فوتونیک سیلیکون از یک فناوری- طولانی مدت به یک گزینه اصلی در داخل ماژول های قابل اتصال 400G و 800G منتقل شده است. سوال جالب دیگر این نیست که آیا کار می کند یا خیر. این است که کدام قسمت‌های یک ماژول واقعاً ارزانتر می‌شوند، با چه مکانیزمی و در چه شرایطی پس‌انداز از بین می‌رود.
این مقاله ابتدا به این سؤال پاسخ می‌دهد، سپس به معنای تغییر برای کارخانه فیبر غیرفعال است که باید در کنار اپتیک بخرید.
- فوتونیک سیلیکون کاهش می دهدنوریبخشی از هزینه ماژول با جایگزینی قطعات مجزا که به صورت جداگانه مونتاژ شده اند با یک مدار مجتمع فوتونیک (PIC) که از نظر لیتوگرافی تعریف شده است.
- این کار را انجام می دهدنهلیزر، DSP، درایور، TIA یا بسته بندی نوری را بردارید. در 800G، آن موارد - نه فوتونیک - معمولاً بر صورتحساب مواد غالب هستند.
- مقیاس های صرفه جویی با حجم و شمارش خطوط. در واسط‌های-موازی تک حالته کوتاه-مثل DR4 و DR8 بزرگترین و در محصولات مولتی پلکس-کم-حجم-بلند{6}}دسترس یا طول موج{7}}کوچکترین است.
- 800G ارزان تر استدر هر بیت ارسال شدهبیش از 400G عمدتاً به این دلیل که DSP، بسته، رابط و کانال کابل‌کشی در دوبرابر تعداد خطوط مشترک - هستند، نه به این دلیل که قیمت خود اپتیک به نصف کاهش می‌یابد.
- یک ماژول ارزانتر تنها در صورتی شبکه ارزان‌تری تولید می‌کند که کارخانه فیبر برای پذیرش آن نیازی به بازسازی نداشته باشد.
فوتونیک سیلیکونی در واقع چیست؟
فوتونیک سیلیکون از مدارهای مجتمع فوتونی ساخته شده بر روی ویفرهای سیلیکونی-روی-عایق برای انجام عملکردهای نوری استفاده می‌کند: هدایت موج، تقسیم، مدولاسیون، چندگانه‌سازی طول موج و تشخیص. از آنجایی که سازه ها با لیتوگرافی بر روی خطوط 200 میلی متری یا 300 میلی متری سازگار با CMOS تعریف می شوند، صدها مدار نوری یکسان به جای مونتاژ قسمت به قسمت در یک گذر تولید می شوند.
دو محدودیت برای هر بحث هزینه مهم است:
- سیلیکون لیزر نمی کند.نور همچنان از یک منبع III{0}}V - فسفید ایندیوم یا یک لیزر کوانتومی نقطه‌ای - می‌آید که به صورت خارجی جفت شده، برگردان-تراشه متصل شده یا به طور ناهمگن متصل است. گران ترین ماده در ماژول خارج از فرآیند سیلیکون باقی می ماند.
- PIC یک ماژول نیست.یک فرستنده و گیرنده تمام شده همچنان حاوی یک DSP یا Retimer، درایورهای مدولاتور، تقویت کننده های ترانس امپدانس، مدیریت حرارتی، یک ساختار فیبر{0}}و یک بسته هرمتیک یا نیمه{1}هرمتیک است.
بنابراین فوتونیک سیلیکونی به عنوان یک پلت فرم نوری یکپارچه که دسته ای از مراحل مونتاژ را حذف می کند، بهتر درک می شود، نه به عنوان جایگزینی برای کل فرستنده گیرنده.
