Optický modul - Optical module

An optický modul je obvykle optický transceiver připojitelný za provozu, který se používá v aplikacích datové komunikace s velkou šířkou pásma. Optické moduly mají obvykle elektrické rozhraní na straně, která se připojuje k vnitřku systému, a optické rozhraní na straně, která se připojuje k vnějšímu světu prostřednictvím kabelu z optických vláken. Tvarový faktor a elektrické rozhraní jsou často specifikovány zainteresovanou skupinou pomocí a dohoda o více zdrojích (MSA). Optické moduly lze zapojit do zásuvky na předním panelu nebo do zásuvky na desce. Někdy je optický modul nahrazen modulem elektrického rozhraní, který implementuje aktivní nebo pasivní elektrické připojení k vnějšímu světu. Výroba a použití optických modulů podporuje velké odvětví.

Typy elektrického rozhraní

V průběhu let se používalo několik variant elektrického rozhraní optických modulů.

Analogové přímé

Nejčasnější formy optických modulů měly analog NRZ elektrické rozhraní. Ve směru přenosu by optický modul přímo poháněl laser nebo LED s analogovým signálem přicházejícím z přední systémové karty. Ve směru přijímání by modul přímo poháněl přijímací elektrické rozhraní s výstupem analogového obvodu opticko-elektrický přijímač.

Digitální (retimed)

Jak se zvyšovaly rychlosti, elektrické rozhraní se změnilo na vyřazené digitální rozhraní. The Společné elektrické rozhraní (CEI)[1], definovaný Fórum pro optické sítě (OIF) sloužil jako centrální definující dokument pro tato rozhraní. IEEE 802.3 Ethernet pracovní skupina měla také vliv na definici rozhraní modulu.

Digitální (neretimováno)

Za účelem úspory energie v modulu byly vyrobeny optické moduly, které používaly definici digitálního rozhraní, jako je CEI, ale bez retimování signálů v modulu. Tyto moduly dodávaly analogové spojení mezi dvěma konci.

Analogová koherentní optika (ACO)

The Fórum pro optické sítě v roce 2016 zveřejnil CFP2-ACO nebo CFP2 - Analog Modul koherentní optiky Dohoda o interoperabilitě (IA). Tento IA podporuje konfiguraci, kde procesor digitálního signálu (DSP) je na hlavní desce a analogové optické komponenty jsou na modulu. Tato IA je užitečná v případě, že DSP překročí výkonovou obálku modulu.[2] Rozhraní ACO lze použít v aplikacích s koherentní optikou, když spojení dodává systému flexibilní množství šířky pásma, například v kombinaci s FlexE. Počáteční ACO IA je pro modul CFP2. Typická optická modulace, která se používá, zahrnuje duální polarizační kvadraturní klíčování fázovým posunem (DP-QPSK) a QAM-16.

Digitální koherentní optika (DCO)

Tyto moduly nasazují DSP na modul a používají konvenční digitální rozhraní se synchronizací. Tyto moduly mohou používat stejné techniky optické modulace jako rozhraní ACO.

Typy optické modulace a multiplexování

V optických modulech bylo použito mnoho různých forem optické modulace a multiplexování.

Přímá modulace NRZ a PAM-4

Nejběžnější modulační technika v minulosti byla klíčování zapnuto-vypnuto nebo NRZ. Pulzní amplitudová modulace (PAM-4) byl také značně používán.

Koherentní modulace

V posledních letech, koherentní optická modulace byl užíván. Mezi techniky patří Duální polarizace Kvadraturní klíčování fázovým posunem (DP-QPSK) a QAM-16.

Nastavitelná optická frekvence

Laditelné lasery se někdy používají k tomu, aby modul podporoval různé formy síťového optického přepínání, které v určitých případech potřebuje optické mesh sítě nebo a Překonfigurovatelný optický add-drop multiplexer (ROADM). V nich může být vysílací laser naladěn na jinou optickou frekvenci / vlnovou délku. Podobně je přijímač schopen přijímat různé optické frekvence.

Lambda multiplexování

Různé optické vlnové délky, také označované jako lambdy, světla jsou multiplexovány v některých optických modulech pomocí multiplexování s dělením vlnových délek (WDM). Varianty zahrnují Coarse WDM (CWDM), Dense WDM (DWDM).

Součásti v modulu

Optické moduly mají uvnitř řadu komponent, z nichž některé získaly pozornost organizací zabývajících se vývojem standardů.

Vestavěná převodovka

V mnoha případech se přenosová rychlost optického rozhraní nerovná přenosové rychlosti elektrického rozhraní. V těchto případech se v modulu používá převodovka pro převod mezi těmito dvěma rychlostmi. Například pokud modul podporuje elektrické vstupy 4 x 25 Gb / s a ​​2 vlnové délky optického rozhraní 50 Gb / s, pak musí převodovka převádět mezi 25 a 50 GBaud.

Korekce chyby vpřed v modulu

Zejména na trhu modulů s dlouhým dosahem, v modulu Oprava chyby vpřed (FEC) byl zahrnut. To bylo v proprietární i standardizované formě.

