Avance de la tecnología de interconexión del módulo óptico de alta velocidad del centro de datos

Basado en el auge del crecimiento de los servicios de red, la demanda de ancho de banda en los centros de datos es cada vez mayor. Originalmente, la demanda podía satisfacerse agrupando múltiples enlaces, pero hoy en día, la computación en la nube, los juegos en línea y el video HD en línea requieren una gran cantidad de ancho de banda de red, que no se puede satisfacer simplemente agregando más enlaces. Por ejemplo, los puertos básicos de interconexión 10G en el enlace ascendente de un centro de datos tradicional se agrupan en 8, lo que significa un ancho de banda de 80G. Si el costo de agregar más enlaces es demasiado alto, muchos dispositivos de red no pueden admitir más paquetes de puertos, por lo que solo pueden exigir dispositivos de puerto con tasas de reenvío más altas, y 40G/100G se crea en el contexto de una demanda tan grande. Ahora 40G/100G se ha escalado para volar a los centros de datos ordinarios, convirtiéndose en una opción imprescindible para los grandes centros de datos, con varios puertos de interconexión de 40G o 100G que se implementan en las salidas de interconexión del centro de datos, aumentando el ancho de banda de acceso externo del centro de datos a más de 100G , o incluso hasta 1T. Afortunadamente, la dificultad técnica de los módulos ópticos de 100G se ha superado para las personas, pero todavía hay muchos problemas con esta parte de la tecnología, que aún está en continuo desarrollo, así que hablemos del progreso técnico en esta área.

Los módulos ópticos de alta velocidad generalmente se refieren a módulos ópticos con transmisión de 40G/100G o superior, que son técnicamente difíciles de lograr, especialmente en términos de distancia de transmisión, y es difícil que los módulos ópticos de 100G alcancen una distancia de transmisión de más de 10 KM. Esto ha ralentizado la popularidad de los módulos ópticos de 100G en aplicaciones de centros de datos. Sin embargo, esta tendencia de desarrollo es irreversible, al igual que nuestras computadoras y teléfonos móviles, que funcionan cada vez más rápido, mientras la tecnología mejore, la velocidad seguirá aumentando. La tecnología de módulos ópticos de alta velocidad también está en constante evolución. Las más maduras actualmente son la tecnología PLC, así como la tecnología de integración basada en InP y la tecnología de integración basada en fotónica de silicio.

PLC (Circuito de onda de luz plana) se denomina tecnología de guía de onda óptica de plataforma, se refiere a que la guía de onda óptica está ubicada en un plano, su proceso de producción es compatible con el proceso de producción de semiconductores tradicional y más barato que el proceso de ensamblaje óptico tradicional, la tecnología de empaque es buena. PLC tiene dos estructuras básicas: una es una guía de onda óptica rectangular, la capa de núcleo óptico es columnar; una es una guía de ondas ópticas en forma de cresta, la capa del núcleo óptico es un rectángulo en la parte superior de una cresta. La tecnología PLC es el núcleo del proceso óptico integrado de acuerdo con los requisitos funcionales hechos de una variedad de guías de ondas ópticas planas, algunas también tienen que depositar electrodos en ciertos lugares, y luego guías de ondas ópticas y luego acopladas con fibras ópticas o conjuntos de fibras, usando un tecnología de preparación altamente integrada, el número de derivaciones hasta 128. El uso de procesos de fotolitografía, crecimiento y grabado en seco para formar guías de ondas ópticas enterradas en un sustrato de cuarzo para la distribución de energía óptica es la mejor tecnología para la producción de divisores ópticos. El PLC se puede lograr utilizando diferentes medios, como guías de ondas ópticas recubiertas de titanio con niobato de litio, guías de ondas ópticas de dióxido de silicio depositado a base de silicio, guías de ondas ópticas InGaAs/InP y guías de ondas ópticas de polímero, etc. Estos diferentes Hay algunas diferencias en el costo y la eficiencia de transmisión de estos diferentes materiales, y las ventajas y desventajas de cada uno, por lo que no entraré en detalles aquí. En resumen, la tecnología PLC no es una tecnología completamente nueva, pero toma prestada mucha de la tecnología óptica original, con la ayuda de un proceso de producción avanzado, para lograr el objetivo de mejorar el ancho de banda de transmisión de los módulos ópticos individuales.

