يزال سعر الوحدات الضوئية من نوع PLC مرتفعًا ولا يمكن تخفيضه ، لذلك ظهرت تقنية ضوئيات السيليكون. هذه تقنية اتصال ضوئي منخفضة التكلفة وعالية السرعة تعتمد على السليكون الضوئية ، والتي تستخدم أشعة الليزر لنقل البيانات بدلاً من الإشارات الإلكترونية. هذه التكنولوجيا منخفضة التكلفة لا تقلل فقط بشكل كبير من تكلفة توسعة مركز البيانات ، ولكنها أيضًا تكسر عمر قانون مور من حيث المعدل (إذا تم اتباع قانون مور ، فمن المستحيل أن تصل معدلات نقل الإيثرنت إلى 1 تيرابايت) ، مما يجعل من الممكن كسر من خلال 1 تيرابايت من عرض النطاق الترددي على منفذ واحد ، وهي تقنية مركز بيانات جديدة تلقت الكثير من الاهتمام منذ عام 2016. ومع ذلك ، لا تزال هناك تحديات تقنية في ربط فوتونات السيليكون بالألياف الضوئية ، وهناك تحديات في محاذاة 10 ميكرون الأساسية ألياف ذات أدلة موجية بحجم 0.35 إلى 0.5 ميكرون فقط لفحص مستوى الرقاقة. لحسن الحظ ، لا يزال هناك بعض الشركات المصنعة التي اخترقت هذه الصعوبات التقنية وأنتجت بعض الوحدات الضوئية الضوئية السيليكونية للبيع الرسمي ، والتي تغلبت على مشكلة مسافة الإرسال القصيرة للوحدات الضوئية عالية السرعة 100G. على الرغم من أن هذه الوحدات الضوئية ليست قادرة بعد على توفير معدلات 200G أو أعلى ، إلا أنه يُعتقد أنه مع التحسين المستمر للتكنولوجيا ، سيكون ذلك ممكنًا بالتأكيد في المستقبل. إن حقيقة أن منظمة معايير Ethernet قد بدأت الآن في تطوير معيار إرسال 400G تُظهر أن هذا ممكن من الناحية النظرية ، وإلا فلن يكون من الممكن تطوير معيار الإرسال هذا.

يعد التكامل الفوتوني أيضًا تقنية يمكن اختيارها للوحدات البصرية عالية السرعة في المستقبل. دائرة متكاملة تعتمد على الدليل الموجي البصري مع دليل موجي عازل حيث أن القطعة المركزية تدمج الأجهزة الضوئية ، أي يتم دمج عدد من الأجهزة الضوئية على ركيزة لتشكيل وحدة كاملة ، وتتصل الأجهزة ببعضها البعض باستخدام دليل موجي ضوئي أشباه الموصلات لتشكيل وحدة بصرية عالية السرعة لإعادة التوجيه. يعد التكامل الفوتوني من أكثر المجالات الواعدة والواعدة في اتصالات الألياف الضوئية ، وهو أحد أفضل الطرق لتلبية متطلبات النطاق الترددي للشبكات المستقبلية. بطبيعة الحال ، فإن تصنيع الوحدات الضوئية المدمجة الضوئية ليس بالمهمة السهلة. تحتوي الأجهزة الضوئية على هيكل ثلاثي الأبعاد وتتطلب ترسيبًا وحفرًا متكررًا على طبقات متعددة من الأغشية الرقيقة العازلة للكهرباء من مواد مختلفة لإنتاجها ، ومن المتوقع أن يتم رؤية هذا النوع من التكنولوجيا المعقدة فقط عند 400 جرام.

لا تزال تقنية الوحدات الضوئية عالية السرعة لمركز البيانات تتطور وبمجرد حدوث اختراق ، سيكون من المفيد جدًا لمراكز البيانات زيادة عرض النطاق الترددي لشبكتها. إلى حد كبير ، منعت تقنية الوحدات الضوئية عالية السرعة مراكز البيانات من الانتقال إلى عرض نطاق شبكة أعلى. من عملية تحسين عرض النطاق الترددي للشبكة السابقة ، بمجرد تصميم الوحدات الضوئية عالية السرعة وتنفيذها وإتاحتها تجاريًا ، فإنها ستطلق قريبًا موجة من الاستبدال في الشبكة الفعلية وجميع معدات الشبكة الداعمة والألياف الضوئية وشرائح الشبكة وما إلى ذلك. قريبًا مع الدعم ، لذا فإن مستوى تطوير تقنية الوحدة الضوئية يحدد مستوى النطاق الترددي العام لمركز البيانات وهو الجزء الأكثر أهمية في مركز البيانات لتحسين عرض النطاق الترددي للشبكة.