Silicon photonics prešao je s dugo-obećavane tehnologije na mainstream opciju unutar 400G i 800G priključnih modula. Zanimljivo pitanje više nije radi li. To je koji dijelovi modula zapravo pojeftinjuju, kojim mehanizmom i pod kojim uvjetima ušteda nestaje.
Ovaj članak najprije odgovara na to pitanje, a zatim pokriva što promjena znači za postrojenje s pasivnim vlaknima koje morate kupiti uz optiku.
- Silicijska fotonika smanjujeoptičkidio troška modula zamjenom pojedinačno sklopljenih diskretnih dijelova jednim litografski definiranim fotonskim integriranim krugom (PIC).
- To činineuklonite laser, DSP, upravljački program, TIA ili optičko pakiranje. Na 800G, te stavke - ne fotonika - obično dominiraju popisom materijala.
- Vage za spremanje s volumenom i brojem traka. Najveći je u kratko{1}}paralelnim jedno-modnim sučeljima kao što su DR4 i DR8, a najmanji u malim-volumenskim, dugo-dosežnim ili-multipleksiranim proizvodima-valne duljine.
- 800G je jeftinijepo prenesenom bituod 400G uglavnom zato što se DSP, paket, konektor i kablovski kanal dijele na dvostruko više traka - ne zato što je sama optika prepolovljena u cijeni.
- Jeftiniji modul proizvodi jeftiniju mrežu samo ako se postrojenje vlakana ne mora ponovno graditi da bi ga prihvatilo.
Što je zapravo silicijska fotonika
Silicijska fotonika koristi fotonske integrirane krugove izgrađene na silicijevim-na-izolacijskim pločama za izvođenje optičkih funkcija: vođenje valova, cijepanje, modulacija, multipleksiranje valnih duljina i otkrivanje. Budući da su strukture definirane litografijom na CMOS-kompatibilnim linijama od 200 mm ili 300 mm, stotine identičnih optičkih sklopova proizvode se u jednom prolazu umjesto da se sastavljaju dio po dio.
Dva su ograničenja važna za svaku raspravu o troškovima:
- Silicij ne laserira.Svjetlo i dalje dolazi iz izvora III-V - indijevog fosfida ili kvantnog{2}}točkastog lasera - koji je spojen izvana, spojen na flip-čip ili heterogeno povezan. Najskuplji materijal u modulu ostaje izvan silikonskog procesa.
- PIC nije modul.Gotov primopredajnik i dalje sadrži DSP ili retimer, pogonske programe modulatora, transimpedancijska pojačala, upravljanje toplinom, strukturu za-spajanje vlakana i hermetički ili polu{1}}hermetički paket.
Silicijsku fotoniku je stoga najbolje shvatiti kao integriranu optičku platformu koja uklanja klasu koraka sklapanja, a ne kao zamjenu za cijeli primopredajnik.
Gdje ide novac u 400G ili 800G modulu
| Blok troškova | Što pokriva | Učinak silicijske fotonike |
|---|---|---|
| Fotonski krug | Valovodi, modulatori, multiplekseri, germanijski fotodetektori | Veliko smanjenje. Replikacija-vafera, broj dijelova naglo pada |
| Izvor lasera | III-V laserska matrica, izolator, kontrola valne duljine | Malo ili nimalo. I dalje III-V komponenta s vlastitim ograničenjima prinosa i opskrbe |
| DSP ili retimer | PAM4 obrada signala, FEC, ekvilizacija | Nijedan izravno. Često najveća pojedinačna stavka retka od 800G |
| Električni IC-ovi | Vozači, TIA, kontrola | Neizravno. Ko-dizajn s PIC-om može smanjiti parazite i broj dijelova |
| Pakiranje i spajanje vlakana | Poravnanje, pričvršćivanje, niz vlakana, hermetičnost, toplinski put | Mješoviti. Sveukupno manje usmjeravanja, ali spajanje u submikronske silicijske valovode je zahtjevno |
| Test i kvalifikacija | Vafer test, modul test, burn{0}}in, interoperabilnost | Značajno smanjenje. Optički test može prijeći na razinu vafera, tako da se loši kalupi odbacuju prije pakiranja |
Pet mehanizama koji smanjuju cijenu po bitu
- Smanjenje-broja dijelova.Funkcije koje su nekada zahtijevale odvojeno poravnate komponente postaju jedan litografski izgled. Svako eliminirano aktivno poravnanje uklanja rad, vrijeme opreme i mogućnost gubitka prinosa.
