Avanzamento della tecnologia di interconnessione del modulo ottico ad alta velocità del data center

Sulla base della crescita in forte espansione dei servizi di rete, la domanda di larghezza di banda nei data center sta diventando sempre più elevata. In origine, la domanda poteva essere soddisfatta raggruppando più collegamenti, ma al giorno d'oggi il cloud computing, i giochi online e i video HD online richiedono tutti una grande quantità di larghezza di banda di rete, che non può essere soddisfatta semplicemente aggiungendo più collegamenti. Ad esempio, le porte di interconnessione 10G di base sull'uplink di un data center tradizionale sono raggruppate a 8, il che significa larghezza di banda 80G. Se il costo dell'aggiunta di più collegamenti è troppo elevato, molti dispositivi di rete non possono supportare più bundle di porte, quindi possono richiedere solo dispositivi di porta con velocità di inoltro più elevate e 40G/100G viene creato nel contesto di una domanda così elevata. Ora 40G/100G è stato ridimensionato per volare nei data center ordinari, diventando un'opzione indispensabile per i data center di grandi dimensioni, con diverse porte di interconnessione da 40G o 100G implementate presso le prese di interconnessione dei data center, aumentando la larghezza di banda di accesso esterno del data center a oltre 100G , o anche fino a 1T. Fortunatamente, la difficoltà tecnica dei moduli ottici 100G è stata superata per le persone, ma ci sono ancora molti problemi con questa parte della tecnologia, che è ancora in continuo sviluppo, quindi parliamo del progresso tecnico in quest'area.

I moduli ottici ad alta velocità si riferiscono generalmente a moduli ottici con trasmissione 40G/100G o superiore, che sono tecnicamente difficili da raggiungere, soprattutto in termini di distanza di trasmissione, ed è difficile per i moduli ottici 100G raggiungere una distanza di trasmissione superiore a 10KM. Ciò ha rallentato la popolarità dei moduli ottici 100G nelle applicazioni dei data center. Tuttavia, questa tendenza allo sviluppo è irreversibile, proprio come i nostri computer e telefoni cellulari, che funzionano sempre più velocemente, finché la tecnologia migliora, la velocità continuerà ad aumentare. Anche la tecnologia dei moduli ottici ad alta velocità è in continua evoluzione. I più maturi sono attualmente la tecnologia PLC, nonché la tecnologia di integrazione basata su InP e la tecnologia di integrazione basata sulla fotonica del silicio.

PLC (Planar Lightwave Circuit) è chiamato tecnologia di guida d'onda ottica della piattaforma, si riferisce alla guida d'onda ottica si trova su un piano, il suo processo di produzione è compatibile con il tradizionale processo di produzione di semiconduttori e più economico del tradizionale processo di assemblaggio ottico, la tecnologia di imballaggio è buona. Il PLC ha due strutture di base: una è una guida d'onda ottica rettangolare, lo strato del nucleo ottico è colonnare; uno è una guida d'onda ottica a forma di cresta, lo strato del nucleo ottico è un rettangolo sopra una cresta. La tecnologia PLC è il cuore del processo ottico integrato secondo i requisiti funzionali costituiti da una varietà di guide d'onda ottiche piatte, alcune devono anche depositare elettrodi in determinate posizioni, quindi guide d'onda ottiche e quindi accoppiate con fibre ottiche o matrici di fibre, utilizzando un tecnologia di preparazione altamente integrata, il numero di rubinetti fino a 128. L'uso di processi di fotolitografia, crescita e incisione a secco per formare guide d'onda ottiche sepolte su un substrato di quarzo per la distribuzione della potenza ottica è la migliore tecnologia per la produzione di splitter ottici. Il PLC può essere ottenuto utilizzando diversi supporti, come guide d'onda ottiche placcate in titanio niobato di litio, guide d'onda ottiche in biossido di silicio depositate a base di silicio, guide d'onda ottiche InGaAs/InP e guide d'onda ottiche polimeriche, ecc. Questi diversi Ci sono alcune differenze nel costo e nell'efficienza di trasmissione di questi diversi materiali e i vantaggi e gli svantaggi di ciascuno, quindi non entrerò nei dettagli qui. In breve, la tecnologia PLC non è una tecnologia completamente nuova, ma prende ancora in prestito molte delle tecnologie ottiche originali, con l'aiuto di un processo di produzione avanzato, per raggiungere lo scopo di migliorare la larghezza di banda di trasmissione dei singoli moduli ottici.

