Avancement de la technologie d'interconnexion de modules optiques à grande vitesse du centre de données

Sur la base de la croissance fulgurante des services réseau, la demande de bande passante dans les centres de données est de plus en plus élevée. À l'origine, la demande pouvait être satisfaite en regroupant plusieurs liens, mais de nos jours, le cloud computing, les jeux en ligne et la vidéo HD en ligne nécessitent tous une grande quantité de bande passante réseau, qui ne peut être satisfaite en ajoutant simplement plus de liens. Par exemple, les ports d'interconnexion 10G de base sur la liaison montante d'un centre de données traditionnel sont regroupés en 8, ce qui signifie une bande passante de 80G. Si le coût d'ajout de liens supplémentaires est trop élevé, de nombreux périphériques réseau ne peuvent pas prendre en charge plus de faisceaux de ports, ils ne peuvent donc exiger que des périphériques de port avec des taux de transfert plus élevés, et 40G/100G est créé dans le contexte d'une demande aussi énorme. Désormais, le 40G/100G a été mis à l'échelle pour voler dans les centres de données ordinaires, devenant une option incontournable pour les grands centres de données, avec plusieurs ports d'interconnexion 40G ou 100G déployés sur les points d'interconnexion des centres de données, augmentant la bande passante d'accès externe du centre de données à plus de 100G , ou même jusqu'à 1T. Heureusement, la difficulté technique des modules optiques 100G a été surmontée pour les gens, mais il reste encore de nombreux problèmes avec cette partie de la technologie, qui est toujours en développement continu, parlons donc des progrès techniques dans ce domaine.

Les modules optiques à haut débit se réfèrent généralement à des modules optiques avec une transmission 40G/100G ou supérieure, qui sont techniquement difficiles à réaliser, notamment en termes de distance de transmission, et il est difficile pour les modules optiques 100G d'atteindre une distance de transmission supérieure à 10KM. Cela a ralenti la popularité des modules optiques 100G dans les applications de centre de données. Cependant, cette tendance de développement est irréversible, tout comme nos ordinateurs et téléphones portables, qui fonctionnent de plus en plus vite, tant que la technologie s'améliorera, la vitesse continuera d'augmenter. La technologie des modules optiques à grande vitesse est également en constante évolution. Les plus matures sont actuellement la technologie PLC, ainsi que la technologie d'intégration basée sur InP et la technologie d'intégration basée sur la photonique sur silicium.

PLC (Planar Lightwave Circuit) est appelé technologie de guide d'ondes optique de plate-forme, se réfère au guide d'ondes optique est situé dans un avion, son processus de production est compatible avec le processus de production de semi-conducteurs traditionnel, et moins cher que le processus d'assemblage optique traditionnel, la technologie d'emballage est bonne. Le PLC a deux structures de base : l'une est un guide d'ondes optique rectangulaire, la couche centrale optique est colonnaire ; l'un est un guide d'ondes optique en forme de crête, la couche centrale optique est un rectangle au-dessus d'une crête. La technologie PLC est au cœur du processus optique intégré selon les exigences fonctionnelles faites d'une variété de guides d'ondes optiques plats, certains doivent également déposer des électrodes à certains endroits, puis des guides d'ondes optiques puis couplés avec des fibres optiques ou des réseaux de fibres, à l'aide d'un technologie de préparation hautement intégrée, le nombre de prises jusqu'à 128. L'utilisation de procédés de photolithographie, de croissance et de gravure sèche pour former des guides d'ondes optiques enterrés sur un substrat de quartz pour la distribution de puissance optique est la meilleure technologie pour la production de séparateurs optiques. Le PLC peut être réalisé en utilisant différents supports, tels que les guides d'ondes optiques plaqués titane niobate de lithium, les guides d'ondes optiques en dioxyde de silicium déposé à base de silicium, les guides d'ondes optiques InGaAs/InP et les guides d'ondes optiques polymères, etc. ces différents matériaux, et les avantages et inconvénients de chacun, je ne rentrerai donc pas dans les détails ici. En bref, la technologie PLC n'est pas une technologie complètement nouvelle, mais emprunte encore une grande partie de la technologie optique d'origine, à l'aide d'un processus de production avancé, pour atteindre l'objectif d'améliorer la bande passante de transmission des modules optiques individuels.

