ความก้าวหน้าของเทคโนโลยีการเชื่อมต่อโมดูลออปติคัลความเร็วสูงของศูนย์ข้อมูล

จากการเติบโตอย่างรวดเร็วของบริการเครือข่าย ความต้องการแบนด์วิธในศูนย์ข้อมูลจึงสูงขึ้นเรื่อยๆ เดิมที ความต้องการสามารถตอบสนองได้ด้วยการรวมลิงก์หลายลิงก์ แต่ในปัจจุบันการประมวลผลแบบคลาวด์ เกมออนไลน์ และวิดีโอ HD ออนไลน์ล้วนต้องการแบนด์วิธเครือข่ายจำนวนมาก ซึ่งไม่สามารถทำได้โดยการเพิ่มลิงก์เพิ่มเติม ตัวอย่างเช่น พอร์ตเชื่อมต่อพื้นฐาน 10G บนอัปลิงค์ของศูนย์ข้อมูลแบบดั้งเดิมจะรวมกันเป็น 8 พอร์ต ซึ่งหมายถึงแบนด์วิธ 80G หากค่าใช้จ่ายในการเพิ่มลิงก์สูงเกินไป อุปกรณ์เครือข่ายจำนวนมากไม่สามารถรองรับชุดพอร์ตเพิ่มเติมได้ ดังนั้นพวกเขาจึงทำได้เพียงต้องการอุปกรณ์พอร์ตที่มีอัตราการส่งต่อที่สูงขึ้นเท่านั้น และ 40G/100G ถูกสร้างขึ้นในบริบทของความต้องการที่มหาศาลดังกล่าว ตอนนี้ 40G/100G ได้รับการปรับขนาดให้บินไปยังศูนย์ข้อมูลทั่วไป ซึ่งกลายเป็นตัวเลือกที่ต้องมีสำหรับศูนย์ข้อมูลขนาดใหญ่ ด้วยพอร์ตเชื่อมต่อระหว่างกัน 40G หรือ 100G หลายพอร์ตที่ช่องเชื่อมต่อระหว่างศูนย์ข้อมูล เพิ่มแบนด์วิธการเข้าถึงภายนอกของศูนย์ข้อมูลให้มากกว่า 100G หรือแม้แต่สูงถึง 1T โชคดีที่ความยากทางเทคนิคของโมดูลออปติคัล 100G ได้ถูกเอาชนะไปแล้วสำหรับผู้คน แต่ก็ยังมีปัญหามากมายเกี่ยวกับเทคโนโลยีส่วนนี้ ซึ่งยังอยู่ระหว่างการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง ดังนั้นเรามาพูดถึงความคืบหน้าทางเทคนิคในด้านนี้กันดีกว่า

โมดูลออปติคัลความเร็วสูงโดยทั่วไปหมายถึงโมดูลออปติคัลที่มีการส่งสัญญาณ 40G/100G หรือสูงกว่า ซึ่งทำได้ยากในทางเทคนิค โดยเฉพาะอย่างยิ่งในแง่ของระยะการส่งข้อมูล และเป็นเรื่องยากสำหรับโมดูลออปติคัล 100G ที่จะไปถึงระยะการส่งข้อมูลมากกว่า 10KM สิ่งนี้ได้ชะลอความนิยมของโมดูลออปติคัล 100G ในแอปพลิเคชันศูนย์ข้อมูล อย่างไรก็ตาม แนวโน้มการพัฒนานี้ไม่สามารถย้อนกลับได้ เช่นเดียวกับคอมพิวเตอร์และโทรศัพท์มือถือของเราซึ่งทำงานเร็วขึ้นและเร็วขึ้น ตราบใดที่เทคโนโลยีมีการปรับปรุง ความเร็วก็จะยังคงเพิ่มขึ้นต่อไป เทคโนโลยีโมดูลออปติคัลความเร็วสูงยังพัฒนาอย่างต่อเนื่อง เทคโนโลยีที่พัฒนาเต็มที่ที่สุดในปัจจุบันคือเทคโนโลยี PLC รวมถึงเทคโนโลยีการผสานรวมแบบอิง InP และเทคโนโลยีการผสานรวมแบบซิลิคอนโฟโตนิกส์

