Trung tâm dữ liệu Tiến bộ công nghệ kết nối mô-đun quang tốc độ cao

Dựa trên sự phát triển bùng nổ của các dịch vụ mạng, nhu cầu về băng thông trong các trung tâm dữ liệu ngày càng cao. Ban đầu, nhu cầu có thể được đáp ứng bằng cách gộp nhiều liên kết, nhưng ngày nay điện toán đám mây, trò chơi trực tuyến và video HD trực tuyến đều yêu cầu một lượng lớn băng thông mạng, không thể đáp ứng được bằng cách thêm nhiều liên kết hơn. Ví dụ: các cổng kết nối 10G cơ bản trên đường lên của trung tâm dữ liệu truyền thống được gộp thành 8, nghĩa là băng thông 80G. Nếu chi phí thêm nhiều liên kết quá cao, nhiều thiết bị mạng không thể hỗ trợ nhiều gói cổng hơn, vì vậy chúng chỉ có thể yêu cầu các thiết bị cổng có tốc độ chuyển tiếp cao hơn và 40G/100G được tạo ra trong bối cảnh nhu cầu lớn như vậy. Giờ đây, 40G/100G đã được mở rộng quy mô để đưa vào các trung tâm dữ liệu thông thường, trở thành tùy chọn bắt buộc phải có đối với các trung tâm dữ liệu lớn, với một số cổng kết nối 40G hoặc 100G được triển khai tại các điểm kết nối trung tâm dữ liệu, tăng băng thông truy cập bên ngoài của trung tâm dữ liệu lên hơn 100G , hoặc thậm chí lên đến 1T. May mắn thay, khó khăn kỹ thuật của các mô-đun quang 100G đã được khắc phục cho mọi người, nhưng vẫn còn nhiều vấn đề với phần công nghệ này vẫn đang được phát triển liên tục, vì vậy hãy nói về tiến bộ kỹ thuật trong lĩnh vực này.

Các mô-đun quang tốc độ cao thường đề cập đến các mô-đun quang có đường truyền 40G / 100G trở lên, khó đạt được về mặt kỹ thuật, đặc biệt là về khoảng cách truyền và các mô-đun quang 100G khó đạt được khoảng cách truyền hơn 10KM. Điều này đã làm chậm sự phổ biến của các mô-đun quang 100G trong các ứng dụng trung tâm dữ liệu. Tuy nhiên, xu hướng phát triển này là không thể đảo ngược, giống như máy tính và điện thoại di động của chúng ta, ngày càng chạy nhanh hơn, miễn là công nghệ ngày càng được cải thiện, tốc độ sẽ tiếp tục tăng. Công nghệ mô-đun quang tốc độ cao cũng không ngừng phát triển. Những công nghệ trưởng thành nhất hiện nay là công nghệ PLC, cũng như công nghệ tích hợp dựa trên InP và công nghệ tích hợp dựa trên quang tử silicon.

PLC (Planar Lightwave Circuit) được gọi là công nghệ ống dẫn sóng quang nền tảng, dùng để chỉ ống dẫn sóng quang được đặt trong một mặt phẳng, quy trình sản xuất của nó tương thích với quy trình sản xuất chất bán dẫn truyền thống và rẻ hơn so với quy trình lắp ráp quang học truyền thống, công nghệ đóng gói tốt. PLC có hai cấu trúc cơ bản: một là ống dẫn sóng quang hình chữ nhật, lớp lõi quang là cột; một là ống dẫn sóng quang học hình sườn núi, lớp lõi quang học là hình chữ nhật trên đỉnh của một sườn núi. Công nghệ PLC là cốt lõi của quy trình quang tích hợp theo các yêu cầu chức năng được tạo thành từ nhiều loại ống dẫn sóng quang phẳng, một số cũng phải đặt các điện cực tại một số vị trí nhất định, sau đó là ống dẫn sóng quang và sau đó được ghép với sợi quang hoặc mảng sợi quang, sử dụng một công nghệ chuẩn bị tích hợp cao, số lượng vòi lên tới 128. Việc sử dụng các quy trình quang khắc, tăng trưởng và khắc khô để tạo thành các ống dẫn sóng quang chôn trên đế thạch anh để phân phối năng lượng quang là công nghệ tốt nhất để sản xuất bộ tách quang. Có thể đạt được PLC bằng cách sử dụng các phương tiện khác nhau, chẳng hạn như ống dẫn sóng quang học mạ titan niobate, ống dẫn sóng quang silicon dioxide lắng đọng dựa trên silicon, ống dẫn sóng quang InGaAs/InP và ống dẫn sóng quang polymer, v.v. các loại vật liệu khác nhau này và ưu điểm cũng như nhược điểm của từng loại nên tôi sẽ không đi vào chi tiết ở đây. Nói tóm lại, công nghệ PLC không phải là một công nghệ hoàn toàn mới, nhưng vẫn vay mượn nhiều công nghệ quang học ban đầu, với sự trợ giúp của quy trình sản xuất tiên tiến, để đạt được mục đích cải thiện băng thông truyền dẫn của từng mô-đun quang học.

