Silicijumska fotonika se preselila sa davno-obećavane tehnologije na mainstream opciju unutar 400G i 800G priključnih modula. Zanimljivo pitanje više nije da li radi. To je koji dijelovi modula zapravo pojeftinjuju, kojim mehanizmom i pod kojim uvjetima ušteda nestaje.
Ovaj članak prvo odgovara na to pitanje, a zatim pokriva šta pomak znači za tvornicu pasivnih vlakana koju morate kupiti uz optiku.
- Silicijumska fotonika snižavaoptičkidio troškova modula zamjenom pojedinačno sastavljenih diskretnih dijelova jednim litografski definiranim fotonskim integriranim kolom (PIC).
- Imaneuklonite laser, DSP, drajver, TIA ili optičko pakovanje. Na 800G, te stavke - ne fotonika - obično dominiraju u popisu materijala.
- Vaga za uštedu sa jačinom zvuka i brojem traka. Najveći je kod kratkih-paralelnih jednostrukih-interfejsa kao što su DR4 i DR8, a najmanji kod multipleksiranih proizvoda malog-, dugog-dometa ili talasne dužine-
- 800G je jeftinijipo prenesenom bituod 400G uglavnom zato što se DSP, paket, konektor i kablovski kanal dijele na duplo više traka -, a ne zato što je sama optika prepolovljena.
- Jeftiniji modul proizvodi jeftiniju mrežu samo ako fabrika vlakana ne mora biti ponovo izgrađena da bi je prihvatila.
Šta je zapravo silicijumska fotonika
Silicijum fotonika koristi fotonska integrisana kola izgrađena na silicijumskim-na-vaferima izolatorima za obavljanje optičkih funkcija: talasovod, cijepanje, modulacija, multipleksiranje talasnih dužina i detekcija. Budući da su strukture definirane litografijom na CMOS-kompatibilnim linijama od 200 mm ili 300 mm, stotine identičnih optičkih kola se proizvode u jednom prolazu umjesto da se sklapaju dio po dio.
Dva ograničenja su bitna za bilo koju raspravu o troškovima:
- Silicijum ne lasera.Svjetlost i dalje dolazi iz III-V izvora - indijum fosfida ili kvantnog-lasera sa tačkom - koji je spolja spregnut, flip{4}}čipom povezan ili heterogeno vezan. Najskuplji materijal u modulu ostaje izvan procesa silikona.
- PIC nije modul.Gotovi primopredajnik još uvijek sadrži DSP ili retimer, drajvere modulatora, transimpedansne pojačivače, upravljanje toplinom, strukturu za{0}}spoj vlakana i hermetički ili polu{1}}hermetički paket.
Silicijum fotonika se stoga najbolje razume kao integrisana optička platforma koja uklanja klasu koraka sklapanja, a ne kao zamena za ceo primopredajnik.
Gdje novac ide u 400G ili 800G modul
| Blok troškova | Šta pokriva | Efekat fotonike silicijuma |
|---|---|---|
| Fotoničko kolo | Valovodi, modulatori, multipleksori, germanijumski fotodetektori | Veliko smanjenje. Replikacija{1}}vafera, broj dijelova naglo opada |
| Laserski izvor | III-V laserska matrica, izolator, kontrola talasne dužine | Malo do nikakva. Još uvijek III-V komponenta sa vlastitim ograničenjima prinosa i snabdijevanja |
| DSP ili retajmer | PAM4 obrada signala, FEC, ekvilizacija | Nijedna direktno. Često najveća pojedinačna stavka na 800G |
| Električni sklopovi | Vozači, TIA, kontrola | Indirektno. Ko-dizajn sa PIC-om može smanjiti parazite i broj dijelova |
| Pakovanje i spajanje vlakana | Poravnanje, pričvršćivanje, niz vlakana, hermetičnost, termalni put | Miješano. Sveukupno manje poravnanja, ali spajanje u submikronske silikonske valovode je zahtjevno |
| Test i kvalifikacija | Test vafera, test modula, urezivanje-u, interoperabilnost | Značajno smanjenje. Optički test se može pomaknuti na nivo pločice, tako da se loše matrice odbacuju prije pakiranja |
Pet mehanizama koji smanjuju cijenu po bitu
- Smanjenje{0}}broja dijelova.Funkcije koje su nekada zahtijevale odvojeno poravnate komponente postaju jedan litografski raspored. Svako eliminirano aktivno poravnanje uklanja rad, vrijeme opreme i mogućnost gubitka prinosa.
