ידע

הבחירה בין חיבור אופטי לחיבור חשמלי אינה עניין של הכרזת טכנולוגיה אחת מהירה או מתקדמת יותר. השאלה ההנדסית השימושית היא היכן כל מדיום מתאים ברוחב הפס, טווח ההגעה, ההספק, הצפיפות, השהיה ו-מעטפת העלויות הנדרשות.

קישורים חשמליים נשארים יעילים מאוד בטווח הגעה קצר. למעשה, OIF הנוכחי עובד עלממשקים חשמליים ברמת 224 Gb/s-ממקד ליישומי כבל שבב-ל-מודול, שבב-ל-שבב ואחורי/נחושת-. קישורים אופטיים נעשים משכנעים יותר ככל שהטווח, רוחב הפס המצטבר וצפיפות הכבלים גדלים, במיוחד כאשר אובדן חשמל והשוואה מתחילים לצרוך יותר חשמל ושולי עיצוב.

מדריך זה משווה בין השניים ברמת הקישור-שלמה ונותן דוגמאות מוצלבות מעשיות במקום להסתמך על מרחק אוניברסלי יחיד.

חיבור אופטי לעומת חשמלי במבט חטוף

מהו חיבור חשמלי?

חיבור חשמלי מעביר נתונים דרך ערוץ מוליך כגון עקבות PCB, מחבר, לוח אחורי או כבל נחושת. המשדר משגר אות חשמלי, והמקלט משחזר את הנתונים לאחר שהאות עבר בערוץ.

איתות חשמלי בוגר ומסוגל לביצועים גבוהים מאוד. האתגר הוא שהערוץ לא נשאר קל לשימוש ככל שקצב הנתיב והמרחק גדלים. הנחתה, אי רציפות עכבה, השתקפויות, דיבור ורעש יכולים לדרוש השוואת משדר חזקה יותר, השוואת מקלט, תיקון שגיאות קדימה, תזמון חוזר או חומרים טובים יותר.

עבודת CEI-224G של OIF מבהירה את הנקודה בבירור: חשמל אינו שם נרדף למהירות נמוכה. פרויקט CEI-224G-MR מכוון לאיתות של 144 עד 232 Gb/s על עד 500 מ"מ של PCB ומחבר אחד, בעוד ש-CEI-224G-LR מכוון לאותו טווח איתות על עד 1000 מ"מ של מטוס אחורי ועד שני מחברים. אלה ערוצים פיזיים קצרים בכוונה, אבל שיעורי נתיב גבוהים במיוחד.

עבור כבלים רגילים ברשת, הנחושת נשארת שימושית היכן שהממשק המותקן והמרחק מתאימים למפרט שלו. של הנגטונגטווח כבלי תיקון Cat 6היא דוגמה אחת למערכת האקולוגית הנחושת הרחבה יותר המשמשת לקישוריות Ethernet לטווח קצר-.

מהו חיבור אופטי?

חיבור אופטי נושא אור מאופנן דרך סיבים או מוליך גל פוטוני. קישור מעשי כולל בדרך כלל ממשק חשמלי, משדר או אפנן אופטי, ערוץ אופטי, פוטו-גלאי ומקלט אלקטרוני:

נתונים חשמליים → משדר אופטי → ערוץ אופטי → מקלט אופטי → נתונים חשמליים

שרשרת ההמרה הזו חשובה. לסיבים עצמם יש אובדן נמוך והוא חסין בפני EMI, אך הקישור האופטי השלם עדיין צורך חשמל ומוסיף מורכבות יישום. ההשוואה הנכונה היא אפוא לא כבל נחושת לעומת סיבים חשופים; זוהי ארכיטקטורת מקלט-שלמה אחת של ערוץ-משדר לעומת אחרת.

היישום משתנה גם עם המרחק.סיבים מולטי-מודיםנמצא בשימוש נרחב לקישורים אופטיים קצרים-, בעודסיב במצב-יחידתומך בארכיטקטורות-לטווח ארוך יותר ובקיבולת- גבוהה. ברמת הציוד, קישורים אופטיים תלויים ברכיבים כגוןמקלטי משדר ורכיבים אופטיים במהירות גבוהה-.

