Кремнієві фотонні чіпи перемістилися з дослідницьких лабораторій у виробництво високошвидкісних оптичних приймачів-. Оскільки модулі 400G стають стандартом у гіпермасштабованих центрах обробки даних, а розгортання 800G і 1,6T прискорюється для кластерів штучного інтелекту, базова технологія чіпів більше не є лише першочерговою проблемою - вона безпосередньо визначає те, як потрібно розробляти волоконно-оптичні кабелі, вузли MPO/MTP і бюджети з’єднань.
Нещодавній прогрес вітчизняних китайських постачальників чіпів у кремнієвих фотонних пристроях 200G, 400G і 800G додав ще один фактор для відстеження покупців кабелю та мережевих архітекторів. Як виробник волоконно-оптичних кабелів, який працює з операторами, гіпермасштабувальниками та інтеграторами, ми розглядаємо цю тенденцію не як історію чіпів, а як питаннящо це означає для кабелів, які знаходяться під кожним-швидкісним з’єднанням.
Що таке кремнієвий фотонний чіп 400G?
Кремнієвий фотонний чіп об’єднує оптичні компоненти - модулятори, хвилеводи, детектори та (у гетерогенних конструкціях) лазерні джерела - на кремнієвій підкладці за допомогою CMOS-сумісних процесів. Порівняно з традиційною дискретною оптикою, побудованою на основі фосфіду індію (InP) або арсеніду галію (GaAs), кремнієва фотоніка спрямована на більш тісну інтеграцію, меншу потужність на біт і краще масштабування на існуючих лініях напівпровідників.
Кремнієвий фотонний чіп 400G зазвичай підтримує 4×100G або 1×400G на довжину хвилі в поєднанні з модуляцією PAM4 і DSP і є оптичним двигуном у QSFP-DD, OSFP і нових форм-факторах 800G/1,6T.
Чому кремнієва фотоніка важлива для високо-швидкісних оптичних мереж
Перехід до кремнієвої фотоніки обумовлений трьома факторами, які розпізнає будь-який оператор центру обробки даних: потужністю, щільністю та ціною за біт.
- Енергоефективність.Навчальні кластери AI зосереджують величезну пропускну здатність в одному ряду стійки, і кожен ват, витрачений на оптику, є ватом, недоступним для обчислень. Кремнієва фотоніка стала провідним підходом для збереження потужності на гігабіт на низхідній траєкторії на рівні 400G і вище.
- Щільність інтеграції.Встановлення більшої кількості смуг на одному модулі дозволяє трансиверам 800G і 1,6T досягати передньої панелі.
- Масштаби виробництва.Створення фотонних пристроїв на стандартних пластинчастих лініях — це те, що дозволяє збільшувати обсяг разом із попитом на штучний інтелект та хмарні-розробки.
Щоб глибше поглянути на те, як швидкість трансивера відображається в мережі, наша приміткаОптичні модулі 800Gпроходить через типові параметри інтерфейсу та де кожен потрапляє в реальне розгортання.
Поштовх до внутрішніх 400G кремнієвих фотонних чіпів
Більшу частину останнього десятиліття висококласні кремнієві фотонні чіпи для 400G і вище були домінуючими постачальниками зі США та Японії. Ця картина змінювалася. Китайські постачальники -, включаючи Accelink Technologies і HG Genuine (Huagong Zhengyuan) -, публічно заявили, що їхні кремнієві фотонні пристрої 200G, 400G і 800G досягли стадії виробництва та розробляються у власні оптичні механізми та модулі.
Слід обережно ставитися до конкретних тверджень щодо врожайності, цін, замовлень клієнтів і годин випробувань протягом будь-якого конкретного місяця, доки вони не будуть підтверджені документацією компанії, перевіреними звітами чи основним галузевим покриттям. Те, що є загальнодоступним і має значення для рівня кабелів, – це ширший напрямок: більш диверсифіковане постачання кремнієвих фотонних пристроїв, більше оптичних механізмів 400G і 800G, які надходять на ринок, і швидший розвиток розгортань на основі штучного інтелекту-і хмарних-систем.
Цей напрямок має наслідки далеко за межі самого чіпа.
Чи змінює 400G Silicon Photonics вимоги до волоконно-оптичних кабелів?
Саму нитку волокна - одномодового- або багатомодового скла - не потрібно винаходити заново для 400G. Сімейство IEEE 802.3Стандарти Ethernetвизначає 400GBASE-DR4, FR4, LR4, SR4.2, SR8 та пов’язані інтерфейси через ті самі типи волокон, які вже розгорнуті в більшості центрів обробки даних і міських мереж.