PLC (Planar Lightwave Circuit) เรียกว่าเทคโนโลยีท่อนำคลื่นแสงของแพลตฟอร์ม หมายถึงท่อนำคลื่นแสงที่ตั้งอยู่ในระนาบ กระบวนการผลิตเข้ากันได้กับกระบวนการผลิตเซมิคอนดักเตอร์แบบดั้งเดิม และราคาถูกกว่ากระบวนการประกอบแสงแบบดั้งเดิม เทคโนโลยีบรรจุภัณฑ์เป็นสิ่งที่ดี PLC มีโครงสร้างพื้นฐานสองโครงสร้าง: หนึ่งคือท่อนำคลื่นออปติคัลรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า ชั้นแกนออปติคัลเป็นแบบเสา หนึ่งคือท่อนำคลื่นออปติคอลรูปทรงสัน ชั้นแกนออปติคัลเป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าที่ด้านบนของสันเขา เทคโนโลยี PLC เป็นแกนหลักของกระบวนการออปติคัลแบบบูรณาการตามข้อกำหนดด้านการทำงานที่ทำจากท่อนำคลื่นออปติคัลแบบแบนหลายชนิด บางรุ่นยังต้องวางอิเล็กโทรดไว้ที่ตำแหน่งบางแห่ง จากนั้นจึงนำท่อนำคลื่นออปติคัลมาประกอบเข้ากับเส้นใยแก้วนำแสงหรืออาร์เรย์ไฟเบอร์โดยใช้ a เทคโนโลยีการเตรียมแบบผสานรวมสูง จำนวนก๊อกสูงถึง 128 การใช้โฟโตลิโธกราฟฟี การเติบโต และกระบวนการกัดแบบแห้งเพื่อสร้างท่อนำคลื่นออปติคอลที่ฝังอยู่บนพื้นผิวควอตซ์สำหรับการกระจายพลังงานด้วยแสงเป็นเทคโนโลยีที่ดีที่สุดสำหรับการผลิตตัวแยกแสง PLC สามารถทำได้โดยใช้สื่อต่างๆ เช่น ท่อนำคลื่นออปติคัลชุบลิเธียมไนโอเบตไททาเนียม ท่อนำคลื่นออปติคอลซิลิคอนไดออกไซด์ที่เคลือบซิลิโคน ท่อนำคลื่นออปติคัล InGaAs/InP และท่อนำคลื่นออปติคัลโพลิเมอร์ เป็นต้น ความแตกต่างเหล่านี้มีความแตกต่างบางประการในด้านต้นทุนและประสิทธิภาพการส่งผ่านของ วัสดุที่แตกต่างกันเหล่านี้ และข้อดีข้อเสียของแต่ละอย่าง ดังนั้นฉันจะไม่ลงรายละเอียดในที่นี้ กล่าวโดยย่อ เทคโนโลยี PLC ไม่ใช่เทคโนโลยีใหม่ทั้งหมด แต่ยังคงยืมเทคโนโลยีออปติคัลดั้งเดิมจำนวนมากด้วยความช่วยเหลือของกระบวนการผลิตขั้นสูง เพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์ในการปรับปรุงแบนด์วิธการส่งข้อมูลของโมดูลออปติคัลแต่ละตัว

เมื่อความเร็วของโมดูลออปติคัลเพิ่มขึ้นจาก 10G เป็น 40G หรือ 100G ก็ยังสามารถพึงพอใจได้โดยใช้เทคโนโลยี PLC แต่ถ้าต้องเพิ่มเป็น 400G หรือแม้แต่ 1T เทคโนโลยีนี้ค่อนข้างจะท่วมท้น กระบวนการทางเทคโนโลยีในปัจจุบันยังไม่มีวิธีที่จะทำให้บรรลุความหนาแน่นของแบนด์วิธดังกล่าว และหากทำได้โดยการทำให้โมดูลออปติคอลใหญ่ขึ้น ก็ไม่ใช่ทางออกที่ดีอย่างชัดเจน และ PLC จะเพิ่มขึ้นอย่างมากพร้อมกับความซับซ้อนของกระบวนการผลิต ซึ่งทำให้ ราคาของโมดูลออปติคอลประเภท PLC ยังคงสูงและไม่สามารถลดลงได้ ดังนั้นเทคโนโลยีซิลิคอนโฟโตนิกส์จึงถือกำเนิดขึ้น นี่คือเทคโนโลยีการสื่อสารด้วยแสงความเร็วสูงที่มีต้นทุนต่ำซึ่งใช้ซิลิคอนโฟโตนิกส์ ซึ่งใช้ลำแสงเลเซอร์ในการส่งข้อมูลแทนสัญญาณอิเล็กทรอนิกส์ เทคโนโลยีต้นทุนต่ำนี้ไม่เพียงช่วยลดต้นทุนการขยายศูนย์ข้อมูลได้อย่างมาก แต่ยังทำลายกฎของมัวร์ในด้านอัตรา (หากปฏิบัติตามกฎของมัวร์ อัตราการรับส่งข้อมูลของอีเธอร์เน็ตจะไม่มีทางไปถึง 1T) ทำให้สามารถทำลายได้ ผ่านแบนด์วิธ 1T บนพอร์ตเดียว ซึ่งเป็นเทคโนโลยีศูนย์ข้อมูลใหม่ที่ได้รับความสนใจอย่างมากตั้งแต่ปี 2016 อย่างไรก็ตาม ยังมีความท้าทายทางเทคนิคในการเชื่อมประสานโฟโตนิกส์ซิลิคอนกับเส้นใยแก้วนำแสง และยังมีความท้าทายในการจัดแกนขนาด 10 ไมครอนให้ตรงกัน เส้นใยที่มีท่อนำคลื่นขนาด 0.35 ถึง 0.5 ไมครอนเท่านั้นสำหรับการตรวจสอบระดับแผ่นเวเฟอร์ น่ายินดีที่ยังมีผู้ผลิตบางรายที่ฝ่าฟันปัญหาทางเทคนิคเหล่านี้และได้ผลิตโมดูลออปติคัลโฟโตนิกแบบซิลิกอนเพื่อจำหน่ายอย่างเป็นทางการ ซึ่งเอาชนะปัญหาระยะการส่งข้อมูลสั้นของโมดูลออปติคัลความเร็วสูง 100G แม้ว่าโมดูลออปติคัลเหล่านี้ยังไม่สามารถให้อัตรา 200G และสูงกว่าได้ แต่เชื่อว่าด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีอย่างต่อเนื่องจะเป็นไปได้อย่างแน่นอนในอนาคต ความจริงที่ว่าองค์กรมาตรฐานอีเธอร์เน็ตได้เริ่มพัฒนามาตรฐานการส่งข้อมูล 400G แสดงให้เห็นว่าสิ่งนี้เป็นไปได้ในทางทฤษฎี มิฉะนั้นก็จะไม่สามารถพัฒนามาตรฐานการส่งข้อมูลดังกล่าวได้

