Data Center Hoge snelheid optische module Interconnect Technology Advancement

Door de explosieve groei van netwerkdiensten wordt de vraag naar bandbreedte in datacenters steeds groter. Oorspronkelijk kon aan de vraag worden voldaan door meerdere links te bundelen, maar tegenwoordig vereisen cloud computing, online gaming en online HD-video allemaal een grote hoeveelheid netwerkbandbreedte, waaraan niet kan worden voldaan door simpelweg meer links toe te voegen. De standaard 10G-verbindingspoorten op de uplink van een traditioneel datacenter zijn bijvoorbeeld gebundeld tot 8, wat 80G bandbreedte betekent. Als de kosten voor het toevoegen van meer links te hoog zijn, kunnen veel netwerkapparaten niet meer poortbundels ondersteunen, zodat ze alleen poortapparaten met hogere doorstuursnelheden kunnen vragen, en 40G/100G wordt gecreëerd in de context van zo'n enorme vraag. Nu is 40G/100G opgeschaald om naar gewone datacenters te vliegen, waardoor het een onmisbare optie wordt voor grote datacenters, met verschillende 40G- of 100G-interconnectiepoorten die worden ingezet bij datacenter-interconnectie-uitgangen, waardoor de externe toegangsbandbreedte van het datacenter wordt vergroot tot meer dan 100G , of zelfs tot 1T. Gelukkig is de technische moeilijkheid van 100G optische modules voor mensen overwonnen, maar er zijn nog steeds veel problemen met dit deel van de technologie, dat nog steeds in ontwikkeling is, dus laten we het hebben over de technische vooruitgang op dit gebied.

High-speed optische modules verwijzen over het algemeen naar optische modules met 40G/100G transmissie of hoger, die technisch moeilijk te bereiken zijn, vooral in termen van transmissieafstand, en het is moeilijk voor 100G optische modules om een ​​transmissieafstand van meer dan 10KM te bereiken. Dit heeft de populariteit van 100G optische modules in datacentertoepassingen vertraagd. Deze ontwikkelingstrend is echter onomkeerbaar, net als onze computers en mobiele telefoons, die steeds sneller draaien, zolang de technologie verbetert, zal de snelheid blijven toenemen. High-speed optische moduletechnologie is ook voortdurend in ontwikkeling. De meest volwassen zijn momenteel PLC-technologie, evenals op InP gebaseerde integratietechnologie en op siliciumfotonica gebaseerde integratietechnologie.

PLC (Planar Lightwave Circuit) wordt platform optische golfgeleidertechnologie genoemd, verwijst naar de optische golfgeleider die zich in een vlak bevindt, het productieproces is compatibel met het traditionele halfgeleiderproductieproces en goedkoper dan het traditionele optische assemblageproces, de verpakkingstechnologie is goed. PLC heeft twee basisstructuren: de ene is een rechthoekige optische golfgeleider, de optische kernlaag is kolomvormig; de ene is een richelvormige optische golfgeleider, de optische kernlaag is een rechthoek bovenop een richel. PLC-technologie is de kern van het geïntegreerde optische proces volgens de functionele eisen die worden gesteld aan een verscheidenheid aan platte optische golfgeleiders, sommige moeten ook elektroden op bepaalde locaties afzetten, en vervolgens optische golfgeleiders en vervolgens gekoppeld aan optische vezels of vezelarrays, met behulp van een sterk geïntegreerde voorbereidingstechnologie, het aantal tikken tot 128. Het gebruik van fotolithografie, groei en droge etsprocessen om begraven optische golfgeleiders te vormen op een kwartssubstraat voor optische stroomverdeling is de beste technologie voor de productie van optische splitters. PLC kan worden bereikt met behulp van verschillende media, zoals met lithiumniobaat titanium geplateerde optische golfgeleiders, op silicium gebaseerde afgezette siliciumdioxide optische golfgeleiders, InGaAs / InP optische golfgeleiders en optische golfgeleiders van polymeer, enz. Er zijn enkele verschillen in kosten en transmissie-efficiëntie van deze verschillende materialen, en de voor- en nadelen van elk, dus ik zal hier niet in details treden. Kortom, PLC-technologie is geen volledig nieuwe technologie, maar leent nog steeds veel van de originele optische technologie, met behulp van een geavanceerd productieproces, om het doel te bereiken om de transmissiebandbreedte van individuele optische modules te verbeteren.