Змінюється те, наскільки невблаганним стає зв’язок. Вищі символьні швидкості та модуляція PAM4 скорочують бюджет втрат, підвищують чутливість до шуму розділення режимів і хроматичної дисперсії, а також надають більшої ваги якості роз’єму, ніж будь-коли 10G або 25G. На практиці це означає три речі для рівня кабелів:
- Внесені втрати важливіші.Невеликий зайвий дБ на кожній патч-панелі, з’єднанні та інтерфейсі MPO, які були допустимі на 10G, може порушити зв’язок 400G.
- Радіус дії менший, ніж вказує специфікація.Справжні канали зв’язку 400G/800G рідко працюють на абсолютному максимальному рівні, тому що бюджет витрачається на реальну-кількість конекторів і втрати на вигинах.
- В дата-центрі домінує паралельна оптика.Інтерфейси DR4/SR4/SR8 покладаються на магістралі MPO з 8 або 16 волокон, а не на дуплексні пари LC.
Вплив на кабелі центру обробки даних, MPO/MTP і оптоволокно з низькими-втратами
Один-режим проти багатомодового при 400G
Для центрів обробки даних на відстані менше 100 м багатомодове оптоволокно OM4 і OM5 у поєднанні з трансиверами класу SR- залишаються привабливими за ціною. Для діапазонів від 500 м і вище, а також для майже всіх мереж кластерів штучного інтелекту та каналів DCI домінує один-режим. Зараз багато операторів стандартизують G.652.D із низькими-втратами для-будівельних прогонів і розглядають G.654.E для сегментів із більшим охопленням.
Два посилання на продукти, які часто зустрічаються в обговореннях дизайну 400G/800G, належать намодномодове волокно G.652.D із низькими-втратами-і нашіG.654.E волокно з ультра-низькими-втратамидля далеких-додатків і DCI. Для багатомодових з’єднань короткого досяжності,Волокно OM4залишається робочою конячкою, з OM5 привабливим там, де є SWDM.
MPO/MTP і паралельна оптика
Оскільки більшість інтерфейсів малого доступу 400G і 800G- є паралельними, транки MPO-12 і MPO-16 стали інфраструктурою за замовчуванням для мереж центрів обробки даних. Управління полярністю (тип A, B або C), закріплені чи незакріплені кінці, роз’єми APC із низькими -втратами для одномодового режиму та чистота торцевих поверхонь тепер визначають, чи буде зв’язок 400G чистим або аварійним через помилки FEC.
Наш оглядПродукти MPO/MTPохоплює стовбури, джгути та модулі перетворення, які зазвичай використовуються в цьому шарі, а також нашу примітку щодоВідмінності MPO та MTPє корисним посібником для покупців, які порівнюють таблиці даних постачальників.
Арифметика бюджету збитків
Для 400G-DR4 і подібних інтерфейсів бюджет операційної лінії зв’язку після FEC достатньо малий, щоб дві додаткові пари роз’ємів MPO посередньої якості могли використати весь запас. Зазначення з’єднувачів із низькими-втратами в кожній точці прориву - та перевірка за допомогою внесених втрат і тестування OTDR - більше не є необов’язковими. Наш практичний посібник зтестування оптоволоконного кабелюпояснює, що потрібно перевірити, перш ніж увімкнути високо{0}}швидкісне з’єднання.
На що покупці кабелю повинні звернути увагу щодо мереж 400G і 800G
З точки зору виробника, оператори та інтегратори, які отримують найчистіші 400G/800G-підходи, як правило, мають спільний контрольний список:
- Раніше заблокуйте бюджет втрат.Вирішіть, який інтерфейс (DR4, FR4, LR4, SR4.2, SR8) доступний для кожного зв’язку, а потім знову-обчисліть, скільки пар роз’ємів і яку довжину волокна може прийняти кабель.
- Стандартизуйте один або два сорти волокна.Змішування G.652.D, G.652.D і G.654.E з низькими-втратами без чіткого правила створює невідповідності-точок з’єднання та плутанину в полі.
- Ставтеся до полярності MPO як до дизайнерського рішення, а не до виправлення поля.Виберіть тип A, B або C наперед і документуйте це на кожному малюнку.
- Вимагайте якості торцевої поверхні-з’єднувача.APC для одиночного-режиму тепер є типовим; UPC прийнятний лише там, де це дозволяють бюджети відображення.
- Плануйте наступний крок.Кабелі амортизуються протягом 10+ років; трансивери обертаються набагато швидше. Завод, розроблений лише для 400G, не сприйме 800G або 1,6T.
