پیشرفت فناوری اتصال ماژول نوری پرسرعت مرکز داده

بر اساس رشد پررونق خدمات شبکه، تقاضا برای پهنای باند در مراکز داده بیشتر و بیشتر می شود. در ابتدا، این تقاضا می‌توانست با بسته‌بندی پیوندهای متعدد برآورده شود، اما امروزه رایانش ابری، بازی‌های آنلاین و ویدیوی HD آنلاین، همگی به پهنای باند شبکه زیادی نیاز دارند که تنها با افزودن لینک‌های بیشتر نمی‌توان آن را برآورده کرد. به عنوان مثال، پورت‌های اصلی اتصال 10G در Uplink یک مرکز داده سنتی به 8 بسته می‌شوند که به معنای پهنای باند 80G است. اگر هزینه افزودن لینک‌های بیشتر بسیار زیاد باشد، بسیاری از دستگاه‌های شبکه نمی‌توانند بسته‌های پورت بیشتری را پشتیبانی کنند، بنابراین فقط می‌توانند دستگاه‌های پورت با نرخ ارسال بالاتر را درخواست کنند و 40G/100G در زمینه چنین تقاضای عظیمی ایجاد می‌شود. اکنون 40G/100G برای پرواز به مراکز داده معمولی، تبدیل به یک گزینه ضروری برای مراکز داده بزرگ شده است، با چندین پورت اتصال 40G یا 100G که در خروجی های اتصال مرکز داده مستقر شده اند، و پهنای باند دسترسی خارجی مرکز داده را به بیش از 100G افزایش می دهد. ، یا حتی تا 1T. خوشبختانه مشکل فنی ماژول های نوری 100G برای مردم برطرف شده است، اما هنوز مشکلات زیادی در این بخش از فناوری وجود دارد که همچنان در حال توسعه مداوم است، بنابراین اجازه دهید در مورد پیشرفت فنی در این زمینه صحبت کنیم.

ماژول‌های نوری پرسرعت عموماً به ماژول‌های نوری با انتقال 40G/100G یا بالاتر اطلاق می‌شوند که از نظر فنی دستیابی به آنها دشوار است، به خصوص از نظر فاصله انتقال، و رسیدن به فاصله انتقال بیش از 100 کیلومتر برای ماژول‌های نوری 10G دشوار است. این امر محبوبیت ماژول های نوری 100G را در برنامه های مرکز داده کاهش داده است. با این حال، این روند توسعه برگشت ناپذیر است، درست مانند رایانه‌ها و تلفن‌های همراه ما که سریع‌تر و سریع‌تر کار می‌کنند، تا زمانی که فناوری در حال بهبود باشد، سرعت افزایش خواهد یافت. فناوری ماژول نوری پرسرعت نیز دائما در حال پیشرفت است. بالغ ترین آنها در حال حاضر فناوری PLC و همچنین فناوری یکپارچه سازی مبتنی بر InP و فناوری یکپارچه سازی مبتنی بر فوتونیک سیلیکونی هستند.

PLC (مدار موج نوری مسطح) فناوری موجبر نوری پلت فرم نامیده می شود، به این اشاره دارد که موجبر نوری در یک هواپیما قرار دارد، فرآیند تولید آن با فرآیند تولید نیمه هادی سنتی سازگار است و ارزان تر از روند مونتاژ نوری سنتی، فناوری بسته بندی خوب است. PLC دو ساختار اساسی دارد: یکی یک موجبر نوری مستطیلی است، لایه هسته نوری ستونی است. یکی یک موجبر نوری برآمدگی شکل است، لایه هسته نوری یک مستطیل در بالای یک برآمدگی است. فناوری PLC هسته فرآیند نوری یکپارچه با توجه به الزامات عملکردی است که از انواع موجبرهای نوری تخت ساخته شده است، برخی نیز باید الکترودها را در مکان‌های خاص و سپس موجبرهای نوری و سپس با فیبرهای نوری یا آرایه‌های فیبر همراه کنند. تکنولوژی آماده سازی بسیار یکپارچه، تعداد شیرها تا 128. استفاده از فتولیتوگرافی، فرآیندهای رشد و حکاکی خشک برای تشکیل موجبرهای نوری مدفون بر روی بستر کوارتز برای توزیع توان نوری بهترین فناوری برای تولید اسپلیتر نوری است. PLC را می توان با استفاده از رسانه های مختلف، مانند موجبرهای نوری با روکش تیتانیوم لیتیوم نیوبات، موجبرهای نوری دی اکسید سیلیکون ته نشین شده مبتنی بر سیلیکون، موجبرهای نوری InGaAs/InP و موجبرهای نوری پلیمری و غیره به دست آورد. این مواد مختلف، و مزایا و معایب هر کدام، بنابراین من در اینجا به جزئیات نمی پردازم. به طور خلاصه، فناوری PLC یک فناوری کاملاً جدید نیست، اما هنوز هم بسیاری از فناوری‌های نوری اصلی را با کمک فرآیند تولید پیشرفته، برای دستیابی به هدف بهبود پهنای باند انتقال ماژول‌های نوری جداگانه، قرض می‌گیرد.

