W związku z dynamicznym rozwojem usług sieciowych zapotrzebowanie na przepustowość w centrach danych jest coraz większe. Pierwotnie zapotrzebowanie można było zaspokoić, łącząc wiele łączy, ale obecnie przetwarzanie w chmurze, gry online i wideo HD online wymagają dużej przepustowości sieci, której nie można zaspokoić po prostu dodając więcej łączy. Na przykład podstawowe porty interkonektowe 10G na łączu w górę tradycyjnego centrum danych są połączone do 8, co oznacza przepustowość 80G. Jeśli koszt dodania większej liczby łączy jest zbyt wysoki, wiele urządzeń sieciowych nie może obsłużyć większej liczby pakietów portów, więc mogą żądać tylko urządzeń portowych o wyższych szybkościach przekazywania, a 40G/100G powstaje w kontekście tak dużego zapotrzebowania. Teraz 40G/100G zostało przeskalowane tak, aby trafiać do zwykłych centrów danych, stając się nieodzowną opcją dla dużych centrów danych, z kilkoma portami interkonektowymi 40G lub 100G rozmieszczonymi w punktach połączeń międzysieciowych centrów danych, zwiększając przepustowość dostępu zewnętrznego centrum danych do ponad 100G , a nawet do 1T. Na szczęście trudności techniczne modułów optycznych 100G zostały przezwyciężone dla ludzi, ale nadal istnieje wiele problemów z tą częścią technologii, która jest wciąż w ciągłym rozwoju, więc porozmawiajmy o postępie technicznym w tej dziedzinie.
Szybkie moduły optyczne ogólnie odnoszą się do modułów optycznych z transmisją 40G/100G lub wyższą, które są technicznie trudne do osiągnięcia, zwłaszcza pod względem odległości transmisji, a modułom optycznym 100G trudno jest osiągnąć odległość transmisji większą niż 10 km. To spowolniło popularność modułów optycznych 100G w zastosowaniach w centrach danych. Jednak ten trend rozwojowy jest nieodwracalny, podobnie jak nasze komputery i telefony komórkowe, które działają coraz szybciej, tak długo, jak technologia się poprawia, prędkość będzie rosła. Technologia szybkich modułów optycznych również stale ewoluuje. Najbardziej dojrzałe z nich to obecnie technologia PLC, a także technologia integracji oparta na InP i technologia integracji oparta na fotonice krzemowej.
PLC (Planar Lightwave Circuit) nazywa się platformową technologią falowodu optycznego, odnosi się do światłowodu umieszczonego w płaszczyźnie, jego proces produkcyjny jest zgodny z tradycyjnym procesem produkcji półprzewodników i tańszy niż tradycyjny proces montażu optycznego, technologia pakowania jest dobra. PLC ma dwie podstawowe struktury: jedna to prostokątny falowód optyczny, warstwa rdzenia optycznego jest kolumnowa; jeden to falowód optyczny w kształcie grzbietu, warstwa rdzenia optycznego to prostokąt na szczycie grzbietu. Technologia PLC jest rdzeniem zintegrowanego procesu optycznego, zgodnie z wymaganiami funkcjonalnymi złożonymi z różnych płaskich falowodów optycznych, niektóre muszą również osadzać elektrody w określonych miejscach, a następnie falowody optyczne, a następnie łączone z włóknami optycznymi lub macierzami światłowodowymi za pomocą wysoce zintegrowana technologia preparacji, ilość odczepów do 128. Wykorzystanie procesów fotolitografii, wzrostu i suchego trawienia do formowania zakopanych światłowodów na podłożu kwarcowym do dystrybucji mocy optycznej jest najlepszą technologią do produkcji spliterów optycznych. PLC można uzyskać przy użyciu różnych mediów, takich jak światłowody pokryte tytanem i niobianem litu, światłowody z osadzonego dwutlenku krzemu na bazie krzemu, światłowody InGaAs / InP i polimerowe światłowody itp. Istnieją pewne różnice w kosztach i wydajności transmisji te różne materiały oraz zalety i wady każdego z nich, więc nie będę tutaj wchodził w szczegóły. Krótko mówiąc, technologia PLC nie jest całkowicie nową technologią, ale nadal zapożycza wiele z oryginalnej technologii optycznej za pomocą zaawansowanego procesu produkcyjnego, aby osiągnąć cel poprawy przepustowości transmisji poszczególnych modułów optycznych.
