Silicon photonics перейшла від давно-обіцяної технології до стандартної опції всередині модулів 400G і 800G. Цікаве питання вже не в тому, чи працює це. Це те, які частини модуля насправді дешевшають, за яким механізмом і за яких умов зникає економія.
Ця стаття спочатку відповідає на це питання, а потім розповідає про те, що означає зміна для пасивного оптоволокна, яке ви повинні придбати разом з оптикою.
- Кремнієва фотоніка знижуєоптичнийчастина вартості модуля шляхом заміни окремо зібраних окремих частин на одну фотонну інтегральну схему (PIC), визначену літографічним способом.
- Це робитьнізніміть лазер, DSP, драйвер, TIA або оптичну упаковку. При 800G ці елементи -, а не фотоніка - зазвичай домінують у переліку матеріалів.
- Збережені ваги з обсягом і кількістю смуг. Він найбільший у паралельних одномодових-інтерфейсах короткого{1}}досяжності, таких як DR4 та DR8, і найменший у низько-об’ємних,-дуго-досяжних або-хвильових мультиплексованих продуктах.
- 800G дешевшеза переданий бітніж 400G головним чином тому, що DSP, пакет, роз’єм і кабельний канал розподіляються між удвічі більшою кількістю смуг -, а не тому, що сама оптика вдвічі дешевша.
- Дешевший модуль створює дешевшу мережу лише в тому випадку, якщо оптоволоконний завод не потрібно перебудовувати, щоб прийняти його.
Що насправді таке кремнієва фотоніка
Кремнієва фотоніка використовує фотонні інтегральні схеми, побудовані на кремнієвих-на-пластинах ізолятора, для виконання оптичних функцій: хвилеведення, розщеплення, модуляції, мультиплексування довжини хвилі та виявлення. Оскільки структури визначаються за допомогою літографії на CMOS-сумісних 200-мм або 300-мм лініях, сотні ідентичних оптичних схем виготовляються за один прохід замість збирання частина за частиною.
Для будь-якої дискусії про вартість важливі два обмеження:
- Силікон не лазерний.Світло все ще надходить від джерела III-V - фосфіду індію або лазера з квантовими-точками -, який з’єднаний із зовнішнього боку, перевернутий-чіп або неоднорідно зв’язаний. Найдорожчий матеріал у модулі залишається поза кремнієвим процесом.
- PIC не є модулем.Готовий трансивер все ще містить DSP або ретаймер, драйвери модуляторів, трансімпедансні підсилювачі, терморегулятор, волоконно-структуру з’єднання та герметичний або напів-герметичний корпус.
Тому кремнієву фотоніку найкраще розуміти як інтегровану оптичну платформу, яка усуває клас етапів складання, а не як заміну всього трансивера.
Куди йдуть гроші в модулі 400G або 800G
| Блок витрат | Що воно охоплює | Ефект фотоніки кремнію |
|---|---|---|
| Фотонний контур | Хвилеводи, модулятори, мультиплексори, германієві фотоприймачі | Велике скорочення. Масштаб реплікації вафель-, кількість частин різко падає |
| Лазерне джерело | Лазерна матриця III-V, ізолятор, контроль довжини хвилі | Мало чи жодного. Все ще є компонентом III-V із власними обмеженнями врожайності та пропозиції |
| DSP або ретаймер | Обробка сигналу PAM4, FEC, вирівнювання | Безпосередньо. Часто єдина найбільша позиція на 800G |
| Електричні мікросхеми | Водії, ТІА, контроль | Непрямий. Спільне -проектування з PIC може зменшити кількість паразитів і деталей |
| Упаковка та зчеплення волокна | Вирівнювання, прикріплення, волоконний масив, герметичність, тепловий шлях | змішаний. Загалом менше вирівнювання, але підключення до субмікронних кремнієвих хвилеводів є вимогливим |
| Тест і кваліфікація | Перевірка пластини, перевірка модуля, запис{0}}в, сумісність | Значне зниження. Оптичний тест може переходити до рівня пластини, тому погані матриці викидаються перед пакуванням |
П'ять механізмів, які знижують вартість за біт
- Зменшення-кількості деталей.Функції, які раніше вимагали окремо вирівняних компонентів, стають одним літографічним макетом. Кожне виключене активне вирівнювання позбавляє праці, часу на обладнання та можливості втрати врожайності.