การรวมโฟโตนิกยังเป็นเทคโนโลยีที่อาจเลือกใช้สำหรับโมดูลออปติคัลความเร็วสูงในอนาคต วงจรรวมที่ใช้ท่อนำคลื่นแบบออปติคอลที่มีท่อนำคลื่นไดอิเล็กทริกเป็นจุดศูนย์กลางจะรวมอุปกรณ์ออปติคัล กล่าวคืออุปกรณ์ออปติคัลจำนวนหนึ่งถูกรวมเข้ากับพื้นผิวเพื่อสร้างเป็นส่วนประกอบทั้งหมด และอุปกรณ์เชื่อมต่อกันด้วยท่อนำคลื่นออปติกของสารกึ่งตัวนำเพื่อสร้าง โมดูลออปติคอลการส่งต่อความเร็วสูง การรวมโฟโตนิกเป็นพื้นที่การสื่อสารไฟเบอร์ออปติกที่ล้ำสมัยและมีแนวโน้มมากที่สุด และเป็นหนึ่งในวิธีที่ดีที่สุดเพื่อตอบสนองความต้องการแบนด์วิธของเครือข่ายในอนาคต แน่นอน การผลิตโมดูลออปติคอลรวมโทนิคนั้นไม่ใช่เรื่องง่าย อุปกรณ์โฟโตนิกมีโครงสร้างสามมิติและต้องการการทับถมและการแกะสลักซ้ำๆ บนชั้นไดอิเล็กตริกของฟิล์มบางหลายชั้นของวัสดุต่างๆ ในการผลิต และเทคโนโลยีที่ซับซ้อนประเภทนี้คาดว่าจะเห็นได้ที่ 400G เท่านั้น

เทคโนโลยีโมดูลออปติคอลความเร็วสูงของศูนย์ข้อมูลยังคงพัฒนาอย่างต่อเนื่อง และเมื่อมีการพัฒนาก้าวหน้า จะเป็นประโยชน์อย่างมากสำหรับศูนย์ข้อมูลในการเพิ่มแบนด์วิธเครือข่าย ในระดับใหญ่ เทคโนโลยีของโมดูลออปติคัลความเร็วสูงได้ป้องกันศูนย์ข้อมูลไม่ให้ย้ายไปยังแบนด์วิธเครือข่ายที่สูงขึ้น จากกระบวนการเพิ่มประสิทธิภาพแบนด์วิธของเครือข่ายที่ผ่านมา เมื่อโมดูลออปติคัลความเร็วสูงได้รับการออกแบบและใช้งานและมีจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ ในไม่ช้า โมดูลเหล่านั้นจะเริ่มต้นการแทนที่ในเครือข่ายจริง และอุปกรณ์เครือข่ายที่รองรับทั้งหมด ใยแก้วนำแสง ชิปเครือข่าย ฯลฯ จะถูกจับคู่กับการสนับสนุนในไม่ช้า ดังนั้นระดับการพัฒนาของเทคโนโลยีโมดูลออปติคัลจะเป็นตัวกำหนดระดับแบนด์วิธโดยรวมของศูนย์ข้อมูล และเป็นส่วนสำคัญที่สุดของศูนย์ข้อมูลในการปรับปรุงแบนด์วิธของเครือข่าย