סיליקון פוטוניקת עברה מטכנולוגיה-מובטחת ארוכת שנים לאפשרות מיינסטרים בתוך מודולים ניתנים לחיבור של 400G ו-800G. השאלה המעניינת היא כבר לא אם זה עובד. זה אילו חלקים של מודול בעצם זולים יותר, באיזה מנגנון ובאילו תנאים החיסכון נעלם.
מאמר זה עונה על השאלה הזו תחילה, ואז מכסה את המשמעות של השינוי עבור מפעל הסיבים הפסיביים שאתה צריך לקנות לצד האופטיקה.
- פוטוניקת סיליקון מורידה אתאוֹפּטִיחלק מעלות המודול על ידי החלפת חלקים נפרדים שהורכבו בנפרד במעגל משולב פוטוני אחד (PIC) המוגדר ליטוגרפית.
- זה כןלֹאלהסיר את הלייזר, ה-DSP, הדרייבר, ה-TIA או האריזה האופטית. ב-800G, הפריטים האלה - ולא הפוטוניקה - שולטים בדרך כלל באוסף החומרים.
- מאזני החיסכון עם נפח וספירת נתיבים. הוא הגדול ביותר בממשקי מצב יחיד-מקבילי טווח-קצר כמו DR4 ו-DR8, והקטן ביותר במוצרים המשולבים ב-נפח נמוך, בטווח-ארוך או באורך גל-.
- 800G יותר זוללכל סיביות משודרתמ-400G בעיקר בגלל שה-DSP, החבילה, המחבר וערוץ הכבלים משותפים על פני פי שניים יותר נתיבים - לא בגלל שהאופטיקה עצמה יורדת בחצי.
- מודול זול יותר מייצר רשת זולה יותר רק אם לא צריך לבנות מחדש את מפעל הסיבים כדי לקבל אותו.
מהי בעצם סיליקון פוטוניקת
סיליקון פוטוניקת משתמשת במעגלים משולבים פוטוניים הבנויים על סיליקון-על- פרוסות מבודדות כדי לבצע פונקציות אופטיות: הנחיית גל, פיצול, אפנון, ריבוי אורכי גל וזיהוי. מכיוון שהמבנים מוגדרים על ידי ליתוגרפיה בקווי CMOS-תואמים 200 מ"מ או 300 מ"מ, מאות מעגלים אופטיים זהים מיוצרים במעבר אחד במקום להיות מורכבים חלק אחר חלק.
שני גבולות חשובים לכל דיון בעלויות:
- סיליקון לא מפסיק.האור עדיין מגיע ממקור III-V - אינדיום פוספיד או מלייזר קוונטי-נקודות - שמקושר חיצונית, הפוך-שבב מחובר או מחובר בצורה הטרוגנית. החומר היקר ביותר במודול נשאר מחוץ לתהליך הסיליקון.
- PIC אינו מודול.מקלט משדר מוגמר עדיין מכיל DSP או רטימר, דרייברים של אפנן, מגברי טרנס-אימפדנס, ניהול תרמי, מבנה-צימוד סיבים וחבילה הרמטית או-למחצה.
לפיכך, פוטוניקת סיליקון מובן בצורה הטובה ביותר כפלטפורמה אופטית משולבת המסירה מחלקה של שלבי הרכבה, לא כתחליף למקלט המשדר כולו.