- Вафель{0}}амортизація.Розробка масок і процесів є фіксованою вартістю, розподіленою по всій серії пластин, тому собівартість одиниці падає разом із кумулятивним обсягом у такий спосіб, як дискретне складання.
- Попередній тест.Відомо{0}}хороший-скринінг пластини запобігає витраті дорогого пакування та лазерного кріплення на деталі, які вийдуть з ладу.
- Масштабування смуги.Перехід від чотирьох смуг до восьми додає хвилеводи та модулятори на одному кристалі. Це не подвоює кількість окремо оброблених оптичних блоків.
- Звуження ланцюжка поставок.Вміст складних-напівпровідників концентрується в лазері, а не розподіляється між модуляторами, детекторами та мультиплексорами.
Чому 800G коштує менше за біт, ніж 400G
По-розрядне покращення порту 800G здебільшого відбувається завдяки спільному використанню, і цей спільний доступ поширюється за межі модуля:
- Один DSP, один корпус, одна клітка, один радіатор і один інтерфейс керування тепер обслуговують 800 Гбіт/с замість 400 Гбіт/с.
- Один порт комутатора, один слот на передній-панелі та один бюджет живлення обслуговують удвічі більше трафіку. Інфраструктура комутатора та живлення на біт часто є більшою економією.
- Один кабельний канал має вдвічі більшу пропускну здатність. Канал 800G-DR8 по магістралі з 16-волокон переміщує вдвічі більше трафіку, ніж канал 400G-DR4 через 8 волокон, використовуючи одну подію завершення, один тестовий запис і одну позицію виправлення.
Breakout знову змінює арифметику: один порт 800G-DR8, розділений на два з’єднання 400G-DR4, замінює два порти 400G на комутаторі, що зазвичай є дешевшим способом обслуговування кінцевих точок 400G із сучасної магістралі. Ось де економіка модуля, основа комутатора та проектування кабелів перестають бути окремими бюджетами - пункт, який ми розвиваємо далі в нашому посібнику зкремнієві фотонні модулі та оптоволоконний кабель 400G.
Два застереження щодо опублікованих цифр. По-перше, вуличні ціни на трансивери швидко змінюються та залежать від обсягу, регіону та статусу кваліфікації, тому будь-яка цифра, наведена в статті, є неактуальною, перш ніж її прочитати. По-друге, «вартість за біт» можна порівняти лише тоді, коли клас охоплення, кількість смуг і форм-фактор залишаються незмінними. Порівнюйте ціни на конкретні номери деталей за власним обсягом, а не середні заголовки.
Коли кремнієва фотоніка не є дешевшим вибором
Інтеграція є аргументом обсягу-і-смуги-. Якщо ці умови відсутні, старі підходи часто виграють:
- Дуже короткі ланки всередині стійки.Пасивні або активні мідні кабелі та AOC залишаються дешевшими та нижчою-потужністю на кілька метрів. Наше порівняннямідь і оптоволокно в центрах обробки даних AIкришки, де сидить кросовер.
- Великий радіус дії та висока продуктивність-на смугу.EML і тонкоплівкові літієво-ніобатні модулятори все ще мають переваги в пропускній здатності та вихідній потужності для деяких LR, ER і когерентних додатків, де ефективність модуляції та внесені втрати кремнію є більш жорсткими обмеженнями.
- Мало{0}}об’ємні або нішеві продукти.Нижче певного обсягу доставки фіксована маска та витрати на кваліфікацію ніколи не амортизуються, а окрема збірка дешевша.
- Розгортання з термічними обмеженнями.Деякі кремнієві модулятори потребують активного теплового контролю. Якщо потужність і охолодження є обов’язковим обмеженням, нижча ціна модуля може бути неправильною оптимізацією.
- Коли рослина волокна має змінитися.Якщо перехід до паралельного однорежимного-інтерфейсу означає нові магістралі, нові панелі та період обслуговування, повторне підключення кабелю може перевищити економію модулів у перший рік.