- Amortizacija{0}}vafera.Razvoj maske i procesa je fiksni trošak koji se širi po cijelom ciklusu pločice, tako da jedinični trošak pada s kumulativnim volumenom na način na koji to ne čini diskretno sastavljanje.
- Raniji test.Poznato-dobro-prosijavanje na pločici sprječava da se skupo pakovanje i lasersko pričvršćivanje potroše na dijelove koji će pokvariti.
- Skaliranje trake.Prelazak sa četiri trake na osam dodaje talasovode i modulatore na istoj matrici. Ne udvostručuje broj optičkih sklopova kojima se zasebno rukuje.
- Sužavanje lanca snabdevanja.Sadržaj složenih{0}}poluprovodnika je koncentrisan u laseru umjesto da se širi preko modulatora, detektora i multipleksera.
Zašto 800G košta manje po bitu od 400G
Po{0}}bitno poboljšanje u 800G portu dolazi uglavnom od dijeljenja, a dijeljenje se proteže i dalje od modula:
- Jedan DSP, jedan paket, jedan kavez, jedan hladnjak i jedan interfejs za upravljanje sada opslužuju 800 Gb/s umjesto 400 Gb/s.
- Jedan komutator, jedan slot za prednju{0}}ploču i jedan budžet za napajanje opslužuju dvostruko veći promet. Prekidač i infrastruktura napajanja po bitu često su veća ušteda.
- Jedan kablovski kanal nosi duplo veći kapacitet. 800G-DR8 link preko 16-trank-a pomiče dvostruko veći promet od 400G-DR4 veze preko 8 vlakana, koristeći jedan događaj završetka, jedan test zapis i jednu poziciju zakrpe.
Breakout ponovo mijenja aritmetiku: jedan 800G-DR8 port podijeljen na dva 400G-DR4 linka zamjenjuje dva 400G porta na komutatoru, što je obično jeftiniji način za opsluživanje 400G krajnjih tačaka sa moderne kičme. Ovo je mjesto gdje ekonomija modula, radix prekidača i dizajn kablova prestaju biti odvojeni budžeti - tačka koju dalje razvijamo u našem vodiču zasilikonski fotonski moduli i 400G optički kablovi.
Dva upozorenja na objavljene brojeve. Prvo, ulične cijene primopredajnika se brzo kreću i variraju po obimu, regiji i statusu kvalifikacije, tako da je svaka cifra navedena u članku ustajala prije nego što se pročita. Drugo, "cena po bitu" je uporediva samo kada se klasa dosega, broj traka i faktor forme drže konstantnim. Uporedite ponude za određene brojeve delova prema sopstvenom obimu, a ne prosečnim naslovima.
Kada silicijum fotonika nije jeftiniji izbor
Integracija je argument volumena-i-lane-broja. Tamo gdje ti uslovi izostanu, stariji pristupi često pobjeđuju:
- Vrlo kratke veze unutar stalka.Pasivni ili aktivni bakreni kablovi i AOC ostaju jeftiniji i imaju manju-snagu za nekoliko metara. Naše poređenje odbakra i vlakana u centrima podataka AIpokriva mjesto gdje se nalazi crossover.
- Dug doseg i visoke performanse po-traci.EML i tanki{0}}modulatori litijum niobata i dalje imaju prednosti u propusnosti i izlaznoj snazi za neke LR, ER i koherentne aplikacije, gdje su efikasnost modulacije silikona i gubici umetanja teža ograničenja.
- Mali-proizvodi ili nišni proizvodi.Ispod određenog obima isporuke, fiksna maska i troškovi kvalifikacije se nikada ne amortizuju, a diskretna izrada je jeftinija.
- Termički ograničene implementacije.Nekim silicijumskim modulatorima je potrebna aktivna termička kontrola. Tamo gdje su napajanje i hlađenje obavezujuće ograničenje, niža cijena modula može biti pogrešna optimizacija.
- Kada se biljka vlakana mora promijeniti.Ako prelazak na paralelni interfejs za jedan- način rada znači nove kanale, nove panele i prozor za održavanje, ponovno kabliranje može premašiti uštedu modula u prvoj godini.