Khi tốc độ của mô-đun quang tăng từ 10G lên 40G hoặc 100G thì vẫn có thể hài lòng bằng cách sử dụng công nghệ PLC, nhưng nếu phải tăng lên 400G thậm chí 1T thì công nghệ này có phần bị lấn át. Các quy trình công nghệ hiện tại chưa có phương tiện để đạt được mật độ băng thông như vậy và nếu đạt được điều này bằng cách làm cho các mô-đun quang lớn hơn thì rõ ràng đó không phải là một giải pháp tốt và PLC tăng lên đáng kể cùng với độ phức tạp của quy trình sản xuất, điều này cũng làm cho giá của các mô-đun quang loại PLC vẫn cao và không thể giảm, vì vậy công nghệ quang tử silicon đã xuất hiện. Đây là công nghệ truyền thông quang tốc độ cao, chi phí thấp dựa trên quang tử silicon, sử dụng chùm tia laze để truyền dữ liệu thay vì tín hiệu điện tử. Công nghệ chi phí thấp này không chỉ giảm đáng kể chi phí mở rộng trung tâm dữ liệu mà còn phá vỡ thời gian tồn tại của Định luật Moore về tốc độ (nếu tuân theo Định luật Moore, tốc độ truyền Ethernet không thể đạt tới 1T), khiến nó có thể bị phá vỡ. thông qua 1T băng thông trên một cổng, đây là công nghệ trung tâm dữ liệu mới đã nhận được nhiều sự chú ý kể từ năm 2016. Tuy nhiên, vẫn còn những thách thức kỹ thuật trong việc ghép các quang tử silicon với sợi quang và có những thách thức trong việc căn chỉnh lõi 10 micron sợi có ống dẫn sóng chỉ có kích thước từ 0.35 đến 0.5 micron để kiểm tra mức độ tấm wafer. Rất may là vẫn có một số nhà sản xuất đã vượt qua những khó khăn kỹ thuật này và đã sản xuất một số mô-đun quang tử silicon để bán chính thức, giúp khắc phục vấn đề về khoảng cách truyền dẫn ngắn của các mô-đun quang tốc độ cao 100G. Mặc dù các mô-đun quang học này chưa thể cung cấp tốc độ 200G trở lên, nhưng người ta tin rằng với sự cải tiến liên tục của công nghệ, điều đó chắc chắn sẽ có thể thực hiện được trong tương lai. Việc tổ chức tiêu chuẩn Ethernet hiện đã bắt đầu phát triển tiêu chuẩn truyền 400G cho thấy điều này về mặt lý thuyết là có thể, nếu không thì sẽ không thể phát triển một tiêu chuẩn truyền như vậy.

Tích hợp quang tử cũng là một công nghệ có thể được chọn cho các mô-đun quang tốc độ cao trong tương lai. Mạch tích hợp dựa trên ống dẫn sóng quang với ống dẫn sóng điện môi làm trung tâm tích hợp các thiết bị quang học, tức là một số thiết bị quang học được tích hợp trên đế để tạo thành một tổng thể và các thiết bị này được kết nối với nhau bằng ống dẫn sóng quang học bán dẫn để tạo thành một mô-đun quang chuyển tiếp tốc độ cao. Tích hợp quang tử là lĩnh vực tiên tiến và hứa hẹn nhất của truyền thông sợi quang và là một trong những cách tốt nhất để đáp ứng các yêu cầu về băng thông của các mạng trong tương lai. Tất nhiên, việc sản xuất các mô-đun quang tích hợp quang tử không phải là một nhiệm vụ dễ dàng. Các thiết bị quang tử có cấu trúc ba chiều và yêu cầu phải lắng đọng và khắc lặp đi lặp lại trên nhiều lớp điện môi màng mỏng làm bằng các vật liệu khác nhau để sản xuất và loại công nghệ phức tạp này dự kiến ​​chỉ xuất hiện ở 400G.

Công nghệ mô-đun quang tốc độ cao của trung tâm dữ liệu vẫn đang phát triển và một khi có bước đột phá, sẽ rất có lợi cho các trung tâm dữ liệu trong việc tăng băng thông mạng của họ. Ở một mức độ lớn, công nghệ mô-đun quang tốc độ cao đã ngăn cản các trung tâm dữ liệu chuyển sang băng thông mạng cao hơn. Từ quá trình tăng cường băng thông mạng trước đây, một khi các mô-đun quang tốc độ cao hơn được thiết kế và triển khai và có sẵn trên thị trường, chúng sẽ sớm tạo ra một làn sóng thay thế trong mạng thực tế và tất cả các thiết bị mạng hỗ trợ, cáp quang, chip mạng, v.v. sẽ sớm được hỗ trợ phù hợp, do đó, mức độ phát triển của công nghệ mô-đun quang xác định mức băng thông tổng thể của trung tâm dữ liệu và là phần quan trọng nhất của trung tâm dữ liệu để cải thiện băng thông mạng.