Cuando se aumenta la velocidad del módulo óptico de 10G a 40G o 100G, aún se puede satisfacer usando la tecnología PLC, pero si se tiene que aumentar a 400G o incluso a 1T, esta tecnología queda algo abrumada. Los procesos tecnológicos actuales aún no tienen los medios para lograr tales densidades de ancho de banda, y si esto se logra haciendo módulos ópticos más grandes, claramente no es una buena solución, y el PLC aumenta significativamente con la complejidad del proceso de fabricación, lo que también hace que la El precio de los módulos ópticos tipo PLC sigue siendo alto y no se puede reducir, por lo que surgió la tecnología fotónica de silicio. Esta es una tecnología de comunicación óptica de alta velocidad y bajo costo basada en la fotónica de silicio, que utiliza rayos láser para transmitir datos en lugar de señales electrónicas. Esta tecnología de bajo costo no solo reduce drásticamente el costo de la expansión del centro de datos, sino que también rompe el tiempo de vida de la Ley de Moore en términos de velocidad (si se sigue la Ley de Moore, es imposible que las velocidades de transmisión de Ethernet alcancen 1T), lo que permite romper a través de 1T de ancho de banda en un solo puerto, que es una nueva tecnología de centro de datos que ha recibido mucha atención desde 2016. Sin embargo, todavía existen desafíos técnicos en el acoplamiento de la fotónica de silicio con fibras ópticas, y hay desafíos en la alineación de núcleos de 10 micras fibras con guías de ondas de solo 0.35 a 0.5 micras de tamaño para la inspección a nivel de obleas. Afortunadamente, todavía hay algunos fabricantes que han superado estas dificultades técnicas y han producido algunos módulos ópticos fotónicos de silicio para la venta oficial, que superan el problema de la corta distancia de transmisión de los módulos ópticos de alta velocidad de 100G. Aunque estos módulos ópticos aún no pueden proporcionar velocidades de 200 G o más, se cree que con la mejora continua de la tecnología, sin duda será posible en el futuro. El hecho de que la organización de estándares de Ethernet haya comenzado ahora a desarrollar un estándar de transmisión 400G muestra que esto es teóricamente posible, de lo contrario no sería posible desarrollar tal estándar de transmisión.

La integración fotónica también es una tecnología que puede elegirse para futuros módulos ópticos de alta velocidad. Un circuito integrado basado en una guía de ondas ópticas con una guía de ondas dieléctrica como pieza central integra dispositivos ópticos, es decir, varios dispositivos ópticos están integrados en un sustrato para formar un todo, y los dispositivos están conectados entre sí con una guía de ondas óptica semiconductora para formar un Módulo óptico de reenvío de alta velocidad. La integración fotónica es el área más avanzada y prometedora de las comunicaciones de fibra óptica, y es una de las mejores formas de cumplir con los requisitos de ancho de banda de las redes futuras. Por supuesto, la fabricación de módulos ópticos fotónicos integrados no es una tarea fácil. Los dispositivos fotónicos tienen una estructura tridimensional y requieren deposición repetitiva y grabado en múltiples capas dieléctricas de película delgada de diferentes materiales para producir, y este tipo de tecnología compleja solo se espera que se vea a 400G.

La tecnología de módulos ópticos de alta velocidad del centro de datos aún está evolucionando y, una vez que haya un gran avance, será muy beneficioso para los centros de datos aumentar el ancho de banda de su red. En gran medida, la tecnología de módulos ópticos de alta velocidad ha impedido que los centros de datos se trasladen a anchos de banda de red más altos. Desde el proceso anterior de mejora del ancho de banda de la red, una vez que los módulos ópticos de mayor velocidad estén diseñados e implementados y disponibles comercialmente, pronto desencadenarán una ola de reemplazo en la red real y todo su equipo de red de soporte, fibras ópticas, chips de red, etc. pronto se combinará con el soporte, por lo que el nivel de desarrollo de la tecnología del módulo óptico determina el nivel de ancho de banda general del centro de datos y es la parte más crucial del centro de datos para mejorar el ancho de banda de la red.