Оптический модуль - Optical module

An оптический модуль обычно представляет собой оптический трансивер с возможностью горячей замены, используемый в приложениях для передачи данных с высокой пропускной способностью. Оптические модули обычно имеют электрический интерфейс на стороне, которая подключается к внутренней части системы, и оптический интерфейс на стороне, которая подключается к внешнему миру через оптоволоконный кабель. Форм-фактор и электрический интерфейс часто указываются заинтересованной группой с помощью соглашение с несколькими источниками (MSA). Оптические модули могут подключаться либо к разъему на передней панели, либо к разъему на плате. Иногда оптический модуль заменяется модулем электрического интерфейса, который реализует активное или пассивное электрическое соединение с внешним миром. Крупная промышленность поддерживает производство и использование оптических модулей.

Типы электрических интерфейсов

На протяжении многих лет использовалось несколько вариантов электрического интерфейса оптических модулей.

Аналоговый прямой

Самые ранние формы оптических модулей имели аналог NRZ электрический интерфейс. В направлении передачи оптический модуль будет напрямую управлять лазером или светодиодом с аналоговым сигналом, поступающим с передней системной карты. В направлении приема модуль будет напрямую управлять электрическим интерфейсом приема с выходом аналоговой оптико-электрической схемы приемника.

Цифровой (повторно)

По мере увеличения скорости электрический интерфейс был изменен на цифровой интерфейс с обновленным интерфейсом. В Общий электрический интерфейс (CEI)[1], определяемый Форум оптического межсетевого взаимодействия (OIF) служил центральным определяющим документом для этих интерфейсов. IEEE 802.3 Ethernet рабочая группа также оказала влияние на определение интерфейса модуля.

Цифровой (без исправлений)

Для экономии энергии внутри модуля были созданы оптические модули, которые использовали определение цифрового интерфейса, такое как CEI, но без повторной синхронизации сигналов в модуле. Эти модули обеспечивали аналоговое соединение между двумя концами.

Аналоговая когерентная оптика (ACO)

В Форум оптического межсетевого взаимодействия в 2016 году опубликовал CFP2-ACO или CFP2 - Аналог Модуль когерентной оптики Соглашение о совместимости (IA). Этот IA поддерживает конфигурацию, в которой цифровой сигнальный процессор (DSP) находится на основной плате, а аналоговые оптические компоненты находятся на модуле. Этот IA полезен в случае, когда DSP превышает огибающую мощности модуля.[2] Интерфейс ACO может использоваться в приложениях когерентной оптики, когда канал обеспечивает гибкую полосу пропускания для системы, например, в сочетании с FlexE. Первоначальный ACO IA предназначен для модуля CFP2. Типичная используемая оптическая модуляция включает квадратурную фазовую манипуляцию с двойной поляризацией (DP-QPSK) и QAM-16.

Цифровая когерентная оптика (DCO)

Эти модули устанавливают DSP на модуль и используют обычный цифровой интерфейс с восстановленным подключением. Эти модули могут использовать те же методы оптической модуляции, что и интерфейсы ACO.

Типы оптической модуляции и мультиплексирования

В оптических модулях используется множество различных форм оптической модуляции и мультиплексирования.

Прямая модуляция NRZ и PAM-4

Исторически наиболее распространенным методом модуляции был включение-выключение или NRZ. Импульсно-амплитудная модуляция (PAM-4) также широко использовался.

Когерентная модуляция

В былые времена, когерентная оптическая модуляция был использован. Методы включают Квадратурная фазовая манипуляция с двойной поляризацией (DP-QPSK) и QAM-16.

Настраиваемая оптическая частота

Настраиваемые лазеры иногда используются, чтобы позволить модулю поддерживать различные формы сетевой оптической коммутации, например, когда это необходимо в определенных случаях. оптические ячеистые сети или Реконфигурируемый оптический мультиплексор ввода-вывода (ROADM). В них передающий лазер может быть настроен на другую оптическую частоту / длину волны. Точно так же приемник может принимать разные оптические частоты.

Лямбда-мультиплексирование

Различные длины оптических волн света, также называемые лямбдами, мультиплексируются в некоторых оптических модулях с использованием мультиплексирование с разделением по длине волны (WDM). Варианты включают Coarse WDM (CWDM), Dense WDM (DWDM).

Компоненты в модуле

Внутри оптических модулей находится ряд компонентов, некоторые из которых привлекли внимание организаций по разработке стандартов.

Коробка передач в модуле

Во многих случаях скорость передачи оптического интерфейса не равна скорости передачи электрического интерфейса. В этих случаях в модуле используется редуктор для преобразования между двумя скоростями. Например, если модуль поддерживает 4 электрических входа по 25 Гбит / с и 2 длины волны оптического интерфейса 50 Гбит / с, то редуктор должен преобразовать от 25 до 50 Гбод.

Встроенное исправление ошибок вперед

Особенно на рынке модулей большой досягаемости, in-module Прямая коррекция ошибок (FEC) был включен. Это было как в проприетарной, так и в стандартной форме.