Для операторів, які планують скоординовану-будівлю, нашрішення для підключення центрів обробки данихОгляд описує, як зазвичай разом вказуються рівні стовбура, латки та модуля, а також нашволоконно-оптичні кабелі центру обробки данихсторінка охоплює конкретні сімейства продуктів, які використовуються в розгортанні кластерів Hyperscale та AI.
Що це означає для промисловості
Якщо внутрішнє постачання фотонного кремнію продовжуватиме масштабуватися на рівні 400G і прогресуватиме до 800G, розумно очікувати три наступних ефекту:
- Ціновий тиск на оптичні модулі зменшується з боку чіпів, звільняючи бюджет на-якісніші кабелі та з’єднувачі -, що є саме тим місцем, де-швидкісні з’єднання найчастіше дають збій у польових умовах.
- Перехід 800G і 1,6T стискається, оскільки більша частина ланцюжка поставок масово-виробляється паралельно, а не послідовно.
- Оператори кластерів зі штучним інтелектом, які є найагресивнішими споживачами нової оптики, отримують друге джерело критичних компонентів, що покращує їхні горизонти планування створення-компонентів.
Жоден із цих результатів не змінює фізику самого волокна. Що вони змінюють, так це швидкість, з якою покупці повинні бути готові до кабелів, які відповідають оптиці.
FAQ
Q: Чи зробить 400G Silicon Photonic мій існуючий кабель OS2 застарілим?
В: Ні. 400GBASE-DR4, FR4 і LR4 працюють на стандартному одномодовому-волокні класу G.652-. Існуюча система OS2 залишається придатною для використання, хоча бюджет зв’язку та якість з’єднувача стають більш критичними. Старіші установки з роз’ємами з великими втратами або надмірною кількістю з’єднань можуть потребувати відновлення, а не заміни.
Питання: чи варто мені оновлювати свою багатомодову установку з OM3 на OM4 чи OM5?
A: Для нових збірок OM4 є практичною базовою лінією для 400G короткого-досяжності над багатомодовим. OM5 (широкосмуговий багатомодовий) варто розглянути там, де доступні інтерфейси на основі SWDM-або де вам потрібен запас для майбутніх-варіантів короткого охоплення. OM3, як правило, не є правильним вибором для нової тканини 400G.
З: Яка різниця між MPO-12 і MPO-16?
A: MPO-12 домінує в паралельній оптиці від 40G QSFP+ до 400G-DR4. MPO-16 (і MPO-2×16) було представлено для підтримки 8-канальних інтерфейсів, таких як 400GBASE-SR8 і 800GBASE-SR8 в одному роз’ємі. Нові кластерні збірки ШІ все більше використовують MPO-16 на додаток до MPO-12.
Питання: чи означає дешевше постачання фотонного кремнію дешевший волоконно-оптичний кабель?
A: Побічно. Зменшення вартості модулів звільняє бюджет проекту, який часто повторно інвестується у волокно вищого-класу та з’єднувачі з низькими-втратами, а не передається безпосередньо в опис матеріалів. Загальна вартість володіння кабелем зазвичай покращується на рівні роз’єму та збірки, а не на самому волокні.
Питання: Яке тестування потрібно провести перед тим, як підключати 400G Link?
Відповідь: В--кінцеві-втрати, зворотні втрати для одного-режиму, OTDR-трафіки для з’єднання та якості з’єднувача, а також торцева-перевірка на кожному MPO та LC. Для довших одномодових-діапазонів вимірювання хроматичної дисперсії та PMD також можуть бути актуальними залежно від типу трансивера.
Резюме
Кремнієва фотоніка 400G не є побіжним заголовком - це основний механізм, який просуває 800G і 1,6T у основні центри обробки даних і розгортання кластерів ШІ. Більш диверсифікований ланцюжок постачання кремнієвої фотоніки, включаючи постійний прогрес китайських постачальників, прискорює цей перехід, а не принципово його перенаправляє.
Для покупців волоконно-оптичних кабелів практичний висновок простий: жила волокна не змінилася, але допуск на неохайне прокладання кабелю змінився. Менші бюджети втрат, більше паралельної оптики та швидший темп підвищення швидкості – усе це підштовхує специфікацію кабелів до компонентів із низькими-втратами, ретельного планування полярності MPO та дисциплінованого тестування з’єднання. Оператори, які впроваджують цю дисципліну у свій завод зараз, поглинатимуть наступні два покоління оптики з набагато меншими доопрацюваннями, ніж ті, хто оптимізує лише сучасні трансивери.