שישה הבדלים שחשובים בעיצוב מערכת אמיתי

1. יש להעריך יחד רוחב פס וטווח הגעה

רוחב הפס לבדו לא קובע את המדיום. נתיב חשמלי מהיר מאוד- יכול לעבוד היטב על ערוץ קצר מבוקר היטב, בעוד שאופטיקה יכולה לשמור על רוחב פס מצטבר גבוה לאורך מרחקים ארוכים בהרבה.

שתי משפחות תקנים ממחישות את ההבדל בקנה מידה. פרויקטים חשמליים של OIF CEI-224G נותנים מענה לאיתות של 144-232 Gb/s על פני ערוצי לוח משנה/לוח אחורי של-מטרים. בצד האופטי, קווי הבסיס של IEEE P802.3bs 400GbE כוללים 400GBASE-DR4 עבור לפחות 500 מ' של סיב-במצב יחיד, 2 ק"מ יחיד-מצב-מטרה סיבים ואובייקטיבי סינגל של 10 ק"מ{180}מודד{18}. אלה אינם תחליפים ישירים-לאחד, אבל הם מראים מדוע "מרחק מוצלב" אוניברסלי מטעה: התשובה תלויה ביצירת הממשק ובמחלקת הקישור.

הסיכום קו הבסיס של IEEE P802.3bsשימושי כאשר צוות עיצוב צריך לחבר יעד{0}}נתונים לשיעור טווח הגעה בפועל במקום להשתמש בביטויים מעורפלים כגון "מהירות גבוהה" או "מרחק ארוך".

2. שלמות האותות הופכת לבעיה אחרת

קישורים חשמליים חייבים לנהל אובדן הכנסה, אובדן החזרה, השתקפויות, הצלבה ו-EMI. ערוצים במהירות גבוהה- תלויים לעתים קרובות בבקרת עכבה מדויקת, בעיצוב מחברים, בהשוואה של SerDes ובסימולציית ערוצים.

סיבים מסירים כמה מהבעיות האלה-תעלות החשמל. הוא אינו מוליך זרם חשמלי ואינו רגיש ל-EMI כמו הנחושת. זה יכול להיות מכריע בסביבות רועשות חשמלית או כשערוצים רבים במהירות גבוהה- חייבים לעבור בחלל מצומצם.

אופטיקה אינה מסירה מורכבות הנדסית; זה משנה את המורכבות. מעצבים אופטיים חייבים לנהל שילוב לייזר או מקור, אובדן צימוד, ניקיון מחברים, יישור, זיהוי צילום, התנהגות תרמית ואריזה אופטית.

3. לכוח יש קרוסאובר, לא מנצח אוניברסלי

קישור חשמלי קצר עשוי להיות יעיל מאוד-מכיוון שהוא מונע המרה אופטית. עם זאת, ככל שהערוץ החשמלי נעשה קשה יותר, ייתכן שיהיה צורך בהשוואה, תזמון חוזר או אלקטרוניקה אקטיבית של כבלים. קישורים אופטיים מציגים כוח לייזר, מאפנן ומקלט משלהם.

לכן אנרגיה לכל ביט מועילה יותר מאשר לשאול האם "סיבים צורכים פחות חשמל".דרישות הספק-של המערכת של OIF עבור ממשקים יעילים באנרגיה{{1}תן יעדים הנדסיים שימושיים במקום טענה אוניברסלית: מקרה שימוש אופטי-חזיתי אחד חזיתי דורש פחות מ-10 pJ/bit עבור המנוע האופטי פלוס לייזר, בעוד ש--מקרה חיבור אחורי מתמקד בהרבה מתחת ל-4 pJ/bit. אלו הן דרישות עיצוב ויעדים, לא מדידות מובטחות עבור כל מוצר אופטי.

אותו מסמך OIF גם מפריד בין קנה מידה של פריסה: חיבורי-נתונים- חזיתיים יכולים להשתרע על פני 0-500 מ' ולפעמים עד 2 ק"מ; חיבורי המאיץ האחוריים-יכולים להימשך עד 300 מ' בערך; וחיבורי מחשוב מקומיים מתוארים בטווח של 7-10 מ'. זוהי דרך מעשית יותר לחשוב על הקרוסאובר מאשר חיפוש אחר מרחק קסם אחד.

