Која је сврха оптичког примопредајника?

 

Многи људи можда нису упознати са термином "оптички примопредајник". Али сваки пут када претражујете ТикТок, упућујете видео позиве или складиштите датотеке у складиште у облаку, овај мали уређај тихо ради иза сцене.

 

 

Прво, хајде да разумемо шта је оптички примопредајник

 

Оптички примопредајник, који се у индустрији обично назива "оптички модул", у суштини је претварач сигнала.

 

Ваш кућни рутер, комутатор компаније и сервери центра података раде на електричним сигналима. Али електрични сигнали имају велики проблем-они не путују много далеко. Са бакарним кабловима, 10Г сигнал може да путује само 30-50 метара пре него што се поквари, и изузетно је подложан сметњама; чак и мотор који ради у близини може да изазове проблеме.

Оптички сигнали су различити. Теоретски, оптички сигнали у једном-модном влакну могу да путују стотинама километара, са апсурдно великим пропусним опсегом; једно влакно танко као људска коса може истовремено пренети десетине терабајта података.

Али ево проблема: уређаји не могу да обрађују оптичке сигнале.

 

 

Зато су нам оптички модули потребни као "преводиоци":

Приликом слања:претварање електричних сигнала у оптичке сигнале и њихово слање у влакно.

Приликом пријема:претварање оптичких сигнала у влакну назад у електричне сигнале за обраду уређаја{0}}то је тако једноставно.

 

Центри података – Највећи потрошачи оптичких модула

 

Дозволите ми да почнем са неким конкретним бројкама. Прошле године сам имао прилику да посетим центар података водећег провајдера облака у Зхангбеију. Особље за операције и одржавање ми је рекло да њихов јединствени кампус има преко 500.000 оптичких модула, и да су мењали неколико стотина сваког месеца из разних разлога; резервни делови су били нагомилани као мале планине у магацину.

А ово је био само један кампус. Укупан збир неколико великих домаћих произвођача лако прелази десет милиона оптичких модула у раду.

 

Зашто користити толико?

Приступ серверу
У данашњим главним дата центрима, сваки сервер је опремљен са најмање два 25Г или 100Г мрежна порта, од којих су сви потребни оптички модули. Сталак са 40 сервера захтевао би 80 оптичких модула само за тај слој сервера.

 

Неки људи питају: "Зашто једноставно не користите бакарне каблове за кратке удаљености?"

Заиста постоји такво решење, које се зове ДАЦ (Дирецт Цоннецт Цоппер Цабле), које је заиста јефтино и ефикасно у кругу од 3 метра. Међутим, не ради преко 3 метра због јаког слабљења сигнала. Каблирање дата центра ретко је уредно и уредно; често укључује заокрете, при чему је 5 или 10 метара прилично уобичајено. У таквим случајевима, оптички модули су неопходни.

 

Спине-Архитектура међусобног повезивања листа

Већина пристојних центара података сада користи архитектуру Спине-Леаф. Леаф прекидачи управљају приступом серверу, док кичмени прекидачи управљају прослеђивањем саобраћаја на исток-запад.

Удаљеност између листа и кичме варира од десетина до неколико стотина метара и углавном је 100Г или више, а главни произвођачи већ прелазе на 400Г.

Према подацима компаније ЛигхтЦоунтинг почетком 2024. године, 100Г оптички модули су и даље највећа категорија у испоруци центара података, али 400Г доживљава запањујући раст, повећавајући се за скоро 80% годишње-у односу на{5}} годину.

Сматрам да ће до 2025. 400Г постати стандард за новоизграђене центре података.

 

 

Интерконекција центара података (ДЦИ)

 

Велике компаније обично имају неколико центара података у граду, што захтева-међуповезивање велике брзине за синхронизацију података и опоравак од катастрофе.

ДЦИ удаљености унутар истог града су обично 10-80 километара. Раније су за овај сценарио коришћени 100Г ЛР4 и ЕР4, али сада се све више усваја 400Г ЗР. ЗР је кохерентни оптички модул, способан да ради на удаљеностима од 80 километара или чак и дуже, са једноталасном дужином од 400Г, што је веома моћно.