Загальна вартість володіння, а не ціна модуля
Чотири позиції поза замовленням зазвичай переміщують більше грошей, ніж знижка на модуль:
- Потужність на біт.Потужність модуля — це поточні експлуатаційні витрати, помножені на охолодження. Галузеві дорожні карти тепер розглядають лінійну підключену оптику (LPO) і лінійну оптику прийому (LRO) -, які зменшують або видаляють ретаймер DSP - як наступний значний крок у зменшенні потужності модуля; вEthernet Alliance Дорожня карта Ethernetтреків, де вони підходять проти 800G і 1.6T. Конверти потужності форм-фактора визначені вСпецифікації OSFP MSA.
- Щільність портів.Перемикання з вищим-радіксом зменшує кількість комутаторів, оптики та кабелів, необхідних для однієї і тієї ж мережі. Це сполуки; ціна модуля не має.
- Переробка та простої.Помилка полярності або забруднення наконечника, виявлені під час-підключення, коштують інженерних годин саме в той момент, коли вони є найдорожчими.
- Збій оновлення.Оптоволокно, встановлене один раз і повторно використане в трьох поколіннях модулів, значно дешевше, ніж оптоволокно, встановлене тричі.
Що це означає для волоконного заводу
Дешевший модуль не створює робочого посилання. Трансивер має відповідати типу волокна, інтерфейсу роз’єму, полярності та бюджету втрат.
Одиночний-режим стає типовим
Більшість кремнієвих фотонних інтерфейсів 400G і 800G малого радіусу дії є паралельними одномодовими-. Оптоволокно G.652.D, підключене як OS2 і зазначене вРекомендація ITU-T G.652, підтримує інтерфейси DR, FR і LR на відстанях, які можна знайти в залі даних або кампусі, і не прив’язує інсталяцію до однієї багаторежимної генерації. Довідкову інформацію про волокно див. у нашому оглядіхарактеристики одномодового-волокна.
Роз’єм повинен відповідати інтерфейсу, а не швидкості лінії
| Інтерфейс | Провулки | Типовий роз'єм модуля | Волокна у використанні |
|---|---|---|---|
| 400G-DR4 | 4 × 100G | МПО-12 | 8 |
| 400G-FR4 / LR4 | 4 довжини хвилі, 1 пара волокон | Двосторонній ЖК | 2 |
| 800G-DR8 | 8 × 100G | МПО-16 | 16 |
| 800G-2×DR4 | 2 × 4 × 100G | Два МПО-12 | 16 |
| 800G-2×FR4 | 2 × 4 довжини хвилі | Два дуплексних ЖК | 4 |
Тому для двох модулів, позначених як 800G, можуть знадобитися абсолютно різні кабельні збірки. Визначення інтерфейсу взято з роботи IEEE 802.3:P802.3dfдля 400G і 800G при 100G на смугу, а такожP802.3djдля 200G на смугу та 1,6T. Форм-фактор знову є окремою віссю - див. наші примітки доМодуль QSFP-DD DR4і далі800G OSFP, і на16-волоконний MPO використовується для 800G.
Спрацьований приклад
Розглянемо 400G-DR4 аркуша-до-хребта, 120 м, що проходить через дві комутаційні панелі:
- Канал: модуль → кабель обладнання → панель → магістраль OS2 12-fiber MPO → панель → шнур обладнання → модуль. Це чотири спарені пари MPO.
- Затухання у волокні: 120 м при приблизно 0,35 дБ/км при 1310 нм дає приблизно 0,04 дБ. Незначний при такій довжині.
- Втрати роз’єму: чотири сполучених пари при 0,35 дБ зазвичай дають 1,4 дБ; при 0,5 дБ у найгіршому випадку, 2,0 дБ.
- У порівнянні з допуском на канал класу DR- в районі 4 дБ дизайн має запас -, але п’ята точка виправлення в гіршому-випадку втрат поглине більшу частину.
Загальне правило, яке ілюструє приклад: при 400G і 800G кількість поєднаних пар має більше значення, ніж довжина. Перевірте допуск відповідно до таблиці даних конкретного модуля та пункту IEEE, а не загальної цифри, і вкажіть збірки з низькими-втратами, де канал має три або більше сполучених пар.