Kiedy prędkość modułu optycznego zostanie zwiększona z 10G do 40G lub 100G, nadal można to zaspokoić za pomocą technologii PLC, ale jeśli trzeba ją zwiększyć do 400G lub nawet 1T, ta technologia jest nieco przytłoczona. Obecne procesy technologiczne nie mają jeszcze środków do osiągnięcia takich gęstości pasma, a jeśli jest to osiągane poprzez powiększanie modułów optycznych, to zdecydowanie nie jest to dobre rozwiązanie, a PLC znacznie wzrasta wraz ze złożonością procesu produkcyjnego, co również sprawia, że ceny modułów optycznych typu PLC pozostają wysokie i nie można ich obniżyć, dlatego pojawiła się technologia fotoniki krzemowej. Jest to tania, szybka technologia komunikacji optycznej oparta na krzemowej fotonice, która wykorzystuje wiązki laserowe do przesyłania danych zamiast sygnałów elektronicznych. Ta niedroga technologia nie tylko radykalnie zmniejsza koszty rozbudowy centrum danych, ale także łamie prawo Moore'a pod względem szybkości (jeśli przestrzegane jest prawo Moore'a, nie jest możliwe osiągnięcie szybkości transmisji Ethernet 1T), umożliwiając przełamanie przez 1T przepustowości na pojedynczym porcie, co jest nową technologią centrów danych, której poświęca się wiele uwagi od 2016 roku. Nadal jednak istnieją wyzwania techniczne związane z łączeniem fotoniki krzemowej ze światłowodami, a także dostosowaniem rdzenia 10-mikronowego włókna z falowodami o wielkości zaledwie 0.35 do 0.5 mikrona do kontroli na poziomie płytki. Na szczęście wciąż istnieją producenci, którzy przełamali te trudności techniczne i wyprodukowali krzemowe fotoniczne moduły optyczne do oficjalnej sprzedaży, które przezwyciężyły problem krótkiej odległości transmisji szybkich modułów optycznych 100G. Chociaż te moduły optyczne nie są jeszcze w stanie zapewnić szybkości 200G i wyższych, uważa się, że przy ciągłym doskonaleniu technologii z pewnością będzie to możliwe w przyszłości. Fakt, że organizacja normalizacyjna Ethernetu rozpoczęła obecnie prace nad standardem transmisji 400G pokazuje, że jest to teoretycznie możliwe, w przeciwnym razie opracowanie takiego standardu transmisji nie byłoby możliwe.
Integracja fotoniczna to także technologia, którą można wybrać dla przyszłych szybkich modułów optycznych. Układ scalony oparty na falowodzie optycznym z falowodem dielektrycznym jako elementem centralnym integruje urządzenia optyczne, tj. pewna liczba urządzeń optycznych jest zintegrowana na podłożu w celu utworzenia całości, a urządzenia są połączone ze sobą za pomocą półprzewodnikowego falowodu optycznego w celu utworzenia szybki moduł optyczny do przekazywania. Integracja fotoniczna jest najnowocześniejszą i najbardziej obiecującą dziedziną komunikacji światłowodowej i jest jednym z najlepszych sposobów spełnienia wymagań dotyczących przepustowości przyszłych sieci. Oczywiście produkcja fotonicznych zintegrowanych modułów optycznych nie jest łatwym zadaniem. Urządzenia fotoniczne mają trójwymiarową strukturę i wymagają powtarzalnego osadzania i wytrawiania na wielu cienkich warstwach dielektrycznych z różnych materiałów w celu wytworzenia, a tego typu złożona technologia ma być widoczna dopiero przy 400G.
Technologia szybkich modułów optycznych w centrach danych wciąż ewoluuje, a kiedy nastąpi przełom, zwiększenie przepustowości sieci będzie bardzo korzystne dla centrów danych. W dużej mierze technologia szybkich modułów optycznych uniemożliwiła centrom danych przeniesienie się do sieci o większej przepustowości. Z wcześniejszego procesu zwiększania przepustowości sieci, po zaprojektowaniu i wdrożeniu modułów optycznych o większej szybkości oraz udostępnieniu ich na rynku, wkrótce rozpocznie się fala wymiany w rzeczywistej sieci i całym obsługującym ją sprzęcie sieciowym, światłowodach, układach sieciowych itp. wkrótce zostanie dopasowany do wsparcia, więc poziom rozwoju technologii modułów optycznych określa ogólny poziom przepustowości centrum danych i jest najważniejszą częścią centrum danych, aby poprawić przepustowość sieci.