 

Прошле године, клијент је желео да успостави директну везу од 400Г између два дата центра удаљена 60 километара. У почетку је план био да се користи традиционална ДВДМ опрема, која би коштала неколико милиона јуана. Касније су прешли на директну везу са 400Г ЗР оптичким модулима, смањујући трошкове за више од половине и значајно поједностављујући одржавање. Ово је сведочанство предности технолошког напретка.

 

Кластери вештачке интелигенције – најтоплији тренд у последње време

 

Велики{0}}модели су постали популарни у последње две године, а захтеви за пропусни опсег мреже за кластере за обуку су једноставно луди.

НВИДИА ДГКС Х100 сервер, са 8 ГПУ-а по машини и сваки ГПУ опремљен са 400Г Етхернет портом, захтева осам 400Г оптичких модула по машини. Постављање кластера од десетина хиљада ГПУ-а би резултирало астрономским трошковима за оптичке модуле.

Прича се да је велики произвођач унапред платио стотине милиона својим добављачима да би обезбедио производни капацитет 800Г оптичког модула.

Лично, сматрам да је потражња за вештачком интелигенцијом дошла пребрзо, а ланац снабдевања оптичких модула је константно тесан. Најдиректнији доказ је да су цене акција неколико водећих произвођача оптичких модула ове године нагло порасле.

Мреже телекомуникационих оператера су традиционално тржиште за оптичке модуле. Иако нису „секси“ као центри података, њихова размера је стабилна.

 

5Г транспортна мрежа

 

5Г базне станице су подељене на три нивоа: ААУ, ДУ и ЦУ. Везе између њих се називају фронтхаул, мидхаул и бацкхаул.

Фронтхаул (ААУ до ДУ) најчешће користи 25Г оптичке модуле, са удаљеностима које углавном не прелазе 20 километара. Овај сегмент има изузетно високе захтеве за кашњење и синхронизацију, коришћењем еЦПРИ протокола, а оптички модули такође имају неке посебне захтеве. Прошле године, у 5Г фронтхаул пројекту са покрајинским мобилним оператером, били су веома строги са тестирањем латенције оптичких модула; неколико серија је враћено због превеликог кашњења. Контрола квалитета је кључна у телеком пројектима.

Мидхаул и бацкхаул користе оптичке модуле са већим брзинама, укључујући 50Г и ​​100Г, и на много већим удаљеностима, потенцијално десетинама километара.

Врхунац увођења 5Г је заправо прошао, али 6Г је у пре-истраживању, тако да има могућности касније.

 

Метрополитан Ареа Нетворкс (МАН) и бацкбоне мреже

 

Мреже градског подручја (МАН) су првенствено мреже којима управљају оператери унутар градова, агрегирајући различити приступни саобраћај и шаљући га до окосне мреже.

Мрежна мрежа је{0}}мрежа за пренос на велике удаљености која обухвата градове и провинције и преноси скоро сав интернет саобраћај. Мреже окоснице морају да користе ДВДМ системе, сабирајући десетине или чак стотине таласних дужина у једно оптичко влакно, при чему свака таласна дужина ради на 100Г или 400Г.

Оптички модули који се користе у овој области су технолошки најнапреднији, првенствено кохерентни оптички модули, и скупи су; један модул може лако коштати десетине хиљада јуана. Искрено, пословање окосне мреже има високе профитне марже, али обим је мали, а база корисника је ограничена на неколико оператера, што чини односе кључним.

 

Захтеви оптичког модула мреже предузећа

 

Цампус Нетворк

Нешто веће компаније ће свакако морати да полажу оптичке каблове између пословних зграда. Најекстремнији пример који сам видео је мрежа кампуса фабрике аутомобила. Подручје фабрике је толико велико да су неке зграде удаљене три или четири километра, захтевајући 10Г ЛР или чак ЕР оптичке модуле.

