Kemajuan Teknologi Interkoneksi Modul Optik Berkecepatan Tinggi Pusat Data

Berdasarkan booming pertumbuhan layanan jaringan, permintaan bandwidth di pusat data semakin tinggi. Awalnya, permintaan dapat dipenuhi dengan menggabungkan banyak tautan, tetapi saat ini komputasi awan, game online, dan video HD online semuanya memerlukan bandwidth jaringan dalam jumlah besar, yang tidak dapat dipenuhi hanya dengan menambahkan lebih banyak tautan. Misalnya, port interkoneksi 10G dasar pada uplink pusat data tradisional dibundel menjadi 8, yang berarti bandwidth 80G. Jika biaya untuk menambahkan lebih banyak tautan terlalu tinggi, banyak perangkat jaringan tidak dapat mendukung lebih banyak bundel port, sehingga mereka hanya dapat meminta perangkat port dengan kecepatan penerusan yang lebih tinggi, dan 40G/100G dibuat dalam konteks permintaan yang sangat besar. Sekarang 40G/100G telah diskalakan untuk terbang ke pusat data biasa, menjadi pilihan yang harus dimiliki untuk pusat data besar, dengan beberapa port interkoneksi 40G atau 100G dipasang di outlet interkoneksi pusat data, meningkatkan bandwidth akses eksternal pusat data menjadi lebih dari 100G , atau bahkan hingga 1T. Untungnya, kesulitan teknis modul optik 100G telah diatasi oleh orang-orang, tetapi masih banyak masalah dengan bagian teknologi ini, yang masih dalam pengembangan berkelanjutan, jadi mari kita bicara tentang kemajuan teknis di bidang ini.

Modul optik berkecepatan tinggi umumnya mengacu pada modul optik dengan transmisi 40G/100G atau lebih, yang secara teknis sulit dicapai, terutama dalam hal jarak transmisi, dan sulit bagi modul optik 100G untuk mencapai jarak transmisi lebih dari 10KM. Ini telah memperlambat popularitas modul optik 100G dalam aplikasi pusat data. Namun, tren perkembangan ini tidak dapat diubah, seperti halnya komputer dan ponsel kita, yang berjalan semakin cepat, selama teknologinya meningkat, kecepatannya akan terus meningkat. Teknologi modul optik berkecepatan tinggi juga terus berkembang. Yang paling matang saat ini adalah teknologi PLC, serta teknologi integrasi berbasis InP dan teknologi integrasi berbasis fotonik silikon.

PLC (Planar Lightwave Circuit) disebut platform teknologi pandu gelombang optik, mengacu pada pandu gelombang optik yang terletak di pesawat, proses produksinya kompatibel dengan proses produksi semikonduktor tradisional, dan lebih murah daripada proses perakitan optik tradisional, teknologi pengemasannya bagus. PLC memiliki dua struktur dasar: satu adalah pandu gelombang optik persegi panjang, lapisan inti optik berbentuk kolom; satu adalah pandu gelombang optik berbentuk bubungan, lapisan inti optik berbentuk persegi panjang di atas bubungan. Teknologi PLC adalah inti dari proses optik terintegrasi sesuai dengan persyaratan fungsional yang terbuat dari berbagai pandu gelombang optik datar, beberapa juga harus menyimpan elektroda di lokasi tertentu, dan kemudian pandu gelombang optik dan kemudian digabungkan dengan serat optik atau susunan serat, menggunakan a teknologi persiapan yang sangat terintegrasi, jumlah ketukan hingga 128. Penggunaan fotolitografi, pertumbuhan dan proses etsa kering untuk membentuk pandu gelombang optik yang terkubur pada substrat kuarsa untuk distribusi daya optik adalah teknologi terbaik untuk produksi pembagi optik. PLC dapat dicapai dengan menggunakan media yang berbeda, seperti pandu gelombang optik bersepuh lithium niobate titanium, pandu gelombang optik silikon dioksida berbasis silikon, pandu gelombang optik InGaAs/InP dan pandu gelombang optik polimer, dll. bahan-bahan yang berbeda ini, serta kelebihan dan kekurangan masing-masing, jadi saya tidak akan membahasnya secara detail di sini. Singkatnya, teknologi PLC bukanlah teknologi yang sepenuhnya baru, tetapi masih meminjam banyak teknologi optik asli, dengan bantuan proses produksi lanjutan, untuk mencapai tujuan meningkatkan bandwidth transmisi modul optik individu.