جایی که پول در یک ماژول 400G یا 800G می رود
| بلوک هزینه | آنچه را پوشش می دهد | اثر فوتونیک سیلیکون |
|---|---|---|
| مدار فوتونیک | موجبرها، مدولاتورها، مالتی پلکسرها، آشکارسازهای نوری ژرمانیومی | کاهش زیاد. ویفر-تکثیر مقیاس، تعداد قطعات به شدت کاهش می یابد |
| منبع لیزر | III{0}} دای لیزر V، جداساز، کنترل طول موج | کم به هیچ. هنوز یک جزء III-V با بازده و محدودیت های عرضه خاص خود است |
| DSP یا Retimer | پردازش سیگنال PAM4، FEC، یکسان سازی | هیچ کدام مستقیم غالباً بزرگترین مورد خط در 800G است |
| آی سی های برق | درایورها، TIAها، کنترل | غیر مستقیم. طراحی مشترک با PIC می‌تواند انگلی و تعداد قطعات را کاهش دهد |
| بسته بندی و کوپلینگ فیبر | تراز، اتصال، آرایه فیبر، هرمتیک، مسیر حرارتی | مختلط. در مجموع ترازهای کمتری وجود دارد، اما جفت شدن در موجبرهای سیلیکونی زیر میکرونی نیازمند آن است |
| آزمون و صلاحیت | تست ویفر، تست ماژول، رایت-در، قابلیت همکاری | کاهش قابل توجه. تست نوری می تواند به سطح ویفر حرکت کند، بنابراین قالب های بد قبل از بسته بندی دور انداخته می شوند |
پنج مکانیزم که هزینه هر بیت را کاهش می دهد
- کاهش تعداد بخش-.توابعی که زمانی به اجزای تراز جداگانه نیاز داشتند به یک طرح لیتوگرافی تبدیل می شوند. هر تراز فعال حذف شده، نیروی کار، زمان تجهیزات و فرصت از دست دادن عملکرد را حذف می کند.
- استهلاک مقیاس ویفر-.توسعه ماسک و فرآیند یک هزینه ثابت است که در کل اجرای ویفر پخش می‌شود، بنابراین هزینه واحد با حجم تجمعی کاهش می‌یابد به‌گونه‌ای که مونتاژ گسسته کاهش می‌یابد.
- تست قبلیغربالگری شناخته شده-قالب-روی ویفر از صرف بسته بندی گران قیمت و اتصال لیزری بر روی قطعاتی که خراب می شوند جلوگیری می کند.
- مقیاس بندی خط.رفتن از چهار خط به هشت، موجبرها و تعدیل‌کننده‌ها را روی همان دای اضافه می‌کند. این تعداد مجموعه‌های نوری جداگانه را دو برابر نمی‌کند.
- باریک شدن زنجیره تامینمحتوای نیمه هادی مرکب به جای پخش شدن در مدولاتورها، آشکارسازها و مالتی پلکسرها در لیزر متمرکز می شود.
چرا 800G برای هر بیت کمتر از 400G هزینه دارد
بهبود هر بیت در یک درگاه 800G بیشتر از طریق اشتراک‌گذاری حاصل می‌شود، و اشتراک‌گذاری از ماژول گذشته است:
- یک DSP، یک بسته، یک کیج، یک هیت سینک و یک رابط مدیریتی اکنون به جای 400 گیگابیت بر ثانیه، 800 گیگابیت بر ثانیه را ارائه می دهند.
- یک پورت سوئیچ، یک اسلات پانل جلو-و یک بودجه برق دو برابر ترافیک را تامین می‌کند. سوئیچ و زیرساخت برق در هر بیت اغلب صرفه جویی بزرگتر است.
- یک کانال کابل کشی دو برابر ظرفیت دارد. یک پیوند 800G-DR8 روی یک فیبر ترانک 16- دو برابر ترافیک پیوند 400G-DR4 روی 8 فیبر، با استفاده از یک رویداد خاتمه، یک رکورد آزمایشی و یک موقعیت وصله حرکت می‌کند.
Breakout دوباره حساب را تغییر می‌دهد: یک پورت 800G-DR8 که به دو پیوند 400G-DR4 تقسیم می‌شود، جایگزین دو پورت 400G در سوئیچ می‌شود، که معمولاً راه ارزان‌تری برای ارائه نقاط پایانی 400G از یک ستون مدرن است. اینجاست که اقتصاد ماژول، ریشه سوئیچ و طراحی کابل کشی دیگر بودجه های جداگانه نیستند - نکته ای که ما در راهنمای خود بیشتر توضیح می دهیم.ماژول های فوتونیک سیلیکونی و کابل فیبر 400G.
دو احتیاط در مورد اعداد منتشر شده اولاً، قیمت‌های خیابانی فرستنده گیرنده به سرعت حرکت می‌کنند و بر اساس حجم، منطقه و وضعیت صلاحیت متفاوت هستند، بنابراین هر رقمی که در مقاله ذکر می‌شود قبل از خواندن کهنه می‌شود. دوم، "هزینه هر بیت" تنها زمانی قابل مقایسه است که کلاس رسیدن، تعداد خطوط و ضریب شکل ثابت نگه داشته شوند. نقل قول ها را برای شماره قطعات خاص با حجم خود مقایسه کنید، نه میانگین تیترها.