Пословни клијенти су генерално{0}}осетљиви на цене. Оптички модули произвођача оригиналне опреме (ОЕМ) су прескупи, па ће већина изабрати модуле компатибилне-треће стране. Све док пронађете поузданог добављача, компатибилни модули углавном раде без проблема. Међутим, постоје изузеци. Нека велика државна{6}}предузећа и финансијске институције захтевају коришћење ОЕМ модула у својим процесима набавке, чак и ако су два или три пута скупљи. Захтеви усклађености постоје; нема начина заобићи.

 

Стораге Нетворкс

У пословним центрима података, оптички модули су такође потребни за међусобно повезивање сервера и уређаја за складиштење података.

Постоје два главна система за мреже за складиштење: Фибер Цханнел (ФЦ) и Етхернет. ФЦ је старији протокол, али се и даље широко користи у индустријама попут финансија и здравства због своје стабилности и поузданости.

ФЦ оптички модули имају своје спецификације: 8Г, 16Г и 32Г ФЦ, и не могу се користити наизменично са Етхернет оптичким модулима. Последњих година, НВМе-оФ протокол је стекао популарност, користећи Етхернет за преношење меморијског саобраћаја, а тржишни удео ФЦ-а се постепено смањује. Међутим, овај процес ће бити веома спор јер је постојеће тржиште превелико.

 

Друге примене оптичких модула

 

Индустријски сценарији

Фабричка окружења су оштра, са високим нивоима електромагнетних сметњи и драстичним температурним флуктуацијама, које обични оптички модули не могу да издрже. Индустријски оптички модули{1}} захтевају радни температурни опсег од -40 степени до +85 степени, као и отпорност на вибрације и ударце. Цена је знатно већа од обичних оптичких модула, али индустријски купци нису забринути због додатних трошкова; приоритет им је стабилност.

Пријатељ који ради на пројекту челичане ми је рекао да обични прекидачи једноставно нису употребљиви за мрежну опрему у близини њихових високих пећи; морају да користе опрему индустријског{0}}класа са индустријским-оптичким модулима, иначе ће се мрежа прегрејати и срушити.

 

Емисија и телевизија

ТВ станице такође користе оптичке модуле за интерни пренос видео сигнала, али је протокол мало другачији; то је СДИ преко Фибер.

4К и 8К сигнали ултра-високе- дефиниције имају веома велики пропусни опсег, а компресија доводи до кашњења, што је неприхватљиво за преносе уживо. Због тога, радиодифузна индустрија користи некомпримовани пренос, што поставља веома високе захтеве за пропусни опсег оптичких модула.

 

Војне и специјалне примене

Војни оптички модули су потпуно другачији свет, који захтевају различита очвршћавања и сертификације, а цена је такође у потпуно другој лиги-невероватно скупа. Конкретне детаље није згодно откривати, али укратко, техничке баријере су веома високе и нема много играча који могу да уђу у ово поље.

 

Како одабрати оптички модул?

 

Након што смо разговарали о толиком броју употреба, како одабрати оптички модул у стварном раду?

 

Прво, схватите удаљеност

Оставите мало маргине када бирате оптичке модуле. На пример, ако је измерено растојање 800 метара, бирање

ДР (спецификација од 500 метара) дефинитивно није довољна; треба да користите ФР.

 

Друго, потврдите тип влакна

Вишемодни оптички модули могу да се користе само са вишемодним влакном, а једномодни-модули могу да се користе само са једном-модним влакном. Ако изаберете погрешан тип, модул се неће упалити.

Вишемодно влакно има неколико разреда: ОМ1, ОМ2, ОМ3, ОМ4 и ОМ5. Што је виши степен, дуже је подржано растојање. Тренутно су ОМ3 и ОМ4 мејнстрим. Једномодно влакно-у основи је Г.652, тако да не морате да бринете о моделу.

 

Треће, проверите компатибилност уређаја

Иако оптички модули имају МСА стандард, различити произвођачи опреме и даље примењују различите методе, тако да нису сви нужно компатибилни. Цисцо и Хуавеи опрема имају више ограничења за оптичке модуле-треће стране, а неки захтевају унос командне{2}} линије за препознавање. Ариста и Мелланок су релативно отворенији. Да бисте били сигурни, питајте добављача да ли су га тестирали на циљном уређају. Главни произвођачи компатибилних оптичких модула обично имају листе компатибилности.