Wanneer de snelheid van de optische module wordt verhoogd van 10G naar 40G of 100G, kan er nog steeds aan worden voldaan door PLC-technologie te gebruiken, maar als deze moet worden verhoogd naar 400G of zelfs 1T, wordt deze technologie enigszins overweldigd. De huidige technologische processen hebben nog niet de middelen om dergelijke bandbreedtedichtheden te bereiken, en als dit wordt bereikt door optische modules groter te maken, is dat duidelijk geen goede oplossing, en PLC neemt aanzienlijk toe met de complexiteit van het fabricageproces, waardoor ook de de prijs van optische modules van het PLC-type blijft hoog en kan niet worden verlaagd, dus ontstond siliciumfotonica-technologie. Dit is een goedkope, snelle optische communicatietechnologie op basis van siliciumfotonica, die laserstralen gebruikt om gegevens te verzenden in plaats van elektronische signalen. Deze goedkope technologie verlaagt niet alleen de kosten van datacenteruitbreiding drastisch, maar doorbreekt ook de levensduur van de Wet van Moore in termen van snelheid (als de Wet van Moore wordt gevolgd, is het onmogelijk dat Ethernet-transmissiesnelheden 1T bereiken), waardoor het mogelijk wordt om door 1T bandbreedte op een enkele poort, een nieuwe datacentertechnologie die sinds 2016 veel aandacht heeft gekregen. Er zijn echter nog steeds technische uitdagingen bij het koppelen van siliciumfotonica aan optische vezels, en er zijn uitdagingen bij het uitlijnen van 10 micron kern vezels met golfgeleiders van slechts 0.35 tot 0.5 micron voor inspectie op wafelniveau. Gelukkig zijn er nog steeds enkele fabrikanten die deze technische problemen hebben doorbroken en een aantal silicium fotonische optische modules hebben geproduceerd voor officiële verkoop, die het probleem van de korte transmissieafstand van 100G optische hogesnelheidsmodules hebben overwonnen. Hoewel deze optische modules nog niet in staat zijn om snelheden van 200G en hoger te leveren, wordt aangenomen dat dit met de voortdurende verbetering van de technologie in de toekomst zeker mogelijk zal zijn. Dat de Ethernet-standaardorganisatie nu is begonnen met het ontwikkelen van een 400G-transmissiestandaard, toont aan dat dit theoretisch mogelijk is, anders zou het niet mogelijk zijn om een ​​dergelijke transmissiestandaard te ontwikkelen.

Fotonische integratie is ook een technologie die kan worden gekozen voor toekomstige optische hogesnelheidsmodules. Een op optische golfgeleider gebaseerde geïntegreerde schakeling met een diëlektrische golfgeleider als middelpunt integreert optische apparaten, dwz een aantal optische apparaten is geïntegreerd op een substraat om een ​​geheel te vormen, en de apparaten zijn met elkaar verbonden met een halfgeleider optische golfgeleider om een snelle doorsturende optische module. Fotonische integratie is het meest geavanceerde en veelbelovende gebied van glasvezelcommunicatie en het is een van de beste manieren om te voldoen aan de bandbreedtevereisten van toekomstige netwerken. Natuurlijk is de fabricage van fotonisch geïntegreerde optische modules geen gemakkelijke taak. Fotonische apparaten hebben een driedimensionale structuur en vereisen herhaalde depositie en etsing op meerdere diëlektrische dunne filmlagen van verschillende materialen om te produceren, en dit type complexe technologie zal naar verwachting alleen worden gezien bij 400G.

De high-speed optische moduletechnologie van datacenters evolueert nog steeds en als er eenmaal een doorbraak is, zal het voor datacenters zeer gunstig zijn om hun netwerkbandbreedte te vergroten. De technologie van high-speed optische modules heeft grotendeels voorkomen dat datacenters overstappen naar hogere netwerkbandbreedtes. Uit het vorige verbeteringsproces van de netwerkbandbreedte: zodra optische modules met hogere snelheid zijn ontworpen en geïmplementeerd en commercieel beschikbaar zijn, zullen ze binnenkort een golf van vervanging veroorzaken in het daadwerkelijke netwerk en alle ondersteunende netwerkapparatuur, optische vezels, netwerkchips, enz. zal binnenkort worden gekoppeld aan ondersteuning, dus het ontwikkelingsniveau van optische moduletechnologie bepaalt het algehele bandbreedteniveau van het datacenter en is het meest cruciale onderdeel van het datacenter om de netwerkbandbreedte te verbeteren.