وقتی فوتونیک سیلیکونی انتخاب ارزان‌تری نیست
ادغام یک آرگومان تعداد-و-خط-حجم است. در مواردی که این شرایط وجود ندارد، رویکردهای قدیمی اغلب برنده می شوند:
- لینک های بسیار کوتاه در داخل یک قفسه.کابل‌های مسی غیرفعال یا فعال و AOCها برای چند متر ارزانتر و کمتر-می‌مانند. مقایسه ما ازمس و فیبر در مراکز داده هوش مصنوعیمحل قرارگیری کراس اوور را پوشش می دهد.
- عملکرد طولانی و بالا در هر{0}}خط.مدولاتورهای EML و نازک{0}}لیتیوم نیوبات لیتیوم هنوز دارای مزایایی در پهنای باند و توان خروجی برای برخی از برنامه‌های LR، ER و منسجم هستند، جایی که بازده مدولاسیون سیلیکون و از دست دادن درج محدودیت‌های سخت‌تری هستند.
- محصولات کم-حجم یا خاص.کمتر از حجم محموله مشخص، هزینه‌های ماسک ثابت و صلاحیت هرگز مستهلک نمی‌شوند و ساخت مجزا ارزانتر است.
- استقرارهای با محدودیت حرارتیبرخی از مدولاتورهای سیلیکونی به کنترل حرارتی فعال نیاز دارند. در جایی که قدرت و خنک کننده محدودیت الزام آور هستند، قیمت پایین ماژول می تواند بهینه سازی اشتباه باشد.
- زمانی که گیاه فیبر باید تغییر کند.اگر حرکت به یک رابط موازی تک حالت-به معنای ترانک های جدید، پانل های جدید و پنجره تعمیر و نگهداری باشد، کابل کشی مجدد می تواند از صرفه جویی ماژول در سال اول فراتر رود.
هزینه کل مالکیت، نه قیمت ماژول
چهار مورد خارج از سفارش خرید معمولاً پول بیشتری نسبت به تخفیف ماژول منتقل می کنند:
- توان در هر بیتتوان ماژول یک هزینه عملیاتی مکرر است که در سرمایش ضرب می شود. نقشه‌های راه صنعت اکنون اپتیک‌های قابل اتصال خطی (LPO) و اپتیک‌های دریافت خطی (LRO) - را در نظر می‌گیرند که DSP retimer - را کاهش یا حذف می‌کنند به عنوان گام مهم بعدی در کاهش توان ماژول. رانقشه راه اترنت اتحاد اترنتجاهایی که اینها با 800G و 1.6T مطابقت دارند را دنبال می کند. فرم{3}}پاکت های قدرت ضریب در تعریف شده استمشخصات OSFP MSA.
- تراکم بندر.سوئیچینگ{0}}رادیکس بالاتر تعداد سوئیچ‌ها، اپتیک‌ها و کابل‌های مورد نیاز برای یک پارچه را کاهش می‌دهد. این ترکیبات؛ قیمت ماژول ندارد.
- دوباره کاری و خرابی.یک خطای قطبیت یا یک فرول آلوده که در حین نوبت{0}}کشف می‌شود، دقیقاً در همان لحظه‌ای که گران‌ترین ساعت‌ها هستند، هزینه‌های مهندسی را به همراه دارد.
- اختلال ارتقا.فیبر یک بار نصب شده و استفاده مجدد در سه نسل ماژول به طور چشمگیری ارزان تر از فیبر نصب شده سه بار است.
این برای گیاه فیبر چه معنی دارد
یک ماژول ارزانتر، پیوند کاری ایجاد نمی‌کند. فرستنده و گیرنده باید با نوع فیبر، رابط رابط، قطبیت و بودجه تلفات مطابقت داشته باشد.
حالت تک-پیش‌فرض می‌شود
اکثر رابط‌های فوتونیک سیلیکونی کوتاه-دسترسی 400G و 800G، حالت تک-موازی دارند. فیبر G.652.D، با کابل OS2 و مشخص شده درITU{0}}توصیه G.652، از رابط های DR، FR و LR در فواصل موجود در سالن داده یا محوطه دانشگاه پشتیبانی می کند و نصب را به یک نسل چند حالته متصل نمی کند. برای پیش‌زمینه خود فیبر، به نمای کلی ما مراجعه کنیدویژگی های فیبر تک حالته-.