4. השהייה תלויה בכל הקישור

אין להתייחס לאופטי באופן אוטומטי כאפשרות-השהייה נמוכה יותר. ההפצה היא רק חלק מהשהייה מקצה-ל-סוף. קישור אופטי עשוי לכלול אפנון, המרה חשמלית-ל-אופטית, זיהוי צילום, FEC ועיבוד מקלט. קישור חשמלי עשוי לכלול סדרה, שוויון, FEC ו-retimers.

אם חביון הוא אילוץ עיצובי, השווה את הנתיב המלא ממשדר למקלט, כולל כל שלב מחדש, DSP ו-FEC. נתיב פיזי קצר יותר עם עיבוד כבד יותר יכול להפסיד לנתיב ארוך יותר עם נתיב נתונים פשוט יותר.

5. צפיפות, נפח כבלים וזרימת אוויר הופכים לאילוצי מערכת

בקנה מידה, הבעיה היא לא רק כמה ג'יגה-ביט נושא קישור אחד. זה כמה רוחב פס יכול לעבור דרך לוח חזית, מגש כבלים, מתלה או חבילת מתגים מבלי לחסום את זרימת האוויר או לצרוך שטח ניתוב מוגזם.

סיבים יכולים לשאת רוחב פס מצטבר גבוה בחתך -כבל קטן יחסית. ארכיטקטורות -אופטיקה מקבילות משתמשות גם בקישוריות- מרובת סיבים כגוןמוצרי MPO/MTP, הנפוצים בכבלים מרכזיים ב-צפיפות-נתונים גבוהה.

6. שינויים בעלויות כאשר אתה עובר ממחיר רכיב לעלות מחזור חיים

קישורים חשמליים לרוב מרוויחים בעלות רכיבים ראשונית בטווח הגעה קצר. קישורים אופטיים מוסיפים משדרים, ממשקים אופטיים ודרישות ניהול סיבים-. זה לא אומר שלאופטיקה יש אוטומטית עלות כוללת נמוכה יותר בקנה מידה.

השוואת TCO שימושית צריכה לכלול:

• עלות כבל, מחבר ומשדר;
• רטימר, AEC או-אלקטרוניקה למיזוג אותות;
• מתח מתג ויציאת NIC;
• קירור הקשור לאלקטרוניקה קישור;
• צפיפות יציאות ואילוצים של לוח הפנים;
• מאמץ התקנה ותחזוקה;
• מחזורי שדרוג והאם המדיום המותקן יכול לתמוך בממשקים עתידיים.

במקום להניח שלמדיום אחד יש TCO נמוך יותר, בנה את ההשוואה סביב ספירת הנמלים בפועל, טווח הגעה ואופק השדרוג הצפוי.

כאשר חיבור חשמלי הוא בדרך כלל הבחירה הטובה יותר

קישוריות חשמלית מועדפת בדרך כלל כאשר הערוץ קצר פיזית ולממשק החשמלי הנבחר יש שולי שלמות-אות נוחים.

• בתוך חבילה, לוח או מארז:קישורים חשמליים נמנעים מהמרה אופטית מיותרת ומשתמשים במערכת אקולוגית עיצובית בוגרת.
• מסלולי כבלים קצרים עם תקן נחושת מבוסס:נחושת יכולה להיות פשוטה, זולה וקלה לשירות.
• החשמל חייב לנסוע עם החיבור:עדיין נדרשת תשתית מוליכה. אם פרויקט זקוק הן לנתונים אופטיים והן להספק במבנה כבל אחד, אכבל מרוכב פוטואלקטרייכולים לשלב סיבים ומוליכים חשמליים, אך הסיבים האופטיים עצמם אינם נושאים כוח חשמלי.
• רוחב הפס הנדרש הוא בנוחות מתחת למגבלת ערוץ החשמל:הוספת אופטיקה אינה יוצרת ערך אם הקישור החשמלי הקיים כבר עומד ביעדי טווח הגעה, הספק וצפיפות.

כאשר חיבור אופטי הופך לבחירה החזקה יותר

המקרה של אופטיקה מתחזק כאשר מספר אילוצים מופיעים בו זמנית ולא כאשר מספר אחד חוצה סף קבוע.