 

Четврто, обратите пажњу на потрошњу енергије

Брзи{0}}оптички модули троше све више енергије. 400Г ДР4 модул троши 8-10В, док 400Г ЗР модул може да достигне 15-20В.

Ако су сви оптички модули уграђени у прекидач, укупна потрошња енергије може бити неколико стотина вати, што представља изазов за расипање топлоте. Не заборавите да ово узмете у обзир у свом дизајну како бисте избегли преоптерећење система хлађења дата центра.

 

800Г модули су тренутно веома тражени, а неки модели имају рок испоруке од три до четири месеца. Ако пројекат има густ распоред, неопходно је унапред обезбедити залихе.

 

Решавање проблема са оптичким модулима

 

Линк доле

Почните са најједноставнијим: Да ли је оптички модул безбедно прикључен? Да ли је оптички кабл правилно повезан? Немојте се смејати, неки људи заправо не чују „клик“ када прикључују оптички кабл и мисле да је исправно повезан када није. Затим проверите поларитет влакана. За везе са двоструким-оптикама, предајник (Тк) треба да буде повезан са пријемником (Рк); ако их повежете обрнуто, спречићете да се упали. Ако и даље не ради, користите оптички мерач снаге да измерите снагу преноса и пријема да видите да ли је један од оптичких модула неисправан.

 

Грешке или губитак пакета:

 

Пратите везу да видите који сегмент влакна је неисправан. Ако и даље не можете да пронађете проблем, покушајте да замените оптички модул, влакно или порт-поступком уклањања.

 

Хајде да причамо о неким технолошким трендовима

 

 

800Г и 1.6Т:

 

Силицон Пхотоницс Тецхнологи

Силицијумска фотоника је била популарна дуги низ година.

Искрено, ја лично мислим да је претерано{0}}тржиштено. Теоретски, силицијум фотоника може смањити трошкове и повећати интеграцију, али у стварној масовној производњи, проблеми приноса нису у потпуности решени. Штавише, материјали на бази силицијума{3}} не могу се користити за израду ласера; још увек треба да се мешају и интегришу са материјалима ИИИ-В групе.

Наравно, ово је само моје мишљење; многи у индустрији се не слажу. Интел и Цисцо у великој мери промовишу силицијумску фотонику, и они морају имати своје разлоге.

 

ЦПО (Цо-пакована оптика)

Овај концепт је радикалнији: директно пакује оптички мотор и прекидачки чип заједно. Предност је значајно смањење потрошње енергије и повећање густине пропусног опсега. Недостатак је што се оптички модул не може заменити појединачно; ако један поквари, можда ће морати да се замени цела плоча.

Велике компаније као што су Гоогле и Мета у великој мери промовишу ЦПО, а стварна примена се очекује 2025. или 2026. Међутим, још увек је неизвесно да ли ће постати мејнстрим. Колеге на одржавању се плаше ЦПО: како да га замените ако поквари? Да ли би цео систем требало да буде декомисиониран?

 

Ат Ласт

 

Основна идеја је једноставна: оптички примопредајници су камен темељац модерних комуникационих мрежа, са изузетно широком применом.

Од вашег кућног широкопојасног ОНУ-а до окосне мреже телеком оператера; од пословних канцеларијских мрежа до хиперскаларних центара података; од 5Г базних станица до АИ тренинг кластера-оптички модули су свуда.

Ова индустрија није гламурозна, а техничке баријере нису толико застрашујуће као оне у индустрији чипова, али њена снага лежи у сталном, континуираном расту. АИ талас је дао индустрији значајан подстицај. Ако сте мрежни инжењер, инжењер операција центара података или једноставно заинтересовани за комуникациону индустрију, потрошити неко време на учење о оптичким модулима је дефинитивно вредно труда. Што дуже радите у овој области, то ћете више ценити.