Modulové dohody o implementaci optického transceiveru

OIF vytvořil dohody o interoperabilitě, aby vytvořil interoperabilitu více dodavatelů pro řadu komponent v modulu, zejména zaměřených na koherentní přenos. Mezi ně patří

  • Integrované polarizační multiplexované kvadraturní modulátory s velkou šířkou pásma[3]
  • Integrované polarizační multiplexované kvadraturní modulované vysílače[4]
  • Integrované koherentní přijímače pro mikrointradynní duální polarizaci[5]

Modulově laditelné dohody o implementaci laseru

OIF vytvořil dohody o interoperabilitě, aby vytvořil interoperabilitu více dodavatelů pro laditelné lasery, které se někdy používají v optických modulech. Mezi ně patří

  • Integrovatelná laditelná laserová sestava s více zdroji[6]
  • Dohoda o implementaci laditelného laserového sestavy integrovatelná do mikro zařízení [7]

Ekvivalent elektrického kabelu

40Gb QSFP + měděný twinax kabel

Někdy je optický modul nahrazen modulem elektrického rozhraní, který implementuje aktivní nebo pasivní elektrické připojení k vnějšímu světu. Používá se, když je spojení krátké, zejména když se připojujete k přepínači v horní části stojanu.

Optický modul MSA na předním panelu

Mnoho Vícezdrojové dohody (MSA) v průběhu let v odvětví optických modulů přicházely a odcházely.

Moduly čelního panelu rodiny SFP a QSFP

SFP deska 2

The Malý připojitelný vysílač / přijímač (SFP) Společnost MSA v průběhu let specifikovala mnoho tvarových faktorů optických modulů.

Transceiver QSFP-40G-SR4
MPO-konektor QSFP

Moduly čelního panelu řady CFP

The C form-factor pluggable (SRP) je MSA mezi konkurenčními výrobci pro společný tvarový faktor pro přenos vysokorychlostních digitálních signálů. Písmeno „C“ v názvu znamená latinské písmeno C používané k vyjádření čísla 100 (centum), protože standard byl primárně vyvinut pro 100 Gigabit Ethernet systémy.[10]

Původní specifikace CFP byla navržena v době, kdy signály 10 Gbit / s byly mnohem dosažitelnější než signály 25 Gbit / s. Aby bylo možné dosáhnout rychlosti linky 100 Gbit / s, bylo nejdostupnější řešení založeno na 10 pruzích 10 Gbit / s. Jak se však dalo očekávat, vylepšení technologie umožnily vyšší výkon a vyšší hustotu. Proto byl vyvinut specifikace CFP2 a CFP4. I když jsou elektricky podobné, specifikují tvarový faktor 1/2 a 1/4 velikosti původní specifikace. Pamatujte, že moduly CFP, CFP2 a CFP4 nejsou vzájemně zaměnitelné (ale jsou interoperabilní na optickém rozhraní s příslušnými konektory).

Moduly předního panelu XENPAK, XPAK a X2

XENPAK MSA byl veřejně oznámen 12. března 2001 a první revize dokumentu byla veřejně vydána 7. května 2001 a byla vícezdrojová dohoda (MSA), na podnět Agilent Technologies a Agere systémy, který definuje a optické vlákno nebo kabelové vysílač modul, který odpovídá 10 Gigabit Ethernet (10GbE) standardu Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) Pracovní skupina 802.3. XENPAK byl nahrazen kompaktnějšími zařízeními poskytujícími stejnou funkčnost. Nejnovější revize MSA, vydání 3.0, byla publikována 18. září 2002. Výsledek zahrnoval všechny typy závislé na fyzických médiích (PMD) definované v té době IEEE pro 802.3ae 10GbE.[11] Brzy poté, co byl standard zaveden v roce 2001, se objevily dva související standardy: XPAK a X2. Tyto dva standardy měly stejné elektrické rozhraní jako XENPAK (známý jako XAUI ), ale odlišné mechanické vlastnosti.

Rodina modulů předního panelu XFP

Transceiver Intel XFP (MultiMode Fiber Optics)

XFP (10 Gigabit malý Provedení Pluggable) je standard pro vysílače a přijímače pro vysokou rychlost počítačová síť a telekomunikace odkazy, které používají optické vlákno. To bylo definováno průmyslovou skupinou v roce 2002, spolu s jeho rozhraním k jiným elektrickým součástem, které se nazývá XFI. XFP je o něco větší forma než populární malý připojitelný vysílač / přijímač, SFP a SFP +.

Dohoda o více zdrojích OIF pro 100G dálkový přenosový modul DWDM

Fórum pro optické sítě definovalo modul pro dálkovou optiku. Většina ostatních optických MSA je zaměřena na trh datových center.

Další moduly na předním panelu

  • CPAK - specifický modul společnosti Cisco[12]

Integrovaný optický modul MSA

Nedávným trendem bylo dát zásuvné moduly na vrchol tištěný spoj místo na předním panelu. Dva MSA pracují na implementačních dohodách pro tento trh.