- Amortizacija-kamenca.Razvoj maske i procesa je fiksni trošak raspoređen na cijelu seriju pločica, tako da jedinični trošak pada s kumulativnim volumenom na način na koji diskretna montaža ne pada.
- Raniji test.Poznato-dobro-prosijavanje pločice sprječava trošenje skupog pakiranja i laserskog pričvršćivanja na dijelove koji će pokvariti.
- Skaliranje trake.Prelazak s četiri trake na osam dodaje valovode i modulatore na istoj matrici. Ne udvostručuje broj optičkih sklopova kojima se zasebno rukuje.
- Sužavanje lanca opskrbe.Sadržaj složenog-poluvodiča koncentriran je u laseru umjesto da se širi po modulatorima, detektorima i multiplekserima.
Zašto 800G košta manje po bitu od 400G
Per-poboljšanje u 800G portu uglavnom dolazi od dijeljenja, a dijeljenje se proteže izvan modula:
- Jedan DSP, jedan paket, jedan kavez, jedan hladnjak i jedno sučelje za upravljanje sada opslužuju 800 Gb/s umjesto 400 Gb/s.
- Jedan priključak prekidača, jedan utor za-prednju ploču i jedan proračun napajanja služe dvostruko većem prometu. Infrastruktura prekidača i napajanja po bitu često je veća ušteda.
- Jedan kabelski kanal nosi dvostruko veći kapacitet. 800G-DR8 veza preko 16-vlaknastog tranka premješta dvostruko više prometa od 400G-DR4 veze preko 8 vlakana, koristeći jedan događaj prekida, jedan testni zapis i jednu poziciju zakrpe.
Breakout ponovno mijenja aritmetiku: jedan 800G-DR8 priključak podijeljen na dvije 400G-DR4 veze zamjenjuje dva 400G priključka na preklopniku, što je obično jeftiniji način za opsluživanje 400G krajnjih točaka iz moderne kičme. Ovo je mjesto gdje ekonomija modula, radiks sklopke i dizajn kablova prestaju biti odvojeni proračuni - točku koju dalje razvijamo u našem vodičusilicijski fotonski moduli i kablovi od 400G vlakana.
Dva upozorenja na objavljene brojke. Prvo, ulične cijene primopredajnika brzo se mijenjaju i razlikuju se prema količini, regiji i statusu kvalifikacije, tako da je svaka brojka navedena u članku ustajala prije nego što se pročita. Drugo, "cijena po bitu" je usporediva samo ako se klasa dosega, broj traka i faktor forme održavaju konstantnima. Usporedite ponude za određene brojeve dijelova u vlastitoj količini, a ne prosječne naslove.
Kad silicijska fotonika nije jeftiniji izbor
Integracija je argument za volumen{0}}i-traku-. Gdje tih uvjeta nema, stariji pristupi često pobjeđuju:
- Vrlo kratke karike unutar stalka.Pasivni ili aktivni bakreni kabeli i AOC ostaju jeftiniji i imaju manju-snagu za nekoliko metara. Naša usporedbabakra i vlakana u podatkovnim centrima umjetne inteligencijepokriva mjesto gdje se nalazi crossover.
- Dugi doseg i visoka izvedba po-traci.EML i tanko{0}}slojni litij-niobatni modulatori i dalje imaju prednosti u propusnosti i izlaznoj snazi za neke LR, ER i koherentne aplikacije, gdje su silicijeva modulacijska učinkovitost i uneseni gubici teža ograničenja.
- Mali{0}}proizvodi ili specijalizirani proizvodi.Ispod određenog volumena isporuke, troškovi fiksne maske i kvalifikacije nikada se ne amortiziraju, a diskretna izrada je jeftinija.
- Toplinski ograničene implementacije.Neki silicijski modulatori trebaju aktivnu toplinsku kontrolu. Gdje su snaga i hlađenje obvezujuće ograničenje, niža cijena modula može biti pogrešna optimizacija.
