Fotonik silikon telah beralih dari teknologi-yang telah lama dijanjikan menjadi opsi utama dalam modul pluggable 400G dan 800G. Pertanyaan menariknya bukan lagi apakah ini berhasil. Yang menentukan adalah bagian modul mana yang menjadi lebih murah, melalui mekanisme apa, dan dalam kondisi apa penghematan tersebut hilang.
Artikel ini menjawab pertanyaan tersebut terlebih dahulu, kemudian membahas apa arti peralihan tersebut bagi pabrik serat pasif yang harus Anda beli selain optik.
- Fotonik silikon menurunkanoptiksebagian dari biaya modul dengan mengganti bagian-bagian diskrit yang dirakit secara individual dengan sirkuit terpadu fotonik (PIC) yang ditentukan secara litograf.
- Memang benarbukanlepaskan laser, DSP, driver, TIA, atau kemasan optik. Pada 800G, barang-barang tersebut - bukan fotonik - biasanya mendominasi tagihan bahan baku.
- Skala penghematan dengan volume dan jumlah jalur. Ini adalah yang terbesar dalam antarmuka mode-tunggal paralel jangkauan pendek seperti DR4 dan DR8, dan terkecil dalam produk multipleks-volume rendah,-jangkauan panjang, atau panjang gelombang-.
- 800G lebih murahper bit yang ditransmisikandaripada 400G terutama karena DSP, paket, konektor, dan saluran kabel digunakan bersama di jalur dua kali lebih banyak - bukan karena harga optiknya berkurang setengahnya.
- Modul yang lebih murah hanya menghasilkan jaringan yang lebih murah jika pabrik fiber tidak harus dibangun kembali untuk menerimanya.
Apa sebenarnya fotonik silikon itu
Fotonik silikon menggunakan sirkuit terpadu fotonik yang dibangun di atas wafer isolator silikon untuk menjalankan fungsi optik: pemandu gelombang, pemisahan, modulasi, penggandaan panjang gelombang, dan deteksi. Karena struktur ditentukan oleh litografi pada garis 200 mm atau 300 mm yang kompatibel dengan CMOS, ratusan sirkuit optik identik diproduksi dalam satu lintasan, bukan dirakit bagian demi bagian.
Dua batasan penting untuk setiap diskusi biaya:
- Silikon tidak las.Cahaya masih berasal dari sumber III-V - indium fosfida atau laser-titik kuantum - yang dipasangkan secara eksternal, dipasangi chip flip-atau terikat secara heterogen. Bahan termahal dalam modul ini tetap berada di luar proses silikon.
- PIC bukanlah sebuah modul.Transceiver yang sudah jadi masih berisi DSP atau retimer, driver modulator, amplifier transimpedansi, manajemen termal, struktur-kopling serat, dan paket hermetis atau semi-hermetis.
Oleh karena itu, fotonik silikon paling baik dipahami sebagai platform optik terintegrasi yang menghilangkan serangkaian langkah perakitan, bukan sebagai pengganti keseluruhan transceiver.
Dimana uangnya masuk dalam modul 400G atau 800G
| Blok biaya | Apa yang dicakupnya | Pengaruh fotonik silikon |
|---|---|---|
| Sirkuit fotonik | Pandu gelombang, modulator, multiplexer, fotodetektor germanium | Pengurangan besar. Replikasi skala-wafer, jumlah komponen menurun tajam |
| Sumber laser | III-Mati laser V, isolator, kontrol panjang gelombang | Sedikit atau tidak ada sama sekali. Masih merupakan komponen III-V dengan batasan hasil dan pasokannya sendiri |
| DSP atau pengatur waktu | Pemrosesan sinyal PAM4, FEC, pemerataan | Tidak ada secara langsung. Seringkali merupakan satu-satunya item baris terbesar dengan berat 800G |
| IC Listrik | Pengemudi, TIA, kontrol | Tidak langsung. Desain bersama dengan PIC dapat mengurangi parasit dan jumlah komponen |
| Pengemasan dan kopling serat | Penyelarasan, pemasangan, susunan serat, hermetisitas, jalur termal | Campur aduk. Lebih sedikit penyelarasan secara keseluruhan, tetapi pemasangan ke pandu gelombang silikon submikron membutuhkan banyak waktu |
| Tes dan kualifikasi | Uji wafer, uji modul, burn{0}}in, interoperabilitas | Pengurangan yang signifikan. Uji optik dapat berpindah ke tingkat wafer, sehingga cetakan yang buruk dibuang sebelum dikemas |
Lima mekanisme yang menurunkan biaya per bit
- Pengurangan-jumlah bagian.Fungsi-fungsi yang tadinya memerlukan komponen-komponen yang diselaraskan secara terpisah menjadi satu tata letak litograf. Setiap penyelarasan aktif menghilangkan tenaga kerja, waktu peralatan, dan peluang kehilangan hasil.