• טווח ההגעה עובר מקנה מידה לוח/מרכב אל קנה המידה, השורה או -מרכז הנתונים.
• רוחב הפס המצטבר עולה מהר יותר מרווחי ערוץ החשמל הזמינים.
• תזמון חוזר, שוויון או אלקטרוניקה נחושת אקטיבית צורכים נתח בלתי מקובל מתקציב החשמל.
• קשים לניהול אילוצי EMI, הצלבה או הארקה.
• צפיפות הנמל, נפח הכבלים או זרימת האוויר הפכו למגבלת עיצוב פיזית.
• מפעל הכבלים צפוי לתמוך במספר דורות עתידיים של ממשקים-במהירות גבוהה.

תנאים אלה שכיחים במחשוב בצפיפות גבוהה-וקישוריות-למרכז הנתונים, כאשר אותה מערכת עשויה להשתמש בקישורים חשמליים בתוך שרתים ובקישורים אופטיים בין מתלים או שכבות מיתוג.

נקודת ההצלבה: השתמש במטריצת טווח-רוחב פס-כוח

אין מרחק אוניברסלי שבו נחושת נעצרת ומתחילה אופטיקה. גישה טובה יותר היא לסווג את החיבור לפי קנה מידה פיזי ולאחר מכן לבדוק אם ליישום החשמלי עדיין יש מרווח.

עבור AI/HPC ספציפית, דרישות הממשק-יעילות-האנרגיה של OIF מציבות קישורי מחשוב קדמיים-, אחורי- ומקומיים בקטגוריות שונות של טווח הגעה והספק. המדריך של Hengtong לנחושת מול סיבים במרכזי נתונים בינה מלאכותיתיכול לשמש כהמשך-בקריאה כאשר ההחלטה קשורה לארכיטקטורת אשכולות AI ולא לרשת כללית.

חיבורים אופטיים וחשמליים פועלים בדרך כלל ביחד

מערכות מודרניות רבות הן היברידיות בעיצובן. איתות חשמלי נשאר יעיל בקרבת מעבדים, זיכרון, ASIC מתגים ואלקטרוניקה אחרת. הקישור עובר לאופטיקה שבה מרחק, צפיפות רוחב פס או לחץ שלמות האות- מצדיקים את ההמרה.

גם נקודת המעבר זזה. עבודת האריזה המשותפת של OIF מגדירה מודול ארוז בשיתוף- של 3.2 Tb/s ליישומי מיתוג Ethernet ומכוון בערך ל-140 Gb/s למילימטר של רוחב פס קצה. הכיוון הרחב יותר בתעשייה הוא לצמצם את אורך הנתיב החשמלי המהיר- בין ה-ASIC למנוע האופטי במקום לבטל לחלוטין את האיתות החשמלי.

ההסכם יישום שיתוף של OIF 3.2T-מהווה אסמכתא שימושית להבנה מדוע "אופטי מול חשמל" היא יותר ויותר שאלה של מיקום אדריכלי.

תפיסות מוטעות נפוצות

"אופטי תמיד מהיר יותר."

לא. לאופטי יש יתרונות עיקריים ברוחב פס וטווח הגעה, אבל הביצועים מקצה ל-תלויים גם במשדר, במקלט, ב-DSP, ב-FEC ובפרוטוקול. ממשק חשמלי קצר עשוי לענות על אותה דרישת יישום עם פחות שלבי המרה.

"אופטי תמיד משתמש בפחות חשמל."

לא. קישור חשמלי קצר יכול להיות יעיל ביותר. אופטי הופך לאטרקטיבי יותר כאשר המימוש החשמלי השלם זקוק להשוואה משמעותית, תזמון חוזר או אלקטרוניקה אקטיבית של כבלים. השווה pJ/bit עבור הקישור המלא.

"נחושת מיושנת."

לא. OIF מגדיר באופן פעיל ממשקים חשמליים של 224 Gb/s-של מערכות הדור הבא-. קישורים חשמליים נשארים חיוניים בקרבת מחשוב ובתוך ציוד.

"חיבור אופטי פירושו סיבים בלבד."