- Kada se biljka vlakana mora promijeniti.Ako prelazak na paralelno jedno-modno sučelje znači nove debla, nove panele i period održavanja, ponovno kabliranje može premašiti uštedu modula u prvoj godini.
Ukupni trošak vlasništva, a ne cijena modula
Četiri stavke izvan narudžbenice obično donose više novca od popusta na modul:
- Snaga po bitu.Snaga modula je tekući operativni trošak pomnožen s hlađenjem. Industrijske smjernice sada tretiraju linearnu priključnu optiku (LPO) i linearnu prijemnu optiku (LRO) - koje smanjuju ili uklanjaju retimer DSP - kao sljedeći značajan korak u smanjenju snage modula; theEthernet Alliance Plan puta za Ethernetstaze gdje se ove uklapaju u 800G i 1.6T. Omotnice snage faktora-forme definirane su uOSFP MSA specifikacije.
- Gustoća luka.Prebacivanje s većim-radixom smanjuje broj prekidača, optike i kabela potrebnih za istu strukturu. Ovaj spojevi; cijena modula ne.
- Prerada i zastoji.Greška u polaritetu ili kontaminirana ferula otkrivena tijekom -pojačavanja košta inženjerske sate točno u trenutku kada su najskuplji.
- Prekid nadogradnje.Fiber ugrađen jednom i ponovno korišten kroz tri generacije modula dramatično je jeftiniji od vlakana instaliranih tri puta.
Što to znači za biljku vlakana
Jeftiniji modul ne stvara vezu koja radi. Primopredajnik mora biti usklađen s vrstom vlakna, sučeljem konektora, polaritetom i proračunom gubitaka.
Pojedinačni-način postaje zadani
Većina silicijskih fotonskih sučelja kratkog-dometa 400G i 800G paralelni su jedno-mod. G.652.D vlakno, kablirano kao OS2 i navedeno uITU-T preporuka G.652, podržava DR, FR i LR sučelja na udaljenostima koje se nalaze u podatkovnoj dvorani ili kampusu i ne veže instalaciju za jednu višemodnu generaciju. Za pozadinu samog vlakna pogledajte naš pregledkarakteristike jedno-modnog vlakna.
Konektor mora odgovarati sučelju, a ne brzini linije
| sučelje | trake | Tipični konektor modula | Vlakna u upotrebi |
|---|---|---|---|
| 400G-DR4 | 4 × 100G | MPO-12 | 8 |
| 400G-FR4 / LR4 | 4 valne duljine, 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 valne duljine | Dvoetažni LC | 4 |
Dva modula s oznakom 800G stoga mogu zahtijevati potpuno različite sklopove kabela. Definicije sučelja potječu iz rada IEEE 802.3:P802.3dfza 400G i 800G pri 100G po traci, iP802.3djza 200G po traci i 1.6T. Form faktor je opet zasebna os - pogledajte naše bilješke oQSFP-DD DR4 moduli dalje800G OSFP, i naMPO od 16 vlakana koristi se za 800G.
Uspješni primjer
Razmotrite vezu od 400G-DR4 list-to-kralježnica, 120 m, koja prolazi kroz dvije patch ploče:
- Kanal: modul → kabel opreme → ploča → OS2 12-fiber MPO prtljažnik → ploča → kabel opreme → modul. To su četiri sparena MPO para.
- Prigušenje vlakana: 120 m pri otprilike 0,35 dB/km pri 1310 nm daje oko 0,04 dB. Zanemarivo u ovoj duljini.
- Gubitak konektora: četiri spojena para pri 0,35 dB tipično daju 1,4 dB; pri 0,5 dB u najgorem-slučaju, 2,0 dB.
- U odnosu na dopuštenje kanala klase DR-u području od 4 dB, dizajn ima marginu -, ali peta točka krpanja u najgorem-slučaju gubitka bi potrošila većinu toga.
Opće pravilo koje primjer ilustrira: kod 400G i 800G, broj sparenih parova važniji je od duljine. Provjerite dopuštenje u odnosu na podatkovnu tablicu specifičnog modula i IEEE klauzulu, a ne na generičku brojku, i navedite sklopove s niskim-gubicima gdje kanal ima tri ili više spojenih parova.