לאן הולך הכסף במודול 400G או 800G
| חסימת עלויות | מה זה מכסה | השפעת פוטוניקת סיליקון |
|---|---|---|
| מעגל פוטוני | מוליכי גלים, מאפננים, מרבבים, גלאי צילום גרמניום | הפחתה גדולה. שכפול בקנה מידה- של רקיק, ספירת החלקים יורדת בחדות |
| מקור לייזר | III-משטח לייזר V, מבודד, בקרת אורך גל | מעט עד אין. עדיין רכיב III-V עם אילוצי תשואה ואספקה משלו |
| DSP או ריטיימר | עיבוד אותות PAM4, FEC, שוויון | אין ישירות. לעתים קרובות פריט השורה הגדול ביותר ב-800G |
| ICs חשמליים | נהגים, TIAs, שליטה | עָקִיף. שיתוף-עם ה-PIC יכול להפחית טפילים וספירת חלקים |
| אריזה וצימוד סיבים | יישור, חיבור, מערך סיבים, הרמטיות, נתיב תרמי | מְעוּרָב. פחות יישורים בסך הכל, אך צימוד למובילי גל סיליקון תת-מיקרוניים הוא תובעני |
| מבחן והסמכה | בדיקת וואפר, בדיקת מודול, צריבה-, יכולת פעולה הדדית | הפחתה משמעותית. בדיקה אופטית יכולה לעבור לרמת רקיק, ולכן קוביות רעות נזרקות לפני האריזה |
חמישה מנגנונים שמוזילים את העלות לביט
- הפחתת מספר-חלקים.פונקציות שפעם דרשו רכיבים מיושרים בנפרד הופכות לפריסה ליטוגרפית אחת. כל יישור פעיל שבוטל מסיר עבודה, זמן ציוד והזדמנות לאובדן תשואה.
- הפחתת קנה המידה של-wafer.פיתוח מסכות ותהליך הוא עלות קבועה המתפרסת על פני כל רצף הפרוסים, כך שעלות היחידה יורדת עם הנפח המצטבר באופן שהרכבה בדידה אינה עושה זאת.
- בדיקה מוקדמת יותר.הקרנת מתות ידועה-טובה-על הפרוסה מונעת הוצאת אריזה וחיבור לייזר יקרים על חלקים שיכשלו.
- קנה מידה נתיב.מעבר מארבעה נתיבים לשמונה מוסיף מוליכי גל ומאפננים על אותו קובייה. זה לא מכפיל את מספר המכלולים האופטיים המטופלים בנפרד.
- צמצום שרשרת האספקה.תוכן מוליך למחצה מורכב- מרוכז בלייזר במקום להתפזר על פני מאפננים, גלאים ומרבבים.
מדוע 800G עולה פחות לביט מ-400G
השיפור לכל-סיביות ביציאת 800G מגיע בעיקר משיתוף, והשיתוף עובר מעבר למודול:
- DSP אחד, חבילה אחת, כלוב אחד, גוף קירור אחד וממשק ניהול אחד משרתים כעת 800 Gb/s במקום 400 Gb/s.
- יציאת מתג אחת, חריץ אחד-ללוח קדמי ותקציב כוח אחד משרתים פי שניים מהתנועה. תשתיות מתג ותשתית חשמל לסיביות הן לרוב החיסכון הגדול יותר.
- ערוץ כבלים אחד נושא פי שניים מהקיבולת. קישור 800G-DR8 על גבי טראנק של 16-סיבים זז פי שניים מהתנועה של קישור 400G-DR4 על פני 8 סיבים, תוך שימוש באירוע סיום אחד, רשומת בדיקה אחת ומיקום תיקון אחד.
פריצה משנה שוב את החשבון: יציאת 800G-DR8 יחידה מפוצלת לשני קישורי 400G-DR4 מחליפה שתי יציאות 400G במתג, שהיא בדרך כלל הדרך הזולה יותר לשרת נקודות קצה של 400G מעמוד השדרה המודרני. זה המקום שבו כלכלת המודול, רדיוס המתגים ועיצוב הכבלים מפסיקים להיות תקציבים נפרדים - נקודה שאנו מפתחים בהמשך במדריך שלנומודולי סיליקון פוטוניים וכבלי סיבים של 400G.
שתי אזהרות לגבי מספרים שפורסמו. ראשית, מחירי הרחובות של מקלטי משדר נעים במהירות ומשתנים לפי נפח, אזור ומעמד הסמכה, כך שכל נתון שצוטט במאמר מעופש לפני קריאתו. שנית, "עלות לביט" ניתנת להשוואה רק כאשר דרגת הגעה, ספירת נתיבים ומקדם הצורה נשמרים קבועים. השווה הצעות מחיר עבור מספרי חלקים ספציפיים בנפח שלך, לא בממוצעי כותרות.