کانکتور باید با رابط مطابقت داشته باشد، نه نرخ خط
| رابط | خطوط | کانکتور ماژول معمولی | الیاف در حال استفاده |
|---|---|---|---|
| 400G-DR4 | 4 × 100G | MPO-12 | 8 |
| 400G-FR4 / LR4 | 4 طول موج، 1 جفت فیبر | ال سی دوبلکس | 2 |
| ۸۰۰G-DR8 | 8 × 100G | MPO-16 | 16 |
| ۸۰۰G-۲×DR4 | 2 × 4 × 100G | دو MPO-12 | 16 |
| ۸۰۰G-۲×FR4 | طول موج 2×4 | ال سی دوبلکس | 4 |
بنابراین، دو ماژول با برچسب 800G می‌توانند به مجموعه‌های کابل کاملاً متفاوتی نیاز داشته باشند. تعاریف رابط از کار IEEE 802.3 آمده است:P802.3dfبرای 400G و 800G در 100G در هر خط، وP802.3djبرای 200G در هر خط و 1.6T. فاکتور فرم یک محور جداگانه است دوباره - یادداشت های ما را در مورد مشاهده کنیدماژول QSFP-DD DR4و در۸۰۰G OSFP، و رویMPO 16 فیبر برای 800G استفاده می شود.
یک نمونه کار شده
یک پیوند 400G-DR4-به-به ستون فقرات، 120 متر، که از دو وصله پانل می‌گذرد را در نظر بگیرید:
- کانال: ماژول → سیم تجهیزات → پانل → سیستم عامل2 12-تنه فیبر MPO → پانل → سیم تجهیزات → ماژول. یعنی چهار جفت MPO جفت شده.
- تضعیف فیبر: 120 متر در تقریباً 0.35 دسی بل در کیلومتر در 1310 نانومتر حدود 0.04 دسی بل می دهد. در این طول ناچیز است.
- از دست دادن رابط: چهار جفت جفت شده در 0.35 دسی بل معمولاً 1.4 دسی بل را می دهد. در 0.5 دسی بل بدترین-درجه، 2.0 دسی بل.
- در مقابل مقدار مجاز کانال DR-در منطقه 4 دسی بل، طراحی دارای حاشیه - است، اما در بدترین حالت، پنجمین نقطه وصله-از دست دادن بیشتر آن را مصرف می‌کند.
قانون کلی مثال نشان می دهد: در 400G و 800G، تعداد جفت های جفت شده بیشتر از طول اهمیت دارد. به جای یک رقم عمومی، مقدار مجاز را در برابر برگه داده ماژول خاص و بند IEEE تأیید کنید و مجموعه‌های{3}}کم تلفات را در جایی که کانال دارای سه یا بیشتر جفت جفت است، مشخص کنید.
قطبیت و تمیزی
قطبیت باید در کل کانال - تنه، نوار کاست، مهار، شکاف و سیم‌های تجهیزات با هم برنامه‌ریزی شود - زیرا کانالی که از اجزای جداگانه درست جمع‌آوری شده است همچنان می‌تواند سرتاسر اشتباه باشد. روش قطبیت را قبل از سفارش مستند کنید، نه بعد از رسیدن ترانک.
آلودگی حالت خرابی دیگری است که با شمارش خطوط به شدت کاهش می‌یابد، زیرا یک فرول MPO 12 یا 16 فیبر را در یک وجه انتهایی متمرکز می‌کند و یک ذره می‌تواند یک خط را پایین بیاورد. قبل از جفت گیری بازرسی کنید، زمانی که بازرسی ناموفق بود تمیز کنید، دوباره بررسی کنید و دنباله را به عنوان مرحله نصب به جای مرحله عیب یابی در نظر بگیرید. ماراهنمای بازرسی و تمیز کردن MPOرویه عملی و معیارهای پذیرش IEC 61300-3-35 را پوشش می دهد.
