Πρόοδος τεχνολογίας διασύνδεσης οπτικής μονάδας δεδομένων υψηλής ταχύτητας Κέντρου δεδομένων

Με βάση την ραγδαία ανάπτυξη των υπηρεσιών δικτύου, η ζήτηση για εύρος ζώνης στα κέντρα δεδομένων γίνεται όλο και μεγαλύτερη. Αρχικά, η ζήτηση μπορούσε να καλυφθεί με τη δέσμη πολλαπλών συνδέσμων, αλλά σήμερα το cloud computing, το διαδικτυακό παιχνίδι και το online βίντεο HD απαιτούν μεγάλο εύρος ζώνης δικτύου, το οποίο δεν μπορεί να καλυφθεί με την απλή προσθήκη περισσότερων συνδέσμων. Για παράδειγμα, οι βασικές θύρες διασύνδεσης 10G στην uplink ενός παραδοσιακού κέντρου δεδομένων ομαδοποιούνται σε 8, που σημαίνει εύρος ζώνης 80G. Εάν το κόστος της προσθήκης περισσότερων συνδέσμων είναι πολύ υψηλό, πολλές συσκευές δικτύου δεν μπορούν να υποστηρίξουν περισσότερα πακέτα θυρών, επομένως μπορούν να απαιτούν μόνο συσκευές θύρας με υψηλότερους ρυθμούς προώθησης και το 40G/100G δημιουργείται στο πλαίσιο μιας τόσο τεράστιας ζήτησης. Τώρα το 40G/100G έχει κλιμακωθεί για να πετάει σε συνηθισμένα κέντρα δεδομένων, καθιστώντας μια απαραίτητη επιλογή για μεγάλα κέντρα δεδομένων, με αρκετές θύρες διασύνδεσης 40G ή 100G να αναπτύσσονται σε σημεία διασύνδεσης κέντρων δεδομένων, ενισχύοντας το εύρος ζώνης εξωτερικής πρόσβασης του κέντρου δεδομένων σε πάνω από 100G , ή ακόμα και μέχρι 1Τ. Ευτυχώς, η τεχνική δυσκολία των οπτικών μονάδων 100G έχει ξεπεραστεί για τους ανθρώπους, αλλά υπάρχουν ακόμα πολλά προβλήματα με αυτό το τμήμα της τεχνολογίας, το οποίο βρίσκεται ακόμα υπό συνεχή ανάπτυξη, οπότε ας μιλήσουμε για την τεχνική πρόοδο σε αυτόν τον τομέα.

Οι οπτικές μονάδες υψηλής ταχύτητας αναφέρονται γενικά σε οπτικές μονάδες με μετάδοση 40G/100G ή παραπάνω, οι οποίες είναι τεχνικά δύσκολο να επιτευχθούν, ειδικά όσον αφορά την απόσταση μετάδοσης, και είναι δύσκολο για τις οπτικές μονάδες 100G να φτάσουν σε απόσταση μετάδοσης μεγαλύτερη από 10KM. Αυτό έχει επιβραδύνει τη δημοτικότητα των οπτικών μονάδων 100G σε εφαρμογές κέντρων δεδομένων. Ωστόσο, αυτή η αναπτυξιακή τάση είναι μη αναστρέψιμη, όπως ακριβώς οι υπολογιστές και τα κινητά μας τηλέφωνα, που λειτουργούν όλο και πιο γρήγορα, όσο η τεχνολογία βελτιώνεται, η ταχύτητα θα συνεχίσει να αυξάνεται. Η τεχνολογία οπτικών μονάδων υψηλής ταχύτητας εξελίσσεται επίσης συνεχώς. Οι πιο ώριμες είναι αυτή τη στιγμή η τεχνολογία PLC, καθώς και η τεχνολογία ολοκλήρωσης που βασίζεται σε InP και η τεχνολογία ολοκλήρωσης που βασίζεται σε φωτονική πυριτίου.