Полярність і чистота
Полярність має бути спланована по всьому каналу - стволи, касети, джгути, роз’єми та шнури обладнання разом -, тому що канал, зібраний з окремо правильних компонентів, все одно може бути неправильним від кінця до кінця. Задокументуйте спосіб дотримання полярності перед замовленням, а не після того, як багаж прибуде.
Забруднення — це ще один режим відмови, який погано залежить від кількості смуг, оскільки наконечник MPO зосереджує 12 або 16 волокон на одній торцевій поверхні, і одна частинка може зруйнувати смугу. Перевірте перед сполученням, очистіть, коли перевірка не вдається, повторно перевірте та сприймайте послідовність як етап встановлення, а не етап усунення несправностей. нашПосібник з перевірки та очищення MPOохоплює практичну процедуру та критерії прийнятності IEC 61300-3-35.
FAQ
З: Чи кремнієвий фотонний модуль завжди дешевший за модуль на основі EML-?
Відповідь: Ні. Зазвичай це дешевше у великих-обсягах,-досяжності, з великою-смугою-кількості, таких як DR4 і DR8. Для великого радіусу дії, малого обсягу або додатків, які потребують високої-оптичної продуктивності на смугу, EML та інші архітектури можуть бути економнішими.
З: Яка частина модуля 800G є найдорожчою?
A: Як правило, DSP, потім лазерне та оптичне пакування. Кремнієва фотоніка стосується фотонної схеми та частини вартості складання, тому ціни на модулі падають, але не падають.
З: Чи зменшує енергоспоживання Silicon Photonics?
A: Побічно. Інтеграція скорочує електричні шляхи та зменшує паразити, але ретаймер DSP домінує над потужністю модуля на 800G. Більше зниження потужності за поточними дорожніми картами відбувається завдяки лінійній оптиці, що підключається, і лінійній приймальній оптиці, яка зменшує або видаляє DSP.
З: Чи потрібне спеціальне волокно для кремнієвих фотонних модулів?
В: Немає спеціального типу оптоволокна, але більшість конструкцій з коротким-досяжністю є паралельними одномодовими-режимами, тому їм потрібна OS2, а не багатомодова, з правильною кількістю волокон і роз’ємом для інтерфейсу.
Питання: чи можу я повторно використати свої існуючі транки 400G MPO-12 для 800G?
A: Іноді. Модуль 800G-2×DR4 із двома інтерфейсами MPO-12 може використовувати їх повторно. Модуль 800G-DR8, що використовує один MPO-16, не може, оскільки відображення смуг і кількість волокон відрізняються.
З: 800 г удвічі дорожче за 400 г?
A: Загалом ні. Оскільки DSP, пакет, порт комутатора та кабельний канал розподіляються між удвічі більшою ємністю, вартість за біт падає, навіть коли ціна за одиницю модуля зростає.
Питання: як чесно порівняти вимоги постачальника щодо вартості?
Відповідь: Виправте клас охоплення, кількість смуг і форм-фактор, а потім порівняйте на основі-порту, включаючи модуль, порт комутатора, живлення та кабелі. Порівняння 800G-DR8 із 400G-FR4 скаже вам дуже мало.
Підсумок
Кремнієва фотоніка дійсно змінює структуру витрат на оптику 400G і 800G, але це робиться шляхом стиснення однієї частини номенклатури - фотонної схеми та етапів складання навколо неї -, залишаючи лазер, DSP і упаковку в основному недоторканими. Економія компаундування проявляється на рівні системи: менше портів, менше кабелів, менша потужність на біт і оптоволоконна установка, яка виживає після наступного оновлення.
Цей останній елемент є тим, що покупці контролюють безпосередньо. Модуль – це три-річне рішення; стовбур десяти-річний.
Правильний вибір пасивної сторони
Нестандартні кабелі варто вказати, якщо канал передбачає прорив, змішані формати з’єднувачів, обмежені бюджети втрат або поетапну міграцію - випадків, коли вузол каталогу не відповідатиме карті смуг. Якщо це відповідає вашому проекту, надішліть модель трансивера, інтерфейс, відстань зв’язку та вимоги до прориву, і ми зможемо повернутися з таблиці даних дозбірка оптоволоконного кабелю на замовленняіз відповідністю полярності та записами тестування-на втрату.