Lorsque la vitesse du module optique est augmentée de 10G à 40G ou 100G, elle peut toujours être satisfaite en utilisant la technologie PLC, mais si elle doit être augmentée à 400G ou même 1T, cette technologie est quelque peu dépassée. Les procédés technologiques actuels n'ont pas encore les moyens d'atteindre de telles densités de bande passante, et si cela est réalisé en agrandissant les modules optiques, ce n'est clairement pas une bonne solution, et le CPL augmente significativement avec la complexité du procédé de fabrication, ce qui rend également la le prix des modules optiques de type CPL reste élevé et ne peut être réduit, la technologie photonique sur silicium a donc émergé. Il s'agit d'une technologie de communication optique à faible coût et à grande vitesse basée sur la photonique au silicium, qui utilise des faisceaux laser pour transmettre des données au lieu de signaux électroniques. Cette technologie à faible coût réduit non seulement considérablement le coût d'expansion du centre de données, mais rompt également la durée de vie de la loi de Moore en termes de débit (si la loi de Moore est suivie, il est impossible que les débits de transmission Ethernet atteignent 1T), ce qui permet de briser via 1T de bande passante sur un seul port, qui est une nouvelle technologie de centre de données qui a reçu beaucoup d'attention depuis 2016. Cependant, il reste des défis techniques à coupler la photonique au silicium avec des fibres optiques, et il y a des défis à aligner le noyau de 10 microns fibres avec des guides d'ondes de seulement 0.35 à 0.5 micron pour l'inspection au niveau de la plaquette. Heureusement, il existe encore des fabricants qui ont surmonté ces difficultés techniques et ont produit des modules optiques photoniques en silicium pour la vente officielle, qui surmontent le problème de la courte distance de transmission des modules optiques haute vitesse 100G. Bien que ces modules optiques ne soient pas encore en mesure de fournir des débits de 200G et plus, on pense qu'avec l'amélioration continue de la technologie, cela sera certainement possible à l'avenir. Le fait que l'organisme de normalisation Ethernet ait maintenant commencé à développer une norme de transmission 400G montre que cela est théoriquement possible, sinon il ne serait pas possible de développer une telle norme de transmission.

L'intégration photonique est également une technologie qui pourra être retenue pour les futurs modules optiques à haut débit. Un circuit intégré basé sur un guide d'ondes optique avec un guide d'ondes diélectrique comme pièce maîtresse intègre des dispositifs optiques, c'est-à-dire qu'un certain nombre de dispositifs optiques sont intégrés sur un substrat pour former un tout, et les dispositifs sont connectés les uns aux autres avec un guide d'ondes optique à semi-conducteur pour former un module optique de transmission à grande vitesse. L'intégration photonique est le domaine le plus avant-gardiste et le plus prometteur des communications par fibre optique, et c'est l'un des meilleurs moyens de répondre aux besoins en bande passante des futurs réseaux. Bien entendu, la fabrication de modules optiques intégrés photoniques n'est pas une tâche aisée. Les dispositifs photoniques ont une structure tridimensionnelle et nécessitent un dépôt et une gravure répétitifs sur plusieurs couches diélectriques à couches minces de différents matériaux pour être produits, et ce type de technologie complexe ne devrait être vu qu'à 400G.

La technologie des modules optiques haute vitesse des centres de données évolue toujours et une fois qu'il y aura une percée, il sera très avantageux pour les centres de données d'augmenter leur bande passante réseau. Dans une large mesure, la technologie des modules optiques à haut débit a empêché les centres de données de passer à des bandes passantes réseau plus élevées. À partir du processus d'amélioration de la bande passante du réseau passé, une fois que les modules optiques à plus haut débit sont conçus et mis en œuvre et disponibles dans le commerce, ils déclencheront bientôt une vague de remplacement dans le réseau réel et tous ses équipements de réseau de support, les fibres optiques, les puces de réseau, etc. sera bientôt assorti d'un support, de sorte que le niveau de développement de la technologie du module optique détermine le niveau de bande passante global du centre de données et est la partie la plus cruciale du centre de données pour améliorer la bande passante du réseau.