- Amortisasi-skala wafer.Pengembangan masker dan proses adalah biaya tetap yang tersebar di seluruh proses wafer, sehingga biaya unit turun seiring dengan volume kumulatif yang tidak terjadi pada perakitan terpisah.
- Tes sebelumnya.Penyaringan cetakan yang-baik-pada wafer mencegah pengemasan mahal dan pemasangan laser digunakan pada komponen yang akan rusak.
- Penskalaan jalur.Beralih dari empat jalur ke delapan jalur menambahkan pandu gelombang dan modulator pada cetakan yang sama. Jumlah unit optik yang ditangani secara terpisah tidak akan berlipat ganda.
- Penyempitan rantai pasokan.Konten-semikonduktor gabungan terkonsentrasi di laser, bukan disebarkan ke seluruh modulator, detektor, dan multiplekser.
Mengapa 800G biaya per bitnya lebih murah dibandingkan 400G
Peningkatan per{0}}bit pada port 800G sebagian besar berasal dari berbagi, dan pembagian tersebut melampaui modul:
- Satu DSP, satu paket, satu sangkar, satu heatsink, dan satu antarmuka manajemen kini melayani 800 Gb/s, bukan 400 Gb/s.
- Satu port switch, satu slot-panel depan, dan satu anggaran daya melayani lalu lintas dua kali lipat. Infrastruktur switch dan daya per bit seringkali merupakan penghematan yang lebih besar.
- Satu saluran kabel membawa kapasitas dua kali lipat. Tautan 800G-DR8 melalui 16-batang serat memindahkan lalu lintas dua kali lipat dari tautan 400G-DR4 melalui 8 serat, menggunakan satu peristiwa penghentian, satu catatan pengujian, dan satu posisi patch.
Breakout mengubah aritmatika lagi: satu port 800G-DR8 dibagi menjadi dua tautan 400G-DR4 menggantikan dua port 400G pada sakelar, yang biasanya merupakan cara yang lebih murah untuk melayani titik akhir 400G dari tulang punggung modern. Di sinilah keekonomian modul, radix switch, dan desain perkabelan tidak lagi menjadi anggaran terpisah - poin yang kami kembangkan lebih lanjut dalam panduan kami untukmodul fotonik silikon dan kabel serat 400G.
Dua peringatan mengenai angka-angka yang dipublikasikan. Pertama, harga transceiver jalanan bergerak cepat dan bervariasi berdasarkan volume, wilayah dan status kualifikasi, sehingga angka apa pun yang dikutip dalam sebuah artikel sudah basi sebelum dibaca. Kedua, "biaya per bit" hanya sebanding jika kelas jangkauan, jumlah jalur, dan faktor bentuk dijaga konstan. Bandingkan kutipan untuk nomor bagian tertentu berdasarkan volume Anda sendiri, bukan rata-rata judul.
Ketika fotonik silikon bukanlah pilihan yang lebih murah
Integrasi adalah argumen jumlah-dan-jalur-. Jika kondisi tersebut tidak ada, pendekatan lama sering kali lebih unggul:
- Tautan yang sangat pendek di dalam rak.Kabel tembaga pasif atau aktif dan AOC tetap lebih murah dan{0}}dayanya lebih rendah hingga beberapa meter. Perbandingan kami tentangtembaga dan serat di pusat data AImenutupi tempat crossover berada.
- Jangkauan panjang dan performa per{0}}jalur yang tinggi.EML dan modulator litium niobate film tipis-masih memiliki keunggulan dalam bandwidth dan daya keluaran untuk beberapa aplikasi LR, ER, dan koheren, dengan efisiensi modulasi silikon dan kerugian penyisipan menjadi kendala yang lebih sulit.
- Produk-bervolume rendah atau khusus.Di bawah volume pengiriman tertentu, biaya masker dan kualifikasi tetap tidak pernah diamortisasi dan pembuatan terpisah lebih murah.
- Penerapan dengan batasan termal.Beberapa modulator silikon memerlukan kontrol termal aktif. Jika daya dan pendinginan merupakan kendala yang mengikat, harga modul yang lebih rendah dapat menjadi optimasi yang salah.
- Ketika tanaman serat harus berubah.Jika perpindahan ke antarmuka mode tunggal-pararel berarti trunk baru, panel baru, dan jangka waktu pemeliharaan, pemasangan kabel ulang dapat melebihi penghematan modul pada tahun pertama.