Quando la velocità del modulo ottico viene aumentata da 10G a 40G o 100G, può ancora essere soddisfatta utilizzando la tecnologia PLC, ma se deve essere aumentata a 400G o anche 1T, questa tecnologia è in qualche modo sopraffatta. Gli attuali processi tecnologici non hanno ancora i mezzi per raggiungere tali densità di larghezza di banda, e se ciò si ottiene ingrandendo i moduli ottici, chiaramente non è una buona soluzione, e il PLC aumenta in modo significativo con la complessità del processo di produzione, che rende anche il Il prezzo dei moduli ottici di tipo PLC rimane elevato e non può essere ridotto, quindi è emersa la tecnologia fotonica del silicio. Si tratta di una tecnologia di comunicazione ottica a basso costo e ad alta velocità basata sulla fotonica del silicio, che utilizza raggi laser per trasmettere dati anziché segnali elettronici. Questa tecnologia a basso costo non solo riduce drasticamente il costo dell'espansione del data center, ma interrompe anche la durata della legge di Moore in termini di velocità (se la legge di Moore viene seguita, è impossibile che le velocità di trasmissione Ethernet raggiungano 1T), rendendo possibile la rottura attraverso 1T di larghezza di banda su una singola porta, che è una nuova tecnologia per data center che ha ricevuto molta attenzione dal 2016. Tuttavia, ci sono ancora sfide tecniche nell'accoppiare la fotonica del silicio con le fibre ottiche e ci sono sfide nell'allineare core da 10 micron fibre con guide d'onda di soli 0.35-0.5 micron per l'ispezione a livello di wafer. Fortunatamente ci sono ancora alcuni produttori che hanno superato queste difficoltà tecniche e hanno prodotto alcuni moduli ottici fotonici in silicio per la vendita ufficiale, che superano il problema della breve distanza di trasmissione dei moduli ottici ad alta velocità 100G. Sebbene questi moduli ottici non siano ancora in grado di fornire 200G e velocità superiori, si ritiene che con il continuo miglioramento della tecnologia sarà sicuramente possibile in futuro. Il fatto che l'organizzazione per gli standard Ethernet abbia ora iniziato a sviluppare uno standard di trasmissione 400G dimostra che ciò è teoricamente possibile, altrimenti non sarebbe possibile sviluppare un tale standard di trasmissione.

L'integrazione fotonica è anche una tecnologia che potrebbe essere scelta per i futuri moduli ottici ad alta velocità. Un circuito integrato basato su guida d'onda ottica con una guida d'onda dielettrica come elemento centrale integra dispositivi ottici, ovvero un certo numero di dispositivi ottici sono integrati su un substrato per formare un tutto e i dispositivi sono collegati tra loro con una guida d'onda ottica a semiconduttore per formare un modulo ottico di inoltro ad alta velocità. L'integrazione fotonica è l'area più all'avanguardia e promettente delle comunicazioni in fibra ottica ed è uno dei modi migliori per soddisfare i requisiti di larghezza di banda delle reti future. Naturalmente, la produzione di moduli ottici integrati fotonici non è un compito facile. I dispositivi fotonici hanno una struttura tridimensionale e richiedono la deposizione e l'incisione ripetute su più strati dielettrici a film sottile di materiali diversi da produrre, e questo tipo di tecnologia complessa dovrebbe essere visto solo a 400G.

La tecnologia dei moduli ottici ad alta velocità del data center è ancora in evoluzione e una volta che ci sarà una svolta, sarà molto vantaggioso per i data center aumentare la larghezza di banda della rete. In larga misura, la tecnologia dei moduli ottici ad alta velocità ha impedito ai data center di passare a larghezze di banda di rete più elevate. Dal passato processo di miglioramento della larghezza di banda della rete, una volta progettati, implementati e disponibili commercialmente moduli ottici a velocità più elevata, essi daranno presto il via a un'ondata di sostituzioni nella rete effettiva e in tutte le apparecchiature di rete di supporto, fibre ottiche, chip di rete, ecc. sarà presto abbinato al supporto, quindi il livello di sviluppo della tecnologia dei moduli ottici determina il livello di larghezza di banda complessivo del data center ed è la parte più cruciale del data center per migliorare la larghezza di banda della rete.