Polaritet i čistoća
Polaritet se mora planirati preko cijelog kanala - debla, kasete, pojasevi, spojnice i kabeli opreme zajedno - jer kanal sastavljen od pojedinačno ispravnih komponenti još uvijek može biti pogrešan od kraja do kraja. Dokumentirajte metodu polariteta prije naručivanja, a ne nakon što koferi stignu.
Kontaminacija je drugi način kvara koji se loše mjeri s brojem traka, jer MPO ferula koncentrira 12 ili 16 vlakana na jednom kraju i jedna čestica može uništiti traku. Pregledajte prije spajanja, očistite kada pregled ne uspije, ponovno pregledajte i tretirajte slijed kao korak instalacije, a ne korak za rješavanje problema. NašeMPO pregled i vodič za čišćenjepokriva praktični postupak i kriterije prihvaćanja IEC 61300-3-35.
FAQ
P: Je li silicijski fotonski modul uvijek jeftiniji od EML-modula?
O: Ne. Obično su jeftiniji proizvodi s velikim-količinama, kratkim-dosegom, velikim-trakama-kao što su DR4 i DR8. Za veliki domet, mali volumen ili aplikacije koje trebaju visoku-optičku izvedbu po traci, EML i druge arhitekture još uvijek mogu biti ekonomičnije.
P: Koji je najskuplji dio 800G modula?
O: Obično DSP, zatim lasersko i optičko pakiranje. Silicijska fotonika bavi se fotonskim krugom i dijelom troškova sklapanja, zbog čega cijene modula padaju, ali ne padaju.
P: Smanjuje li Silicon Photonics potrošnju energije?
O: Neizravno. Integracija skraćuje električne putove i smanjuje parazite, ali retimer DSP dominira snagom modula na 800G. Veća smanjenja snage na trenutnim planovima dolaze od linearne priključne i linearne prijemne optike, koja smanjuje ili uklanja taj DSP.
P: Trebaju li silicijski fotonski moduli posebna vlakna?
O: Nema posebne vrste vlakana, ali većina dizajna kratkog-dometa paralelni su jedno-mod, tako da trebaju OS2, a ne višemodni, s točnim brojem vlakana i konektorom za sučelje.
P: Mogu li ponovno upotrijebiti svoja postojeća 400G MPO-12 prijenosna mjesta za 800G?
O: Ponekad. 800G-2×DR4 modul koji koristi dva MPO-12 sučelja može ih ponovno koristiti. Modul 800G-DR8 koji koristi jedan MPO-16 ne može jer se mapiranje traka i broj vlakana razlikuju.
P: Je li 800G dvaput veća cijena od 400G?
O: Općenito ne. Budući da se DSP, paket, port preklopnika i kablovski kanal dijele preko dvostruko većeg kapaciteta, cijena po bitu pada čak i kada jedinična cijena modula raste.
P: Kako mogu pošteno usporediti tvrdnje dobavljača o troškovima?
O: Popravite klasu dosega, broj traka i faktor oblika, a zatim usporedite po-priključku uključujući modul, priključak preklopnika, napajanje i kabliranje. Usporedba 800G-DR8 s 400G-FR4 govori vam vrlo malo.
Zaključak
Silicijska fotonika uistinu mijenja strukturu troškova 400G i 800G optike, ali to čini komprimiranjem jednog dijela spiska materijala - fotonskog kruga i koraka sklapanja oko njega - ostavljajući laser, DSP i pakiranje uglavnom netaknutima. Uštede pri spajanju pojavljuju se na razini sustava: manje priključaka, manje kabela, niža snaga po bitu i postrojenje s vlaknima koje preživljava sljedeću nadogradnju.
Tu posljednju stavku kupci najizravnije kontroliraju. Modul je tro-godišnja odluka; prtljažnik je deset-godišnji.
Ispraviti pasivnu stranu
Vrijedno je specificirati prilagođeno kabliranje kada kanal uključuje proboj, mješovite formate konektora, niske proračune za gubitke ili faznu migraciju - slučajevi gdje sklop kataloga neće odgovarati karti traka. Ako to opisuje vaš projekt, pošaljite model primopredajnika, sučelje, udaljenost veze i zahtjeve za proboj, a mi se možemo vratiti s podatkovne tablice naprilagođeni sklop optičkog kabelas odgovarajućim polaritetom i zapisima o-testovima gubitka umetanja.