400G Οπτικές Μονάδες στη Διασύνδεση Κέντρων Δεδομένων (DCI)

400G Οπτικές Μονάδες στη Διασύνδεση Κέντρων Δεδομένων (DCI)

         Σύμφωνα με δεδομένα της IDC, έως το 2025, σχεδόν το 80% της παγκόσμιας κίνησης δεδομένων αναμένεται να αποθηκεύεται σε κεντρικούς και περιφερειακούς διακομιστές. Εν τω μεταξύ, ο ρυθμός αύξησης της κίνησης ανατολής-δύσης εντός των κέντρων δεδομένων θα είναι πολύ υψηλότερος από αυτόν της κίνησης βορρά-νότου και της κίνησης μεταξύ κέντρων δεδομένων. Τα παραδοσιακά κέντρα δεδομένων αντικαθίστανται σταδιακά από κέντρα δεδομένων cloud με την εξάπλωση του υπολογιστικού νέφους, γεγονός που έχει τονώσει σημαντικά την αγοραστική ζήτηση για οπτικές μονάδες 400G.

         Συνήθως, οι ανάγκες των πελατών προσαρμόζονται ανάλογα με το σενάριο εφαρμογής. Για μετάδοση WDM μεγάλων αποστάσεων, η απόδοση της μονάδας είναι ένας βασικός παράγοντας για τους πελάτες που επιδιώκουν υψηλότερη χωρητικότητα και μεγαλύτερες αποστάσεις μετάδοσης. Αντίθετα, για μετάδοση μικρών αποστάσεων εντός των κέντρων δεδομένων, το κόστος μετάδοσης είναι πιο κρίσιμο.

Για την επίτευξη υψηλότερης χωρητικότητας, οι οπτικές μονάδες 400G έχουν τρεις κύριες προσεγγίσεις για τη μείωση του κόστους ανά bit:

 * Τεχνολογία PAM4: Η τεχνολογία PAM4 βελτιώνει αποτελεσματικά την αποδοτικότητα χρήσης του εύρους ζώνης. Στην ίδια ταχύτητα baud, ο ρυθμός bit ενός σήματος PAM4 είναι διπλάσιος από αυτόν ενός σήματος NRZ, βελτιώνοντας έτσι την αποδοτικότητα μετάδοσης μειώνοντας ταυτόχρονα το κόστος.

 * Πολλαπλές γραμμές (Multi-lane): Σε σύγκριση με τη μετάδοση 4 γραμμών, οι λύσεις μετάδοσης 8 γραμμών προσφέρουν πλεονεκτήματα στην εξισορρόπηση κόστους και κατανάλωσης ενέργειας.

 * Οπτικά τσιπ υψηλότερης ταχύτητας baud: Αυτά τα τσιπ αυξάνουν τους ρυθμούς μετάδοσης χωρίς να επηρεάζουν την απόσταση μετάδοσης. Διάφορα οπτικά τσιπ ταχύτητας baud 25G (DML, EML, VCSEL) αναβαθμίζονται σταδιακά σε τσιπ ταχύτητας baud 56G.

          Οι οπτικές μονάδες 400G είναι πολύ συνηθισμένες σε εφαρμογές κέντρων δεδομένων. Για παράδειγμα, η μονάδα 400G QSFP-DD XDR4 μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε εφαρμογές breakout 4x100G από ένα QSFP28-FR-100G. Για εφαρμογές DCI, η μονάδα 400G QSFP-DD FR4 υποστηρίζει μετάδοση 2km σε οπτική ίνα μονής λειτουργίας. Οι μονάδες 400G QSFP-DD LR8 και 400G QSFP-DD LR4 υποστηρίζουν μήκη συνδέσεων έως 10km μεταδίδοντας τέσσερα μήκη κύματος CWDM. Επιπλέον, η μονάδα 400G QSFP-DD ER8, σχεδιασμένη για μεγαλύτερες αποστάσεις, μπορεί να καλύψει 40km σε συνδέσεις οπτικών ινών μονής λειτουργίας G.652. Το παρακάτω σχήμα δείχνει τις λύσεις οπτικών μονάδων για δίκτυα κέντρων δεδομένων 400G.