Ketika kecepatan modul optik ditingkatkan dari 10G menjadi 40G atau 100G masih dapat dipenuhi dengan menggunakan teknologi PLC, tetapi jika harus ditingkatkan menjadi 400G atau bahkan 1T, teknologi ini agak kewalahan. Proses teknologi saat ini belum memiliki sarana untuk mencapai kepadatan bandwidth seperti itu, dan jika ini dicapai dengan membuat modul optik lebih besar, jelas bukan solusi yang baik, dan PLC meningkat secara signifikan dengan kompleksitas proses pembuatannya, yang juga membuat harga modul optik tipe PLC tetap tinggi dan tidak dapat dikurangi, sehingga muncul teknologi fotonik silikon. Ini adalah teknologi komunikasi optik kecepatan tinggi berbiaya rendah berdasarkan fotonik silikon, yang menggunakan sinar laser untuk mengirimkan data, bukan sinyal elektronik. Teknologi berbiaya rendah ini tidak hanya secara dramatis mengurangi biaya perluasan pusat data, tetapi juga melanggar seumur hidup Hukum Moore dalam hal kecepatan (jika Hukum Moore diikuti, kecepatan transmisi Ethernet tidak mungkin mencapai 1T), sehingga memungkinkan untuk putus melalui 1T bandwidth pada satu port, yang merupakan teknologi pusat data baru yang telah mendapat banyak perhatian sejak 2016. Namun, masih ada tantangan teknis dalam menggabungkan fotonik silikon dengan serat optik, dan ada tantangan dalam menyelaraskan inti 10 mikron serat dengan pandu gelombang hanya berukuran 0.35 hingga 0.5 mikron untuk pemeriksaan tingkat wafer. Untungnya, masih ada beberapa pabrikan yang berhasil mengatasi kesulitan teknis ini dan telah memproduksi beberapa modul optik fotonik silikon untuk penjualan resmi, yang mengatasi masalah jarak transmisi pendek dari modul optik berkecepatan tinggi 100G. Meskipun modul optik ini belum mampu memberikan kecepatan 200G dan lebih tinggi, diyakini bahwa dengan peningkatan teknologi yang berkelanjutan, hal itu pasti akan mungkin terjadi di masa depan. Fakta bahwa organisasi standar Ethernet sekarang telah mulai mengembangkan standar transmisi 400G menunjukkan bahwa ini secara teori dimungkinkan, jika tidak maka tidak mungkin mengembangkan standar transmisi semacam itu.

Integrasi fotonik juga merupakan teknologi yang dapat dipilih untuk modul optik berkecepatan tinggi di masa mendatang. Sirkuit terpadu berbasis pandu gelombang optik dengan pandu gelombang dielektrik sebagai bagian tengah mengintegrasikan perangkat optik, yaitu sejumlah perangkat optik terintegrasi pada substrat untuk membentuk keseluruhan, dan perangkat terhubung satu sama lain dengan pandu gelombang optik semikonduktor untuk membentuk sebuah modul optik penerusan kecepatan tinggi. Integrasi fotonik adalah bidang komunikasi serat optik yang paling mutakhir dan menjanjikan, dan merupakan salah satu cara terbaik untuk memenuhi kebutuhan bandwidth jaringan masa depan. Tentu saja, pembuatan modul optik terintegrasi fotonik bukanlah tugas yang mudah. Perangkat fotonik memiliki struktur tiga dimensi dan memerlukan pengendapan dan etsa berulang pada beberapa lapisan dielektrik film tipis dari bahan yang berbeda untuk diproduksi, dan jenis teknologi kompleks ini hanya diharapkan dapat dilihat pada 400G.

Teknologi modul optik kecepatan tinggi pusat data masih berkembang dan begitu ada terobosan akan sangat bermanfaat bagi pusat data untuk meningkatkan bandwidth jaringannya. Untuk sebagian besar, teknologi modul optik berkecepatan tinggi telah mencegah pusat data berpindah ke bandwidth jaringan yang lebih tinggi. Dari proses peningkatan bandwidth jaringan sebelumnya, setelah modul optik berkecepatan lebih tinggi dirancang dan diimplementasikan serta tersedia secara komersial, mereka akan segera memicu gelombang penggantian di jaringan aktual, dan semua peralatan jaringan pendukungnya, serat optik, chip jaringan, dll. akan segera dicocokkan dengan dukungan, sehingga tingkat pengembangan teknologi modul optik menentukan tingkat bandwidth keseluruhan pusat data dan merupakan bagian paling penting dari pusat data untuk meningkatkan bandwidth jaringan.