Ukupni trošak vlasništva, ne cijena modula
Četiri artikla izvan narudžbenice obično donose više novca od popusta na modul:
- Snaga po bitu.Snaga modula je stalni operativni trošak pomnožen hlađenjem. Industrijske mape puta sada tretiraju linearnu utaknuću optiku (LPO) i linearnu prijemnu optiku (LRO) - koja smanjuje ili uklanja retimer DSP - kao sljedeći značajan korak u smanjenju snage modula; theEthernet Alliance Ethernet Roadmapstaze na kojima se uklapaju sa 800G i 1.6T. Form{3}}ovojnice snage su definirane uOSFP MSA specifikacije.
- Gustoća luka.Veća-promjena radiksa smanjuje broj prekidača, optike i kablova potrebnih za istu tkaninu. Ova jedinjenja; cijena modula ne.
- Dorada i zastoji.Greška polariteta ili kontaminirani ferrule otkriven tokom-okretanja koštaju inženjerske sate tačno u trenutku kada su najskuplji.
- Poremećaj nadogradnje.Vlakna koja se instaliraju jednom i ponovo koriste u tri generacije modula su dramatično jeftinija od vlakana instaliranih tri puta.
Šta to znači za tvornicu vlakana
Jeftiniji modul ne stvara radnu vezu. Primopredajnik mora biti prilagođen tipu vlakna, interfejsu konektora, polaritetu i budžetu za gubitke.
Jednostruki{0}} način rada postaje zadani
Većina kratkih{0}}400G i 800G silikonskih fotonskih interfejsa su paralelni jedno-način rada. G.652.D vlakno, kablovsko kao OS2 i specificirano uITU-T preporuka G.652, podržava DR, FR i LR interfejse na udaljenostima koje se nalaze u sali za podatke ili kampusu, i ne vezuje instalaciju za jednu multimodnu generaciju. Za pozadinu o samom vlaknu, pogledajte naš pregledkarakteristike jednog-modnog vlakna.
Konektor mora odgovarati interfejsu, a ne brzini linije
| Interfejs | Lanes | Tipičan konektor za modul | Vlakna u upotrebi |
|---|---|---|---|
| 400G-DR4 | 4 × 100G | MPO-12 | 8 |
| 400G-FR4 / LR4 | 4 talasne dužine, 1 par vlakana | Duplex LC | 2 |
| 800G-DR8 | 8 × 100G | MPO-16 | 16 |
| 800G-2×DR4 | 2 × 4 × 100G | Dva MPO-12 | 16 |
| 800G-2×FR4 | 2 × 4 talasne dužine | Dva dupleksa LC | 4 |
Dva modula sa oznakom 800G stoga mogu trebati potpuno različite sklopove kablova. Definicije interfejsa potiču iz rada IEEE 802.3:P802.3dfza 400G i 800G na 100G po traci, iP802.3djza 200G po traci i 1,6T. Faktor forme je opet zasebna osa - pogledajte naše napomene oQSFP-DD DR4 moduli dalje800G OSFP, i naMPO od 16 vlakana koji se koristi za 800G.
Odrađen primjer
Uzmite u obzir vezu od 400G{{1}DR4 list-do-kičme, 120 m, koja prolazi kroz dva patch panela:
- Kanal: modul → kabl opreme → panel → OS2 12-fiber MPO trunk → panel → kabl opreme → modul. To su četiri sparena MPO para.
- Prigušenje vlakana: 120 m na otprilike 0,35 dB/km na 1310 nm daje oko 0,04 dB. Zanemarljivo na ovoj dužini.
- Gubitak konektora: četiri spojena para na 0,35 dB tipično daje 1,4 dB; na 0,5 dB najgoreg-razreda, 2,0 dB.
- U odnosu na dopuštenje kanala klase DR- u području od 4 dB, dizajn ima marginu -, ali peta tačka zakrpe u najgorem-slučaju gubitak bi potrošio većinu toga.
Opće pravilo koje primjer ilustruje: kod 400G i 800G, broj sparenih parova je važniji od dužine. Provjerite dopuštenje u odnosu na specifikaciju specifičnog modula i IEEE klauzulu umjesto generičke brojke, i specificirajte sklopove s malim-gubicima gdje kanal ima tri ili više spojenih para.