سوالات متداول
س: آیا یک ماژول فوتونیک سیلیکونی همیشه ارزانتر از یک ماژول مبتنی بر EML{0}}است؟
پاسخ: خیر. معمولاً در محصولاتی با حجم-بالا، کوتاه-دسترس-خط- بالا مانند DR4 و DR8 ارزانتر است. برای دسترسی طولانی، حجم کم یا برنامه‌هایی که به عملکرد نوری در هر{7}خط بالا نیاز دارند، EML و معماری‌های دیگر همچنان می‌توانند مقرون به صرفه‌تر باشند.
س: گران ترین قسمت یک ماژول 800G چیست؟
A: به طور معمول DSP، به دنبال لیزر و بسته بندی نوری. فوتونیک سیلیکون به مدار فوتونیک و بخشی از هزینه مونتاژ می پردازد، به همین دلیل است که قیمت ماژول کاهش می یابد اما فرو نمی ریزد.
س: آیا فوتونیک سیلیکون مصرف برق را کاهش می دهد؟
ج: غیر مستقیم. یکپارچه سازی مسیرهای الکتریکی را کوتاه می کند و انگل ها را کاهش می دهد، اما زمان سنج DSP بر توان ماژول در 800G غالب است. کاهش بیشتر توان در نقشه‌های راه کنونی ناشی از اپتیک‌های گیرنده خطی و قابل اتصال خطی است که DSP را کاهش یا حذف می‌کند.
س: آیا ماژول های فوتونیک سیلیکون به فیبر خاصی نیاز دارند؟
پاسخ: هیچ نوع فیبر خاصی وجود ندارد، اما اکثر طرح‌های{0}}دسترسی کوتاه، حالت تک-موازی دارند، بنابراین به جای چند حالته، به OS2 با تعداد فیبر و رابط صحیح برای رابط نیاز دارند.
س: آیا می توانم از ترانک های موجود 400G MPO-12 برای 800G دوباره استفاده کنم؟
ج: گاهی اوقات یک ماژول 800G-2×DR4 با استفاده از دو رابط MPO-12 می‌تواند دوباره از آنها استفاده کند. یک ماژول 800G-DR8 با استفاده از یک MPO-16 نمی تواند، زیرا نقشه برداری خط و تعداد فیبر متفاوت است.
س: آیا 800G دو برابر قیمت 400G است؟
پاسخ: به طور کلی خیر. از آنجایی که DSP، پکیج، پورت سوئیچ و کانال کابل کشی دو برابر ظرفیت مشترک هستند، هزینه هر بیت کاهش می یابد حتی زمانی که قیمت واحد ماژول افزایش می یابد.
س: چگونه می توانم ادعاهای هزینه فروشنده را به طور منصفانه مقایسه کنم؟
پاسخ: کلاس دسترسی، تعداد خطوط و ضریب شکل را ثابت کنید، سپس بر اساس هر پورت از جمله ماژول، پورت سوئیچ، برق و کابل‌کشی مقایسه کنید. مقایسه یک 800G-DR8 با یک 400G-FR4 بسیار کمی به شما می گوید.
خط پایین
فوتونیک سیلیکون واقعاً ساختار هزینه اپتیک های 400G و 800G را تغییر می دهد، اما این کار را با فشرده کردن یک قسمت از صورتحساب مواد - مدار فوتونیک و مراحل مونتاژ اطراف آن - انجام می دهد و در عین حال لیزر، DSP و بسته بندی را تا حد زیادی دست نخورده باقی می گذارد. صرفه جویی در ترکیب در سطح سیستم ظاهر می شود: پورت های کمتر، کابل های کمتر، توان کمتر در هر بیت، و یک کارخانه فیبری که در ارتقای بعدی زنده می ماند.
آخرین مورد همان چیزی است که خریداران مستقیماً کنترل می کنند. ماژول یک تصمیم سه-ساله است. تنه ده-ساله است.
درست گرفتن سمت منفعل
زمانی که کانال شامل شکست، فرمت‌های اتصال مختلط، بودجه‌های کم از دست دادن یا انتقال مرحله‌ای - در مواردی که مونتاژ کاتالوگ با نقشه خط مطابقت ندارد، ارزش تعیین کابل‌کشی سفارشی را دارد. اگر این پروژه شما را توصیف می کند، مدل فرستنده گیرنده، رابط، فاصله پیوند و الزامات شکست را ارسال کنید، و ما می توانیم از صفحه داده به یک دیتاشیت کار کنیم.مونتاژ کابل فیبر نوری سفارشیبا قطبیت منطبق و درج{0}}سوابق تست ضرر.