כאשר פוטוניקת סיליקון היא לא הבחירה הזולה יותר
אינטגרציה היא ארגומנט ספירת נפח-ו-נתיב-. כאשר התנאים הללו נעדרים, הגישות הישנות יותר מנצחות לעתים קרובות:
- קישורים קצרים מאוד בתוך מתלה.כבלי נחושת פסיביים או אקטיביים ו-AOC נשארים זולים יותר והספק נמוך יותר- למשך כמה מטרים. ההשוואה שלנו שלנחושת וסיבים במרכזי נתונים בינה מלאכותיתמכסה במקום שבו יושב הקרוסאובר.
- טווח הגעה ארוך וביצועים גבוהים לכל-נתיב.מאפננים EML ו-סרטי ליתיום ניובאט דק עדיין מחזיקים ביתרונות ברוחב פס והספק פלט עבור כמה יישומי LR, ER ויישומים קוהרנטיים, שבהם יעילות האפנון של הסיליקון ואובדן ההחדרה הם אילוצים קשים יותר.
- מוצרי-נפח נמוך או נישה.מתחת לנפח משלוח מסוים, עלויות המסכה וההסמכה הקבועות לעולם אינן מופחתות ובנייה בדידה זולה יותר.
- פריסות מוגבלות תרמית.חלק ממאפני סיליקון צריכים בקרה תרמית אקטיבית. כאשר כוח וקירור הם המגבלה המחייבת, מחיר מודול נמוך יותר יכול להיות אופטימיזציה שגויה.
- כאשר צמח הסיבים צריך לשנות.אם מעבר לממשק מקביל של מצב יחיד- פירושו תא מטען חדש, לוחות חדשים וחלון תחזוקה, העיבוד מחדש יכול לחרוג מהחיסכון במודול בשנה הראשונה.
עלות הבעלות הכוללת, לא מחיר המודול
ארבעה פריטים מחוץ להזמנת הרכש מזיזים בדרך כלל יותר כסף מהנחת המודול:
- כוח לביט.כוח מודול הוא עלות תפעול חוזרת כפולה בקירור. מפות הדרכים של התעשייה מתייחסות כעת לאופטיקה ניתנת לחיבור ליניארי (LPO) ואופטיקה לקבלה ליניארית (LRO) - אשר מפחיתה או מסירה את ה-Retimer DSP - כשלב המשמעותי הבא בהפחתת הספק המודול; אתEthernet Alliance Ethernet מפת דרכיםמסלולים שבהם אלה מתאימים ל-800G ו-1.6T. מעטפות כוח של גורם-טופס מוגדרות ב-מפרטי OSFP MSA.
- צפיפות הנמל.מיתוג -רדיקס גבוה יותר מפחית את מספר המתגים, האופטיקה והכבלים הדרושים לאותו מארג. זה תרכובות; מחיר המודול לא.
- עבודה מחדש וזמני השבתה.שגיאת קוטביות או חיסום מזוהם שהתגלו במהלך-העלאה עולים שעות הנדסה בדיוק ברגע שבו הם היקרים ביותר.
- שיבוש שדרוג.סיבים המותקנים פעם אחת ומשתמשים בהם מחדש על פני שלושה דורות של מודול זולים באופן דרמטי מסיבים שהותקנו שלוש פעמים.
מה זה אומר על צמח הסיבים
מודול זול יותר אינו יוצר קישור עובד. יש להתאים את מקלט המשדר לסוג הסיבים, ממשק המחברים, הקוטביות ותקציב האובדן.
מצב יחיד- הופך לברירת המחדל
רוב ממשקי הסיליקון הפוטוניים של-הטווח קצר 400G ו-800G הם במצב יחיד- מקביל. סיב G.652.D, כבל כ-OS2 ומפורט בITU-T Recommendation G.652, תומך בממשקי DR, FR ו-LR על המרחקים המצויים באולם נתונים או בקמפוס, ואינו קושר את ההתקנה לדור רב-מודים אחד. לרקע על הסיב עצמו, עיין בסקירה הכללית שלנו שלמאפייני סיבים-יחידים.