         Με εκατομμύρια οπτικές μονάδες να αναμένεται να χρησιμοποιηθούν σε σταθμούς βάσης 5G, οι πάροχοι χρειάζονται επειγόντως να μειώσουν το κόστος των οπτικών μονάδων στις επενδύσεις υποδομής δικτύων. Επιπλέον, οι οπτικές μονάδες σε δίκτυα τηλεπικοινωνιακών μεταφορών πρέπει να έχουν διάρκεια ζωής άνω των 10 ετών και να υποστηρίζουν αποστάσεις μετάδοσης έως 80km, επιβάλλοντας υψηλότερες απαιτήσεις στην αξιοπιστία και την απόδοση σε σενάρια δικτύων μητροπολιτικών μεταφορών.

        Για την επίτευξη υψηλότερων ρυθμών μετάδοσης και χαμηλότερου κόστους παραγωγής, οι μονάδες 400G για ολοκληρωμένα δίκτυα μητροπολιτικών μεταφορών υιοθετούν τεχνολογίες παρόμοιες με αυτές που χρησιμοποιούνται σε δίκτυα κέντρων δεδομένων:

 * Μονάδες Υψηλότερης Αξιοπιστίας: Χρησιμοποιείται ερμητική συσκευασία για την κάλυψη των απαιτήσεων διάρκειας ζωής 10 ετών και εύρους θερμοκρασίας λειτουργίας από 0 έως 70°C.

 * Δέκτης APD Υψηλής Απόδοσης: Βελτιωμένη ευαισθησία δέκτη.

 * Συνοχή Τεχνολογίας (Coherent Technology): Για την επίτευξη αποστάσεων μετάδοσης πέραν των 80km, οι λύσεις 400G χρησιμοποιούν τεχνολογία συνοχής. Εν τω μεταξύ, με την ανάπτυξη τεχνολογιών ολοκλήρωσης SiP και InP και τη συνεχή εξέλιξη της τεχνολογίας CMOS, οι συνοχές μονάδες τείνουν προς μικρότερο μέγεθος και χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας. Η χαμηλή κατανάλωση ενέργειας και το μικρό μέγεθος των μονάδων 400G ZR τις τοποθετούν για ευρεία εφαρμογή σε σενάρια πρόσβασης μητροπολιτικού άκρου.

Οι συνοχές οπτικές μονάδες εξελίσσονται σε τρεις κατευθύνσεις:

 * Φασματική Απόδοση: Αξιοποιώντας τις συνεχείς προόδους στους αλγορίθμους oDSP για τη βελτίωση της φασματικής απόδοσης και της χωρητικότητας ανά οπτική ίνα.

 * Ταχύτητα Baud: Αύξηση της ταχύτητας baud ανά μήκος κύματος για την επίτευξη υψηλότερου εύρους ζώνης ανά θύρα, μειώνοντας έτσι το κόστος και την κατανάλωση ενέργειας ανά bit.

 * Μικρότερο Μέγεθος και Χαμηλότερη Κατανάλωση Ενέργειας: Υιοθέτηση ολοκληρωμένων οπτοηλεκτρονικών εξαρτημάτων, προηγμένων διαδικασιών κατασκευής και εξειδικευμένων αλγορίθμων oDSP για τη μείωση του μεγέθους και της κατανάλωσης ενέργειας των μονάδων 400G.

Συμπέρασμα

        Οι τρέχουσες κύριες οπτικές μονάδες 400G χρησιμοποιούνται ήδη ευρέως σε διάφορα σενάρια δικτύων, συμπεριλαμβανομένων των δικτύων κέντρων δεδομένων, των δικτύων μητροπολιτικών μεταφορών και των δικτύων μετάδοσης μεγάλων αποστάσεων υψηλής χωρητικότητας. Οι απαιτήσεις για υψηλότερη χωρητικότητα, χαμηλότερο κόστος ανά bit και χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας οδηγούν τις οπτικές μονάδες προς ακόμη υψηλότερους ρυθμούς δεδομένων.