數據中心邁進高速光互連世界
互聯網和智能終端的快速應用使全球數據量爆發式增長,極大地推動了以高速路由器,超級計算和存儲為核心的高性能超算中心(HPC)和數據中心市場的發展。有源光纜產品是這些核心設備之間的主要互連方式之一,來自CIR的有源光纜市場研究報告顯示,其市場規模2012年達到7.2億美元,預計2017年這一數字翻一倍,達到19億美元,前景可觀。
隨著提供40G/100G端口的服務器,交換機等設備在數據中心的逐步規模商用,對于高速光互連產品的需求也越來越多,當前國內器件廠商不斷研發和創新光互連技術,對高速集成并行光學模塊和高頻信號完整性技術進行深入理解和研究。光互連產品的關鍵需求在于高速率、高密度、低成本、低功耗。目前市場主流高速光互連產品包括10Gbps SFP+ AOC、40Gbps QSFP+AOC、56G QSFP+AOC 和120Gbps CXP AOC等。
高速光互連技術的顯著優勢和應用
數據中心/云計算系統在更高帶寬和更低功耗上的需求越來越迫切,AOC有源光纜是滿足此需求的最優解決方案之一。AOC有源光纜與互聯銅纜相比擁有許多顯著的優勢,比如在系統鏈路上的傳輸功率更低,重量僅為直連銅纜四分之一,體積略為銅纜的一半,并且在機房布線系統中具有更好的空氣流動散熱性,光纜的彎折半徑比銅纜做得更小,傳輸距離更遠(可以達到100~300米),且產品傳輸性能的誤碼率也更優,BER可以達到10^-15。與光收發模塊相比,AOC有源光纜由于存在不外露的光接口,不存在光接口清潔和被污染的問題,系統穩定性和可靠性大大提升,并且降低機房維護成本。
高速光互連產品40Gbps QSFP+ AOC 和120Gbps CXP AOC不再采納傳統可插拔收發器中TOSA/ROSA的結構設計,而使用高度集成的陣列光引擎核心器件技術。
在PCBA上采用COB(Chip on Board)集成技術,實現一體化模式—封裝小、速率高、功耗低(QSFP+功耗低于1.5W,CXP功耗低于2.5W)。在發射端,陣列光學引擎同時處理多個高速電通道,將其轉換為多路光信號,再將這些光信號組合在一起,通過一條12芯(24芯)MPO高密度光纜將這些信息傳送到云計算系統或數據中心機房的下一個節點。在接收端,陣列光學引擎將MPO光纜內的光信號轉換回電信號,將多路電信號傳送至設備上處理. 這些產品完全適用infiniband互聯應用場景,同時符合以太網IEEE 802.3ba。在數據中心和云計算系統領域,陣列光學引擎技術已經廣泛應用于有源光纜產品—服務器和交換機之間互聯。但是光學引擎技術也面臨很大的挑戰,核心的激光器被少數國際大廠商壟斷,價格不菲,且激光器的驅動和限幅放大芯片之間焊接技術也影響著制成效率,制約著國內廠商大幅推廣。基于這些原因,一體化集成的硅光子技術是未來光互連技術的發展趨勢—將整個光學引擎整合在硅晶平臺上,集成所有必要的功能,實現更低成本,更簡單的制成工藝,建立起更高密度的光傳輸系統。
同樣,高度集成的陣列光引擎會產生大量集中的熱量,因此良好的散熱能力是光器件廠商結構設計的難點之一。根據熱力學理論,散熱效果主要取決于散熱介質的熱傳導系數和與外殼的接觸面積,散熱通道距離以及材料熱阻。性能優異的散熱設計應該滿足3個要求:散熱介質的熱傳導系數高(例如熱傳導系數高的鎢銅,260W/mK),散熱介質最大橫截面與外殼的直接接觸、緊密結合,散熱通道做到最短垂直距離傳導熱能,可以使產品長期穩定地工作在0~70度環境。易飛揚基于鎢銅熱沉工藝的散熱設計,將激光器芯片、驅動芯片、接收光電二極管芯片等核心芯片直接與外殼充分接觸,達到最佳的散熱效率。基于CAE軟件進行熱力模擬驗證,在以上3個方面達到理想效果。
隨著云計算和數據中心大幅度增長,并行光學模塊的多通道測試成本和效率面臨嚴峻的考驗。多通道并行傳輸測試平臺可以簡單的理解為4套(QSFP+產品)或者12套(CXP產品)獨立的10G測試系統的總和,意味著研發前期需要投入大量的資金,且提高了進入高速光互連市場的門檻。因而,具有高效、簡易、低成本等特點的高集成度的多通道測試平臺是衡量國內外廠商是否能夠真正邁進光互連陣營的關鍵因素,整套集成系統會大幅度縮短產品測試周期,可以提升產品品質,并且提高設備資源和空間的利用率。易飛揚自主研制了120G誤碼測試儀,與同類單通道國際知名品牌10G誤碼儀做GRR相關性和重復性的驗
責任編輯:何健
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