המחבר חייב להתאים לממשק, לא לקצב הקו
| מִמְשָׁק | נתיבים | מחבר מודול טיפוסי | סיבים בשימוש |
|---|---|---|---|
| 400G-DR4 | 4 × 100G | MPO-12 | 8 |
| 400G-FR4 / LR4 | 4 אורכי גל, זוג סיבים אחד | דופלקס LC | 2 |
| 800G-DR8 | 8 × 100G | MPO-16 | 16 |
| 800G-2×DR4 | 2 × 4 × 100G | שני MPO-12 | 16 |
| 800G-2×FR4 | 2 × 4 אורכי גל | שני דופלקס LC | 4 |
שני מודולים שניהם עם התווית 800G יכולים אפוא להזדקק למכלולי כבלים שונים לחלוטין. הגדרות הממשק מגיעות מעבודת IEEE 802.3:P802.3dfעבור 400G ו-800G ב-100G לכל נתיב, וP802.3djעבור 200G לכל נתיב ו-1.6T. גורם הצורה הוא שוב ציר נפרד - ראה את ההערות שלנו עלמודול QSFP-DD DR4והלאה800G OSFP, ועל הMPO 16 סיבים בשימוש עבור 800G.
דוגמה עובדת
שקול קישור 400G-DR4-ל-עמוד השדרה, 120 מ', העובר דרך שני לוחות תיקון:
- ערוץ: מודול → כבל ציוד → פאנל → מערכת הפעלה2 12-מסיב MPO תא מטען → פאנל → כבל ציוד → מודול. כלומר ארבעה זוגות MPO מזווגים.
- הנחתה של סיבים: 120 מ' בכ-0.35 דציבל לק"מ ב-1310 ננומטר נותן בערך 0.04 דציבל. זניח באורך הזה.
- אובדן מחברים: ארבעה זוגות מזווגים ב-0.35 dB אופייני נותן 1.4 dB; בציון הגרוע ביותר של 0.5 dB-, 2.0 dB.
- לעומת קצבת ערוץ DR-באזור של 4 dB, לעיצוב יש שוליים - אבל נקודת תיקון חמישית במקרה הגרוע ביותר-אובדן במקרה הרע תצרוך את רובו.
הכלל הכללי שהדוגמה ממחישה: ב-400G ו-800G, מספר הזוגות המשודכים חשוב יותר מהאורך. אמת את ההפרשה מול גיליון הנתונים המודול הספציפי וסעיף IEEE במקום נתון גנרי, וציין מכלולי אובדן- נמוכים שבהם לערוץ יש שלושה זוגות משודכים או יותר.
קוטביות וניקיון
יש לתכנן את הקוטביות על פני כל הערוץ - גזעים, קלטות, רתמות, פריצות וכבלי ציוד יחד - מכיוון שתעלה המורכבת מרכיבים נכונים בנפרד עדיין יכולה להיות שגויה מקצה לקצה. תעדו את שיטת הקוטביות לפני ההזמנה, לא לאחר הגעת הגזעים.
זיהום הוא מצב הכשל השני שמתרחב בצורה גרועה עם ספירת נתיבים, מכיוון שחוזת MPO מרכזת 12 או 16 סיבים בחזית קצה אחת וחלקיק בודד יכול להוריד נתיב. בדוק לפני ההזדווגות, נקה כאשר הבדיקה נכשלת, בדוק מחדש והתייחס לרצף כשלב התקנה ולא כשלב פתרון בעיות. שֶׁלָנוּמדריך בדיקה וניקוי של MPOמכסה את ההליך המעשי ואת קריטריוני הקבלה של IEC 61300-3-35.
שאלות נפוצות
ש: האם מודול פוטוני סיליקון תמיד זול יותר ממודול מבוסס EML-?