Το PLC (Planar Lightwave Circuit) ονομάζεται τεχνολογία οπτικού κυματοδηγού πλατφόρμας, αναφέρεται στο ότι ο οπτικός κυματοδηγός βρίσκεται σε ένα αεροπλάνο, η διαδικασία παραγωγής του είναι συμβατή με την παραδοσιακή διαδικασία παραγωγής ημιαγωγών και φθηνότερη από την παραδοσιακή διαδικασία οπτικής συναρμολόγησης, η τεχνολογία συσκευασίας είναι καλή. Το PLC έχει δύο βασικές δομές: η μία είναι ένας ορθογώνιος οπτικός κυματοδηγός, το στρώμα οπτικού πυρήνα είναι στηλοειδής. Το ένα είναι ένας οπτικός κυματοδηγός σε σχήμα κορυφογραμμής, το στρώμα οπτικού πυρήνα είναι ένα ορθογώνιο στην κορυφή μιας κορυφογραμμής. Η τεχνολογία PLC είναι ο πυρήνας της ολοκληρωμένης οπτικής διαδικασίας σύμφωνα με τις λειτουργικές απαιτήσεις που συνθέτουν μια ποικιλία επίπεδων οπτικών κυματοδηγών, ορισμένοι πρέπει επίσης να εναποθέσουν ηλεκτρόδια σε ορισμένες θέσεις και στη συνέχεια οπτικούς κυματοδηγούς και στη συνέχεια να συνδυαστούν με οπτικές ίνες ή συστοιχίες ινών, χρησιμοποιώντας ένα εξαιρετικά ενσωματωμένη τεχνολογία προετοιμασίας, αριθμός κρουνών έως 128. Η χρήση διαδικασιών φωτολιθογραφίας, ανάπτυξης και ξηρής χάραξης για τον σχηματισμό θαμμένων οπτικών κυματοδηγών σε υπόστρωμα χαλαζία για διανομή οπτικής ισχύος είναι η καλύτερη τεχνολογία για παραγωγή οπτικού διαχωριστή. Το PLC μπορεί να επιτευχθεί χρησιμοποιώντας διαφορετικά μέσα, όπως οπτικούς κυματοδηγούς επικαλυμμένους με τιτάνιο νιοβάτη λιθίου, οπτικούς κυματοδηγούς εναποτιθέμενου διοξειδίου του πυριτίου με βάση το πυρίτιο, οπτικούς κυματοδηγούς InGaAs/InP και οπτικούς κυματοδηγούς πολυμερούς κ.λπ. Υπάρχουν ορισμένες διαφορές στο κόστος και την απόδοση μετάδοσης αυτά τα διαφορετικά υλικά και τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα του καθενός, επομένως δεν θα υπεισέλθω σε λεπτομέρειες εδώ. Εν ολίγοις, η τεχνολογία PLC δεν είναι μια εντελώς νέα τεχνολογία, αλλά εξακολουθεί να δανείζεται πολλές από την αρχική οπτική τεχνολογία, με τη βοήθεια προηγμένης διαδικασίας παραγωγής, για να επιτευχθεί ο σκοπός της βελτίωσης του εύρους ζώνης μετάδοσης μεμονωμένων οπτικών μονάδων.

Όταν η ταχύτητα της οπτικής μονάδας αυξάνεται από 10G σε 40G ή 100G, μπορεί και πάλι να ικανοποιηθεί με τη χρήση τεχνολογίας PLC, αλλά αν πρέπει να αυξηθεί στα 400G ή ακόμα και στο 1T, αυτή η τεχνολογία είναι κάπως κατακλυσμένη. Οι τρέχουσες τεχνολογικές διεργασίες δεν έχουν ακόμη τα μέσα για να επιτύχουν τέτοιες πυκνότητες εύρους ζώνης, και αν αυτό επιτευχθεί κάνοντας τις οπτικές μονάδες μεγαλύτερες, σαφώς δεν είναι καλή λύση και το PLC αυξάνεται σημαντικά με την πολυπλοκότητα της διαδικασίας κατασκευής, η οποία επίσης κάνει Η τιμή των οπτικών μονάδων τύπου PLC παραμένει υψηλή και δεν μπορεί να μειωθεί, έτσι εμφανίστηκε η τεχνολογία φωτονικής πυριτίου. Πρόκειται για μια τεχνολογία οπτικής επικοινωνίας χαμηλού κόστους και υψηλής ταχύτητας που βασίζεται σε φωτονική πυριτίου, η οποία χρησιμοποιεί ακτίνες λέιζερ για τη μετάδοση δεδομένων αντί για ηλεκτρονικά σήματα. Αυτή η τεχνολογία χαμηλού κόστους όχι μόνο μειώνει δραματικά το κόστος της επέκτασης του κέντρου δεδομένων, αλλά επίσης παραβιάζει τη διάρκεια ζωής του νόμου του Moore όσον αφορά το ρυθμό (εάν ακολουθηθεί ο νόμος του Moore, είναι αδύνατο οι ρυθμοί μετάδοσης Ethernet να φτάσουν το 1Τ), καθιστώντας δυνατή την παραβίαση μέσω 1T εύρους ζώνης σε μία μόνο θύρα, η οποία είναι μια νέα τεχνολογία κέντρου δεδομένων που έχει λάβει μεγάλη προσοχή από το 2016. Ωστόσο, εξακολουθούν να υπάρχουν τεχνικές προκλήσεις στη σύζευξη φωτονικών πυριτίου με οπτικές ίνες και υπάρχουν προκλήσεις στην ευθυγράμμιση πυρήνα 10 micron ίνες με κυματοδηγούς μεγέθους μόνο 0.35 έως 0.5 micron για επιθεώρηση σε επίπεδο γκοφρέτας. Ευτυχώς, υπάρχουν ακόμα ορισμένοι κατασκευαστές που έχουν ξεπεράσει αυτές τις τεχνικές δυσκολίες και έχουν παραγάγει μερικές φωτονικές οπτικές μονάδες πυριτίου προς επίσημη πώληση, οι οποίες ξεπερνούν το πρόβλημα της μικρής απόστασης μετάδοσης των οπτικών μονάδων υψηλής ταχύτητας 100G. Αν και αυτές οι οπτικές μονάδες δεν είναι ακόμη σε θέση να παρέχουν ρυθμούς 200G και υψηλότερες, πιστεύεται ότι με τη συνεχή βελτίωση της τεχνολογίας, σίγουρα θα είναι δυνατή στο μέλλον. Το γεγονός ότι ο οργανισμός προτύπων Ethernet άρχισε τώρα να αναπτύσσει ένα πρότυπο μετάδοσης 400G δείχνει ότι αυτό είναι θεωρητικά δυνατό, διαφορετικά δεν θα ήταν δυνατό να αναπτυχθεί ένα τέτοιο πρότυπο μετάδοσης.