Соглашения о внедрении внутримодульного оптического трансивера

OIF заключил соглашения о взаимодействии, чтобы обеспечить возможность взаимодействия нескольких поставщиков для ряда встроенных в модуль компонентов, особенно ориентированных на когерентную передачу. Они включали

  • Квадратурные модуляторы с интегрированной поляризацией и широкой полосой пропускания[3]
  • Интегрированные передатчики с квадратурной модуляцией и мультиплексированием поляризации[4]
  • Интегрированные микродинные когерентные приемники с двойной поляризацией[5]

Соглашения о реализации внутримодульного перестраиваемого лазера

OIF заключил соглашения о взаимодействии, чтобы создать возможность взаимодействия с различными производителями для перестраиваемых лазеров, которые иногда используются в оптических модулях. Они включали

  • Соглашение о множестве источников интегрируемой перестраиваемой лазерной сборки[6]
  • Соглашение о внедрении микроперестраиваемой лазерной сборки [7]

Эквивалент электрического кабеля

Медный твинаксиальный кабель QSFP + 40 Гбит / с

Иногда оптический модуль заменяется модулем электрического интерфейса, который реализует активное или пассивное электрическое соединение с внешним миром. Это используется, когда связь короткая, особенно при подключении к коммутатору в верхней части стойки.

Оптический модуль передней панели MSA

Много Соглашения с несколькими источниками (MSA) с годами приходили и уходили в индустрии оптических модулей.

Модули передней панели семейства SFP и QSFP

Плата SFP 2

В Съемный трансивер малого форм-фактора (SFP) За прошедшие годы MSA определила множество форм-факторов оптических модулей.

Приемопередатчик QSFP-40G-SR4
МПО-коннектор QSFP

Модули передней панели семейства CFP

В Сменный форм-фактор C (CFP) - это MSA среди конкурирующих производителей за общий форм-фактор для передачи высокоскоростных цифровых сигналов. Буква «C» в названии обозначает латинскую букву C, которая используется для обозначения числа 100 (центум), поскольку стандарт изначально разрабатывался для 100 Гбит Ethernet системы.[10]

Первоначальная спецификация CFP была предложена в то время, когда сигналы 10 Гбит / с были гораздо более достижимыми, чем сигналы 25 Гбит / с. Таким образом, для достижения скорости линии 100 Гбит / с наиболее доступным решением было использование 10 линий по 10 Гбит / с. Однако, как и ожидалось, усовершенствования технологии позволили повысить производительность и плотность. Отсюда и разработка спецификаций CFP2 и CFP4. Несмотря на то, что они электрически схожи, они имеют форм-фактор 1/2 и 1/4 соответственно по размеру исходной спецификации. Обратите внимание, что модули CFP, CFP2 и CFP4 не взаимозаменяемы (но могут взаимодействовать через оптический интерфейс с соответствующими разъемами).

Модули передней панели XENPAK, XPAK и X2

XENPAK MSA было публично объявлено 12 марта 2001 г., а первая редакция документа была опубликована 7 мая 2001 г. соглашение с несколькими источниками (MSA) по инициативе Agilent Technologies и Системы Agere, что определяет оптоволокно или проводной трансивер модуль, который соответствует 10 Гбит Ethernet (10GbE) стандарт Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) 802.3 рабочая группа. XENPAK был заменен более компактными устройствами с той же функциональностью. Самая последняя редакция MSA, Issue 3.0, была опубликована 18 сентября 2002 года. Результат охватывал все типы, зависящие от физических носителей (PMD), определенные IEEE в то время. для 802.3ae 10GbE.[11] Вскоре после того, как стандарт был представлен в 2001 году, появились два связанных стандарта: XPAK и X2. Эти два стандарта имели тот же электрический интерфейс, что и XENPAK (известный как XAUI ) но с разными механическими свойствами.

Семейство модулей передней панели XFP

Приемопередатчик Intel XFP (многомодовое оптоволокно)

XFP (10 Gigabit Small Фактор формы Pluggable) является стандартом для трансиверы для высокоскоростной компьютерная сеть и телекоммуникации ссылки, которые используют оптоволокно. Он был определен отраслевой группой в 2002 году вместе с его интерфейсом для других электрических компонентов, который называется XFI. XFP имеет форм-фактор немного большего размера, чем популярные сменный трансивер малого форм-фактора, SFP и SFP +.

Соглашение OIF с несколькими источниками для модуля передачи DWDM на большие расстояния 100G

Форум оптических межсетевых соединений определил модуль для оптики дальней связи. Большинство других оптических MSA ориентированы на рынок центров обработки данных.

Другие модули передней панели

  • CPAK - специальный модуль Cisco[12]

Бортовой оптический модуль MSA

Недавняя тенденция заключалась в размещении подключаемых модулей поверх печатная плата вместо передней панели. Два MSA работают над соглашениями о реализации на этом рынке.