לא. קישור אופטי כולל רכיבים אלקטרו-אופטיים, אריזה ואלקטרוניקה. הסיב עשוי להיות החלק הנמוך ביותר-באובדן של הערוץ, אבל זה לא כל המערכת.

שאלות נפוצות

באיזה מרחק יש להחליף את החיבור החשמלי באופטי?

אין מרחק אוניברסלי. בקצבי נתיב גבוהים מאוד, ניתן לבצע אופטימיזציה של תקני חשמל עבור תתי-לוח של מד וערוצי לוח אחורי, בעוד שתקני Ethernet אופטיים תומכים במאות מטרים או קילומטרים. ההחלטה צריכה לשלב טווח הגעה, קצב נתיב, רוחב פס מצטבר, הספק, צפיפות ועלות.

האם חיבור אופטי טוב יותר עבור מרכזי נתונים בינה מלאכותית?

לעתים קרובות זה חשוב להגדלת-הרחבה ולקישורים בצפיפות-גבוהה, אבל קישורים חשמליים עדיין שולטים בחיבורים קצרים רבים קרובים לאיצים ולסיליקון מתג. הדרישות הנוכחיות של OIF מתייחסות במפורש לחיבורי מחשוב קדמי-, אחורי- ומקומיים כחללי עיצוב שונים.

האם חיבור אופטי מפחית את זמן ההשהיה?

לא אוטומטית. התפשטות אופטית היא רק חלק אחד מהשהייה. המרה, DSP ו-FEC יכולים להיות חשובים כמו המדיום. השווה את נתיב הנתונים המלא.

האם חיבור אופטי נושא כוח חשמלי?

הסיב האופטי לא. נדרש מנצח נפרד. כבל מרוכב היברידי או פוטו-אלקטרי יכול למקם סיבים אופטיים ומוליכים חשמליים באותה מבנה כבל כאשר יש צורך בנתונים ובכוח.

מהו המדד השימושי ביותר להשוואת הספק?

השתמש באנרגיית הקישור המלאה-לסיביות, יחד עם כוח היציאה הכולל והשפעת הקירור. כוח רכיב לבדו יכול להסתיר את העלות של רטיימרים, DSP, לייזרים או אלקטרוניקה אקטיבית של כבלים במקומות אחרים בנתיב.

האם אופטיקה ארוזה-ת תחליף את האופטיקה והחיבורים החשמליים הניתנים לחיבור?

לא כתחליף אוניברסלי. אופטיקה ארוזה- היא ארכיטקטורה אחת לקירוב המנוע האופטי לסיליקון המיתוג או המחשוב. אופטיקה ניתנת לחיבור, כבלים חשמליים אקטיביים, נחושת פסיבית וקישורים חשמליים ברמת לוח- ימשיכו להתאים לדרישות שונות לטווח הגעה, שירות, עלות והספק.

טייק אווי סופי

החיבור החשמלי הוא החזק ביותר כאשר הערוץ הפיזי קצר, לממשק יש מרווח שלמות-אות נאות ופשטות או עניין של עלות ראשונית נמוכה. חיבור אופטי הופך למשכנע יותר כאשר טווח הגעה, רוחב פס מצטבר, חסינות EMI וצפיפות רוחב פס דוחפים את הערוץ החשמלי לכיוון שוויון כבד יותר, תזמון חוזר או כוח כבלים- פעיל.

הקרוסאובר הוא אפוא לא מספר קבוע של מטרים. זוהי הנקודה שבה הקישור החשמלי השלם אינו עומד עוד ברוחב הפס, טווח ההגעה, ההספק, הצפיפות, השהיה ו-מעטפת העלויות הנדרשות עם מרווח נוח.

תחילה הגדירו את האילוצים הללו. לאחר מכן השווה בין ארכיטקטורות חשמליות ואופטיות שלמות באותו קצב נתונים וטווח הגעה. במערכות רבות עם ביצועים גבוהים-, העיצוב הטוב ביותר אינו אופטי או חשמלי בבידוד; זהו מעבר מכוון מאותות חשמלי ליד הסיליקון לאיתות אופטי שבו המרחק וצפיפות רוחב הפס מצדיקים זאת.