Η φωτονική ολοκλήρωση είναι επίσης μια τεχνολογία που μπορεί να επιλεγεί για μελλοντικές οπτικές μονάδες υψηλής ταχύτητας. Ένα ολοκληρωμένο κύκλωμα βασισμένο σε οπτικό κυματοδηγό με έναν διηλεκτρικό κυματοδηγό ως κεντρικό στοιχείο ενσωματώνει οπτικές συσκευές, δηλαδή ένας αριθμός οπτικών συσκευών ενσωματώνεται σε ένα υπόστρωμα για να σχηματίσει ένα σύνολο και οι συσκευές συνδέονται μεταξύ τους με έναν ημιαγωγό οπτικό κυματοδηγό για να σχηματίσουν ένα οπτική μονάδα προώθησης υψηλής ταχύτητας. Η φωτονική ολοκλήρωση είναι ο πιο προηγμένος και πολλά υποσχόμενος τομέας επικοινωνιών οπτικών ινών και είναι ένας από τους καλύτερους τρόπους για την κάλυψη των απαιτήσεων εύρους ζώνης των μελλοντικών δικτύων. Φυσικά, η κατασκευή φωτονικών ολοκληρωμένων οπτικών μονάδων δεν είναι εύκολη υπόθεση. Οι φωτονικές συσκευές έχουν τρισδιάστατη δομή και απαιτούν επαναλαμβανόμενη εναπόθεση και χάραξη σε πολλαπλά διηλεκτρικά στρώματα λεπτής μεμβράνης διαφορετικών υλικών για να παραχθούν, και αυτός ο τύπος πολύπλοκης τεχνολογίας αναμένεται να εμφανιστεί μόνο στα 400G.

Η τεχνολογία οπτικών μονάδων υψηλής ταχύτητας του κέντρου δεδομένων εξελίσσεται ακόμα και μόλις υπάρξει μια σημαντική ανακάλυψη, θα είναι πολύ ωφέλιμο για τα κέντρα δεδομένων να αυξήσουν το εύρος ζώνης του δικτύου τους. Σε μεγάλο βαθμό, η τεχνολογία των οπτικών μονάδων υψηλής ταχύτητας έχει εμποδίσει τα κέντρα δεδομένων να μετακινηθούν σε μεγαλύτερα εύρη ζώνης δικτύου. Από την προηγούμενη διαδικασία βελτίωσης του εύρους ζώνης δικτύου, μόλις σχεδιαστούν και υλοποιηθούν οπτικές μονάδες υψηλότερης ταχύτητας και διατεθούν στο εμπόριο, σύντομα θα πυροδοτήσουν ένα κύμα αντικατάστασης στο πραγματικό δίκτυο και σε όλο τον υποστηρικτικό εξοπλισμό του δικτύου, τις οπτικές ίνες, τα τσιπ δικτύου κ.λπ. σύντομα θα συνδυαστεί με υποστήριξη, επομένως το επίπεδο ανάπτυξης της τεχνολογίας οπτικών μονάδων καθορίζει το συνολικό επίπεδο εύρους ζώνης του κέντρου δεδομένων και είναι το πιο κρίσιμο μέρος του κέντρου δεδομένων για τη βελτίωση του εύρους ζώνης δικτύου.