Бортовые модули семейства COBO

Коалиция за бортовую оптику (COBO) была создана в 2014 году, чтобы обеспечить основу для стандартизации оптических интерфейсов, которые располагались в середине плат, а не на передней панели.[13]

Бортовые модули семейства CFP

Пользователи оптических модулей

Supermicro AOC-UIBQ-M2 с двумя портами InfiniBand HCA
Медиа и модули Fibre Channel

Во многих стандартах использовались оптические модули. Некоторые из этих наиболее важных стандартов обсуждаются ниже.

Infiniband

InfiniBand (сокращенно IB) - это стандарт связи между компьютерами и сетями, используемый в высокопроизводительных вычислениях, который отличается очень высокой пропускной способностью и очень низкой задержкой. Он используется для передачи данных между компьютерами и внутри них. InfiniBand также используется как прямое или переключаемое соединение между серверами и системами хранения, а также как соединение между системами хранения. Infiniband широко использует оптические модули.[14]

Fibre Channel

Fibre Channel (FC) - это высокоскоростная сетевая технология (обычно работающая со скоростью 1, 2, 4, 8, 16, 32 и 128 гигабит в секунду), в основном используемая для подключения компьютерных хранилищ данных к серверам. Fibre Channel в основном используется в сети хранения данных (SAN) в коммерческих дата-центрах. Сети Fibre Channel образуют коммутируемая ткань потому что они работают в унисон, как один большой переключатель. Fibre Channel обычно работает по оптоволоконным кабелям внутри центров обработки данных и между ними. Fibre Channel широко использует оптические модули.[15]

Ethernet

Ethernet - это семейство компьютерных сетевых технологий, обычно используемых в локальных сетях (LAN), городских сетях (MAN) и глобальных сетях (WAN). Ethernet широко использует оптические модули в своих высокоскоростных интерфейсах. Типичные интерфейсы, которые обычно реализуются в оптических модулях, включают 100GBASE-SR4, 100GBASE-LR4 и 100GBASE-ER4.

Выставки, посвященные оптическим модулям

Синий логотип OFC, июль 2014 г.

Основная выставка индустрии больших оптических модулей - это Конференция по оптическому волокну (OFC), который ежегодно проводится в южной Калифорнии. Среди других выдающихся выставок отрасли - ECOC в Европе и FOE в Японии.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ «Общий электрический ввод / вывод (CEI) - соглашения о взаимодействии электрических параметров и джиттера для ввода / вывода 6 Гбит / с, 11 Гбит / с и 25 Гбит / с» (PDF). OIF. 8 февраля 2014 г. Архивировано с оригинал (PDF) 7 ноября 2017 г.. Получено 20 июля 2017.
  2. ^ «ОИФ-ЦФП2-АКО-01.0» (PDF). 2016-01-22. Архивировано из оригинал (PDF) на 2017-12-15. Получено 2017-05-08.
  3. ^ «Соглашение о реализации для широкополосных интегрированных поляризационных мультиплексированных квадратурных модуляторов» (PDF). 2017-01-19. Получено 2017-07-20.
  4. ^ «Соглашение о реализации интегрированных передатчиков с квадратурной модуляцией и мультиплексированием поляризации» (PDF). 2015-05-15. Архивировано из оригинал (PDF) на 2016-10-20. Получено 2017-07-20.
  5. ^ «Соглашение о внедрении интегрированных микродинных когерентных приемников с двойной поляризацией» (PDF). 2015-03-31. Архивировано из оригинал (PDF) на 2017-10-31. Получено 2017-07-20.
  6. ^ «Соглашение с несколькими источниками интегрируемой перестраиваемой лазерной сборки» (PDF). 2015-07-13. Архивировано из оригинал (PDF) на 2017-11-07. Получено 2017-07-21.
  7. ^ «Соглашение о внедрении интегрируемой настраиваемой лазерной сборки IMicro 13.07.2015» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) на 2016-08-04. Получено 2017-07-21.
  8. ^ Комитет SFF. «Публичная спецификация QSFP» (PDF). Комитет ГФФ. п. 12. Получено 22 июн 2016.
  9. ^ Комитет ГФФ. "QSFP + 28 Гбит / с 4X съемный трансивер" (PDF). п. 5. Получено 22 июн 2016.
  10. ^ «CFP MSA».
  11. ^ "Добро пожаловать на сайт" Добро пожаловать на XENPAK.org ". Архивировано из оригинал 18 декабря 2008 г.. Получено 7 мая, 2011.
  12. ^ "Спецификация модулей Cisco CPAK 100GBASE".
  13. ^ «Коалиция за бортовую оптику». 2017-07-20. Получено 2017-07-20.
  14. ^ "ВСТРОЕННОЕ ХРАНЕНИЕ ВЫСОКОЙ ПЛОТНОСТИ | SFA14K | DDN".
  15. ^ Престон, В. Кертис (2002). «Архитектура Fibre Channel». Использование SAN и NAS. Севастополь, Калифорния: O'Reilly Media. С. 19–39. ISBN  978-0-596-00153-7. OCLC  472853124.

внешняя ссылка