ת: לא. זה בדרך כלל זול יותר במוצרים-בנפח גבוה, טווח-קצר, ספירת-נתיבים- גבוהה כגון DR4 ו-DR8. עבור טווח הגעה ארוך, נפח נמוך או יישומים הזקוקים לביצועים אופטיים גבוהים לכל-נתיב, EML וארכיטקטורות אחרות עדיין יכולות להיות חסכוניות יותר.
ש: מהו החלק היקר ביותר במודול 800G?
ת: בדרך כלל ה-DSP, ואחריו הלייזר והאריזה האופטית. סיליקון פוטוניק מתייחס למעגל הפוטוני ולחלק מעלות ההרכבה, וזו הסיבה שמחירי המודולים יורדים אך אינם קורסים.
ש: האם פוטוניקת סיליקון מפחיתה את צריכת החשמל?
ת: בעקיפין. האינטגרציה מקצרת נתיבים חשמליים ומפחיתה טפילים, אך ה-Retimer DSP שולט בהספק המודול ב-800G. הפחתות ההספק הגדולות יותר במפות הדרכים הנוכחיות מגיעות מאופטיקה ליניארית הניתנת לחיבור וליניארית, שמפחיתה או מסירה את ה-DSP הזה.
ש: האם מודולי סיליקון פוטוניים זקוקים לסיבים מיוחדים?
ת: אין סוג סיבים מיוחד, אבל רוב העיצובים לטווח קצר- הם במצב יחיד- מקביל, כך שהם צריכים OS2 ולא מולטי-מוד, עם ספירת הסיבים והמחבר הנכונים עבור הממשק.
ש: האם אוכל לעשות שימוש חוזר ב-400G MPO-12 Trunks הקיימים שלי עבור 800G?
ת: לפעמים. מודול 800G-2×DR4 המשתמש בשני ממשקי MPO-12 יכול לעשות בהם שימוש חוזר. מודול 800G-DR8 המשתמש ב-MPO-16 יחיד אינו יכול, מכיוון שמיפוי הנתיבים וספירת הסיבים שונים.
ש: האם 800G הוא פי שניים מהמחיר של 400G?
ת: בדרך כלל לא. מכיוון שה-DSP, החבילה, יציאת המתג וערוץ הכבלים משותפים על פני קיבולת כפולה, העלות לביט יורדת גם כאשר מחיר היחידה של המודול עולה.
ש: כיצד אוכל להשוות תביעות על עלות ספקים בצורה הוגנת?
ת: תקן את דרגת טווח ההגעה, ספירת הנתיבים ומקדם הצורה, ולאחר מכן השווה על בסיס-יציאה כולל מודול, יציאת מתג, מתח וכבלים. השוואת 800G-DR8 מול 400G-FR4 אומרת לך מעט מאוד.
שורה תחתונה
סיליקון פוטוניקת משנה באמת את מבנה העלויות של אופטיקה של 400G ו-800G, אך היא עושה זאת על ידי דחיסה של חלק אחד מלוח החומרים - המעגל הפוטוני ושלבי ההרכבה סביבו - תוך השארת הלייזר, ה-DSP והאריזה ללא פגע. החיסכון בהרכבה מופיע ברמת המערכת: פחות יציאות, פחות כבלים, הספק נמוך יותר לביט ומפעל סיבים ששורד את השדרוג הבא.
הפריט האחרון הזה הוא זה שהקונים שולטים בצורה הכי ישירה. המודול הוא החלטה של שלוש- שנים; תא המטען הוא בן עשר- שנים.
ביצוע נכון של הצד הפסיבי
כדאי לציין כבלים מותאמים אישית כאשר הערוץ כולל פריצה, פורמטים מעורבים של מחברים, תקציבי אובדן מצומצמים או העברה מדורגת - במקרים שבהם מכלול קטלוגים לא יתאים למפת הנתיבים. אם זה מתאר את הפרויקט שלך, שלח את דגם מקלט המשדר, הממשק, מרחק הקישור ודרישת הפריצה, ונוכל לחזור מגיליון הנתונים ל-מכלול כבל סיבים אופטיים מותאם אישיתעם התאמה של קוטביות ורשומות בדיקת הפסד-.