Total biaya kepemilikan, bukan harga modul
Empat item di luar pesanan pembelian biasanya menghasilkan lebih banyak uang daripada diskon modul:
- Daya per bit.Daya modul adalah biaya pengoperasian berulang dikalikan dengan pendinginan. Peta jalan industri kini memperlakukan optik pluggable linier (LPO) dan optik penerimaan linier (LRO) - yang mengurangi atau menghapus DSP retimer - sebagai langkah signifikan berikutnya dalam pengurangan daya modul; ituPeta Jalan Ethernet Aliansi Ethernettrek yang cocok dengan 800G dan 1,6T. Bentuk-power envelope faktor ditentukan dalamSpesifikasi OSFP MSA.
- Kepadatan pelabuhan.Peralihan{0}}radix yang lebih tinggi mengurangi jumlah sakelar, optik, dan kabel yang dibutuhkan untuk fabric yang sama. Senyawa ini; harga modul tidak.
- Pengerjaan ulang dan waktu henti.Kesalahan polaritas atau ferrule terkontaminasi yang ditemukan saat turn{0}}menghabiskan waktu teknis tepat pada saat paling mahal.
- Gangguan peningkatan.Fiber yang dipasang satu kali dan digunakan kembali dalam tiga generasi modul jauh lebih murah dibandingkan fiber yang dipasang tiga kali.
Artinya bagi tanaman serat
Modul yang lebih murah tidak membuat tautan berfungsi. Transceiver harus disesuaikan dengan jenis serat, antarmuka konektor, polaritas dan anggaran kerugian.
Mode-tunggal menjadi default
Sebagian besar antarmuka fotonik-silikon 400G dan 800G dengan jangkauan pendek adalah mode-tunggal paralel. Serat G.652.D, dikabelkan sebagai OS2 dan ditentukan dalamITU-Rekomendasi G.652, mendukung antarmuka DR, FR, dan LR pada jarak yang ditemukan di ruang data atau kampus, dan tidak mengikat instalasi ke satu generasi multimode. Untuk latar belakang serat itu sendiri, lihat ikhtisar kamikarakteristik serat-mode tunggal.
Konektor harus sesuai dengan antarmuka, bukan kecepatan saluran
| Antarmuka | jalur | Konektor modul yang khas | Serat yang digunakan |
|---|---|---|---|
| 400G-DR4 | 4 × 100G | MPO-12 | 8 |
| 400G-FR4 / LR4 | 4 panjang gelombang, 1 pasang serat | LC Dupleks | 2 |
| 800G-DR8 | 8 × 100G | MPO-16 | 16 |
| 800G-2×DR4 | 2 × 4 × 100G | Dua MPO-12 | 16 |
| 800G-2×FR4 | 2×4 panjang gelombang | Dua LC dupleks | 4 |
Oleh karena itu, dua modul yang keduanya berlabel 800G memerlukan rakitan kabel yang sangat berbeda. Definisi antarmuka berasal dari karya IEEE 802.3:P802.3dfuntuk 400G dan 800G pada 100G per jalur, danP802.3djuntuk 200G per jalur dan 1,6T. Faktor bentuk adalah sumbu yang terpisah lagi - lihat catatan kami diQSFP-Modul DD DR4dan seterusnyaOSFP 800G, dan diMPO 16-serat digunakan untuk 800G.
Contoh yang berhasil
Pertimbangkan tautan daun-ke-punggung 400G-DR4, 120 m, melewati dua panel tambalan:
- Saluran: modul → kabel peralatan → panel → OS2 12-batang serat MPO → panel → kabel peralatan → modul. Itu adalah empat pasangan MPO yang dikawinkan.
- Redaman serat: 120 m pada sekitar 0,35 dB/km pada 1310 nm menghasilkan sekitar 0,04 dB. Dapat diabaikan sejauh ini.
- Hilangnya konektor: empat pasang berpasangan pada tipikal 0,35 dB menghasilkan 1,4 dB; pada tingkat kasus terburuk 0,5 dB-, 2,0 dB.
- Terhadap tunjangan saluran kelas DR-di wilayah 4 dB, desain memiliki margin - tetapi titik patching kelima dalam kasus terburuk-kerugian akan menghabiskan sebagian besar margin tersebut.
Aturan umum yang diilustrasikan oleh contoh ini: pada 400G dan 800G, jumlah pasangan yang dikawinkan lebih penting daripada panjangnya. Verifikasikan kelonggaran terhadap lembar data modul tertentu dan klausa IEEE, bukan angka umum, dan tentukan rakitan-kerugian rendah di mana saluran memiliki tiga atau lebih pasangan berpasangan.
Polaritas dan kebersihan
Polaritas harus direncanakan di seluruh saluran - batang, kaset, harness, breakout dan kabel peralatan bersama-sama - karena saluran yang dirakit dari masing-masing komponen yang benar masih bisa salah ujung ke ujung. Dokumentasikan metode polaritas sebelum memesan, bukan setelah bagasi tiba.