هنگامی که سرعت ماژول نوری از 10G به 40G یا 100G افزایش می یابد، باز هم می توان با استفاده از فناوری PLC آن را راضی کرد، اما اگر باید آن را به 400G یا حتی 1T افزایش داد، این فناوری تا حدودی غرق می شود. فرآیندهای فناوری کنونی هنوز ابزاری برای دستیابی به چنین چگالی پهنای باندی ندارند و اگر این امر با بزرگتر کردن ماژول های نوری به دست آید، واضح است که راه حل خوبی نیست و PLC با پیچیدگی فرآیند تولید به طور قابل توجهی افزایش می یابد، که باعث می شود قیمت ماژول‌های نوری نوع PLC همچنان بالاست و قابل کاهش نیست، بنابراین فناوری فوتونیک سیلیکونی ظهور کرد. این یک فناوری ارتباطات نوری کم‌هزینه و پرسرعت مبتنی بر فوتونیک سیلیکونی است که از پرتوهای لیزر برای انتقال داده‌ها به جای سیگنال‌های الکترونیکی استفاده می‌کند. این فناوری کم‌هزینه نه تنها هزینه گسترش مرکز داده را به‌طور چشمگیری کاهش می‌دهد، بلکه طول عمر قانون مور را از نظر نرخ نیز نقض می‌کند (در صورت رعایت قانون مور، رسیدن نرخ انتقال اترنت به 1T غیرممکن است)، و شکستن آن را ممکن می‌سازد. از طریق 1T پهنای باند در یک پورت، که یک فناوری جدید مرکز داده است که از سال 2016 توجه زیادی را به خود جلب کرده است. با این حال، هنوز چالش‌های فنی در جفت کردن فوتونیک سیلیکون با فیبرهای نوری وجود دارد، و چالش‌هایی در تراز کردن هسته 10 میکرونی وجود دارد. الیاف با موجبرهای تنها 0.35 تا 0.5 میکرون برای بازرسی سطح ویفر. خوشبختانه هنوز هم برخی از تولیدکنندگان هستند که این مشکلات فنی را پشت سر گذاشته اند و تعدادی ماژول نوری فوتونیک سیلیکونی را برای فروش رسمی تولید کرده اند که بر مشکل فاصله انتقال کوتاه ماژول های نوری پرسرعت 100G غلبه می کند. اگرچه این ماژول های نوری هنوز قادر به ارائه نرخ های 200G و بالاتر نیستند، اما اعتقاد بر این است که با بهبود مستمر این فناوری، مطمئناً در آینده امکان پذیر خواهد بود. اینکه سازمان استاندارد اترنت اکنون شروع به توسعه استاندارد انتقال 400G کرده است نشان می دهد که این امر از نظر تئوری امکان پذیر است وگرنه امکان تدوین چنین استاندارد انتقالی وجود نخواهد داشت.

ادغام فوتونیک نیز فناوری است که ممکن است برای ماژول های نوری پرسرعت آینده انتخاب شود. یک مدار مجتمع مبتنی بر موجبر نوری با یک موجبر دی الکتریک به عنوان قطعه مرکزی دستگاه های نوری را ادغام می کند، به عنوان مثال تعدادی از دستگاه های نوری بر روی یک بستر ادغام می شوند تا یک کل را تشکیل دهند و دستگاه ها با یک موجبر نوری نیمه هادی به یکدیگر متصل می شوند تا یک ماژول نوری حمل و نقل با سرعت بالا ادغام فوتونیک پیشرفته‌ترین و امیدوارکننده‌ترین حوزه ارتباطات فیبر نوری است و یکی از بهترین راه‌ها برای برآوردن نیازهای پهنای باند شبکه‌های آینده است. البته، ساخت ماژول های نوری یکپارچه فوتونیک کار آسانی نیست. دستگاه‌های فوتونیک ساختاری سه‌بعدی دارند و برای تولید به لایه‌های دی‌الکتریک لایه نازک چندگانه از مواد مختلف نیاز دارند و این نوع فناوری پیچیده تنها در 400G دیده می‌شود.

فناوری ماژول نوری پرسرعت مرکز داده هنوز در حال تکامل است و هنگامی که پیشرفتی حاصل شود، افزایش پهنای باند شبکه برای مراکز داده بسیار مفید خواهد بود. تا حد زیادی، فناوری ماژول های نوری پرسرعت از انتقال مراکز داده به پهنای باند شبکه بالاتر جلوگیری کرده است. از فرآیند افزایش پهنای باند شبکه گذشته، هنگامی که ماژول های نوری با سرعت بالاتر طراحی و پیاده سازی شدند و به صورت تجاری در دسترس قرار گرفتند، به زودی موجی از جایگزینی را در شبکه واقعی و تمام تجهیزات شبکه پشتیبانی کننده، فیبرهای نوری، تراشه های شبکه و غیره به راه خواهند انداخت. به زودی با پشتیبانی همسان خواهد شد، بنابراین سطح توسعه فناوری ماژول نوری، سطح پهنای باند کلی مرکز داده را تعیین می کند و مهم ترین بخش مرکز داده برای بهبود پهنای باند شبکه است.