Polaritet i čistoća
Polaritet se mora planirati na cijelom kanalu - kanalima, kasetama, uprtačima, prekidima i kablovima opreme zajedno - jer kanal sastavljen od pojedinačno ispravnih komponenti još uvijek može biti pogrešan kraj do kraja. Dokumentirajte metodu polariteta prije naručivanja, a ne nakon što kovčezi stignu.
Kontaminacija je drugi način kvara koji se loše mijenja s brojem traka, jer MPO ferrula koncentriše 12 ili 16 vlakana na jednoj krajnjoj strani i jedna čestica može srušiti traku. Pregledajte prije parenja, očistite kada inspekcija ne uspije, ponovo pregledajte i tretirajte sekvencu kao korak instalacije, a ne kao korak za rješavanje problema. NašVodič za pregled i čišćenje MPOpokriva praktičnu proceduru i kriterijume prihvatanja IEC 61300-3-35.
FAQ
P: Da li je silikonski fotonički modul uvijek jeftiniji od modula baziranog na EML-u?
O: Ne. Obično je jeftiniji za proizvode velike-količine, kratkog-dometa, velikog-traka- kao što su DR4 i DR8. Za velike domete, male količine ili aplikacije kojima su potrebne visoke optičke performanse po{7}}traci, EML i druge arhitekture i dalje mogu biti ekonomičnije.
P: Koji je najskuplji dio 800G modula?
O: Obično DSP, a zatim lasersko i optičko pakovanje. Silikonska fotonika se bavi fotonskim kolom i dijelom troškova montaže, zbog čega cijene modula padaju, ali ne padaju.
P: Da li Silicon Photonics smanjuje potrošnju energije?
O: Indirektno. Integracija skraćuje električne puteve i smanjuje parazite, ali retimer DSP dominira snagom modula na 800G. Veća smanjenja snage na trenutnim mapama puta dolaze od linearne utičnice i linearne prijemne optike, koja smanjuje ili uklanja taj DSP.
P: Da li su silicijumskim fotoničkim modulima potrebna posebna vlakna?
O: Nema posebne vrste vlakana, ali većina dizajna kratkog{0}}dohvata je paralelni single-mod, tako da im je potreban OS2 umjesto multimod, sa ispravnim brojem vlakana i konektorom za interfejs.
P: Mogu li ponovo koristiti svoje postojeće 400G MPO-12 trankove za 800G?
O: Ponekad. 800G-2×DR4 modul koji koristi dva MPO-12 interfejsa može ih ponovo koristiti. 800G-DR8 modul koji koristi jedan MPO-16 ne može, jer se mapiranje traka i broj vlakana razlikuju.
P: Da li je 800G duplo veća cijena od 400G?
O: Generalno ne. Budući da se DSP, paket, svič port i kablovski kanal dijele na dvostruko većem kapacitetu, cijena po bitu pada čak i kada se poveća jedinična cijena modula.
P: Kako da pošteno uporedim potraživanja dobavljača o troškovima?
O: Ispravite klasu dosega, broj traka i faktor forme, a zatim uporedite na osnovu-porta uključujući modul, port prekidača, napajanje i kablove. Poređenje 800G-DR8 sa 400G-FR4 govori vam vrlo malo.
Zaključak
Silicijum fotonika zaista mijenja strukturu troškova 400G i 800G optike, ali to čini komprimiranjem jednog dijela materijala - fotonskog kola i sklopa oko njega -, dok laser, DSP i pakovanje ostaju uglavnom netaknuti. Kombinirane uštede se pojavljuju na nivou sistema: manje portova, manje kablova, niža snaga po bitu i postrojenje za vlakna koje preživljava sljedeću nadogradnju.
Posljednju stavku kupci najdirektnije kontroliraju. Modul je tro-odluka; deblo je deseto-godišnje.
Ispravna pasivna strana
Prilagođeno kabliranje je vrijedno specificirati kada kanal uključuje prekide, mješovite formate konektora, male budžete za gubitke ili faznu migraciju - slučajeva kada kataloški sklop neće odgovarati mapi traka. Ako to opisuje vaš projekat, pošaljite model primopredajnika, sučelje, udaljenost veze i zahtjeve za prekidom, i možemo se vratiti iz tablice podataka naprilagođeni sklop optičkog kablasa odgovarajućim polaritetom i zapisima{0}}probnih testova umetanja.