Palubní moduly rodiny COBO

Koalice pro palubní optiku (COBO) byla založena v roce 2014, aby poskytla domov pro standardizaci optických rozhraní, která byla umístěna spíše uprostřed než na předním panelu.[13]

Palubní moduly rodiny CFP

Uživatelé optických modulů

Dvouportový InfiniBand HCA Supermicro AOC-UIBQ-M2
Média a moduly Fibre Channel

Optické moduly používalo více standardů. Některé z těchto prominentnějších standardů jsou popsány níže.

Infiniband

InfiniBand (zkráceně IB) je počítačový síťový komunikační standard používaný ve vysoce výkonných počítačích, který se vyznačuje velmi vysokou propustností a velmi nízkou latencí. Používá se pro datové propojení mezi počítači i uvnitř počítačů. InfiniBand se také používá buď jako přímé nebo přepínané propojení mezi servery a úložnými systémy, jakož i jako propojení mezi úložnými systémy. Infiniband značně využívá optické moduly.[14]

Fibre Channel

Fibre Channel (FC) je vysokorychlostní síťová technologie (běžně běžící na rychlostech 1, 2, 4, 8, 16, 32 a 128 gigabitů za sekundu), která se primárně používá k připojení úložiště dat k serverům. Fibre Channel se používá hlavně v sítě úložišť (SAN) v komerčních datových centrech. Sítě Fibre Channel tvoří a přepínaná látka protože fungují unisono jako jeden velký přepínač. Fibre Channel obvykle běží na optických kabelech uvnitř a mezi datovými centry. Fibre Channel značně využívá optické moduly.[15]

Ethernet

Ethernet je rodina počítačových síťových technologií běžně používaných v lokálních sítích (LAN), metropolitních sítích (MAN) a rozsáhlých sítích (WAN). Ethernet využívá ve svých rozhraních s vyšší rychlostí optické moduly. Reprezentativní rozhraní, která jsou běžně implementována v optických modulech, zahrnují 100GBASE-SR4, 100GBASE-LR4 a 100GBASE-ER4.

Veletrhy zaměřené na optický modul

Logo OFC modré červenec 2014

Hlavní veletrh pro průmysl velkých optických modulů je Konference o optických vláknech (OFC), která se koná každoročně v jižní Kalifornii. Mezi další významné přehlídky pro průmysl patří EHMK v Evropě a FOE v Japonsku.

Viz také

Reference

  1. ^ „Common Electrical I / O (CEI) - Electrical and Jitter Interoperability agreement for 6G + bps, 11G + bps and 25G + bps I / O“ (PDF). OIF. 8. února 2014. Archivovány od originál (PDF) dne 7. listopadu 2017. Citováno 20. července 2017.
  2. ^ „OIF-CFP2-ACO-01.0“ (PDF). 2016-01-22. Archivovány od originál (PDF) dne 2017-12-15. Citováno 2017-05-08.
  3. ^ „Dohoda o implementaci integrovaných polarizačních multiplexovaných kvadraturních modulátorů s velkou šířkou pásma“ (PDF). 2017-01-19. Citováno 2017-07-20.
  4. ^ „Dohoda o implementaci integrovaných polarizačních multiplexovaných kvadraturních modulovaných vysílačů“ (PDF). 2015-05-15. Archivovány od originál (PDF) dne 2016-10-20. Citováno 2017-07-20.
  5. ^ „Dohoda o implementaci integrovaných duální polarizace koherentních mikrointradynových přijímačů“ (PDF). 31.03.2015. Archivovány od originál (PDF) dne 2017-10-31. Citováno 2017-07-20.
  6. ^ „Integrable Tunable Laser Assembly MultiSource Agreement“ (PDF). 13. 7. 2015. Archivovány od originál (PDF) dne 2017-11-07. Citováno 2017-07-21.
  7. ^ „Dohoda o implementaci laditelného laserového sestavení IMicro Integrovatelná 13. 7. 2015“ (PDF). Archivovány od originál (PDF) dne 2016-08-04. Citováno 2017-07-21.
  8. ^ Výbor SFF. „Veřejná specifikace QSFP“ (PDF). Výbor SFF. str. 12. Citováno 22. června 2016.
  9. ^ Výbor SFF. „Zásuvné řešení vysílače a přijímače QSFP + 28 Gb / s 4X“ (PDF). str. 5. Citováno 22. června 2016.
  10. ^ „CFP MSA“.
  11. ^ „Vítejte na Vítejte na XENPAK.org“. Archivovány od originál dne 18. prosince 2008. Citováno 7. května 2011.
  12. ^ „Datový list modulů Cisco CPAK 100 GBASE“.
  13. ^ „Koalice pro palubní optiku“. 2017-07-20. Citováno 2017-07-20.
  14. ^ "VLOŽENÉ SKLADOVÁNÍ VYSOKÉ HUSTOTY | SFA14K | DDN".
  15. ^ Preston, W. Curtis (2002). "Fibre Channel Architecture". Používání SAN a NAS. Sebastopol, CA: O'Reilly Media. 19–39. ISBN  978-0-596-00153-7. OCLC  472853124.

externí odkazy