Kontaminasi adalah mode kegagalan lain yang berskala buruk dengan jumlah jalur, karena ferrule MPO mengkonsentrasikan 12 atau 16 serat di satu ujung permukaan dan satu partikel dapat merusak satu jalur. Periksa sebelum melakukan perkawinan, bersihkan ketika pemeriksaan gagal, periksa kembali, dan perlakukan urutan tersebut sebagai langkah pemasangan, bukan sebagai langkah pemecahan masalah. KitaPanduan inspeksi dan pembersihan MPOmencakup prosedur praktis dan kriteria penerimaan IEC 61300-3-35.
Pertanyaan Umum
T: Apakah Modul Fotonik Silikon Selalu Lebih Murah Dibandingkan Modul Berbasis-EML?
J: Tidak. Biasanya lebih murah untuk produk-bervolume tinggi,-jangkauan pendek, dan-jalur-banyak seperti DR4 dan DR8. Untuk jangkauan yang jauh, volume rendah, atau aplikasi yang memerlukan performa optik per{7}}jalur tinggi, EML dan arsitektur lainnya masih bisa lebih ekonomis.
T: Apa Bagian Termahal dari Modul 800G?
J: Biasanya DSP, diikuti oleh laser dan kemasan optik. Fotonik silikon mengatasi sirkuit fotonik dan sebagian dari biaya perakitan, itulah sebabnya harga modul turun tetapi tidak jatuh.
T: Apakah Silicon Photonics Mengurangi Konsumsi Daya?
J: Secara tidak langsung. Integrasi memperpendek jalur listrik dan mengurangi parasit, namun DSP retimer mendominasi daya modul pada 800G. Pengurangan daya yang lebih besar pada peta jalan saat ini berasal dari optik linear pluggable dan linear receiver, yang mengurangi atau menghilangkan DSP tersebut.
T: Apakah Modul Fotonik Silikon Membutuhkan Serat Khusus?
J: Tidak ada jenis fiber khusus, namun sebagian besar desain-jangkauan pendek adalah mode-tunggal paralel, sehingga memerlukan OS2, bukan multimode, dengan jumlah fiber dan konektor yang tepat untuk antarmukanya.
T: Bisakah saya menggunakan kembali batang MPO-12 400G saya yang sudah ada untuk 800G?
J: Kadang-kadang. Modul 800G-2×DR4 yang menggunakan dua antarmuka MPO-12 dapat menggunakannya kembali. Modul 800G-DR8 yang menggunakan satu MPO-16 tidak bisa, karena pemetaan jalur dan jumlah serat berbeda.
T: Apakah 800G Dua Kali Lipat Harga 400G?
J: Umumnya tidak. Karena DSP, paket, port switch, dan saluran kabel digunakan bersama dalam kapasitas dua kali lipat, biaya per bit turun bahkan ketika harga satuan modul naik.
T: Bagaimana Saya Membandingkan Klaim Biaya Vendor Secara Adil?
J: Perbaiki kelas jangkauan, jumlah jalur, dan faktor bentuk, lalu bandingkan berdasarkan per{0}}port termasuk modul, port switch, daya, dan kabel. Membandingkan 800G-DR8 dengan 400G-FR4 tidak banyak memberi informasi kepada Anda.
Intinya
Fotonik silikon benar-benar mengubah struktur biaya optik 400G dan 800G, namun hal ini dilakukan dengan mengompresi satu bagian dari kumpulan material - sirkuit fotonik dan langkah-langkah perakitan di sekitarnya - sambil membiarkan sebagian besar laser, DSP, dan kemasan tetap utuh. Penghematan yang semakin besar terlihat pada tingkat sistem: lebih sedikit port, lebih sedikit kabel, lebih sedikit daya per bit, dan pabrik fiber yang mampu bertahan pada peningkatan berikutnya.
Item terakhir adalah item yang paling dikontrol secara langsung oleh pembeli. Modul ini merupakan keputusan-tahunan; batangnya berumur sepuluh-tahun.
Memperbaiki sisi pasif dengan benar
Pengkabelan khusus layak untuk ditentukan ketika saluran melibatkan breakout, format konektor campuran, anggaran kerugian yang ketat, atau migrasi bertahap - kasus di mana perakitan katalog tidak akan cocok dengan peta jalur. Jika hal tersebut menjelaskan proyek Anda, kirimkan model transceiver, antarmuka, jarak tautan, dan persyaratan breakout, dan kami dapat mengerjakannya kembali dari lembar data keperakitan kabel serat optik khususdengan polaritas yang cocok dan-catatan pengujian kerugian penyisipan.