Qu'est-ce qu'un module optique?
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En ce qui concerne les modules optiques, je suis sûr que tout le monde les connaît bien. C'est-à-dire une communication moyenne en métal représentée par des câbles coaxiaux etcâbles de réseauest progressivement remplacé par un support de fibre optique. Les modules optiques sont un composant central defibre optiquesystèmes de communication.
1. Composition de modules optiques
Le module optique, appelé émetteur-récepteur optique en anglais, est un terme général pour diverses catégories de modules, y compris les modules de récepteur optique, les modules d'émetteur optique, les modules de récepteur optique et les modules de transfert optique.
Aujourd'hui, lorsque nous parlons de modules optiques, nous signifions généralement des émetteurs-récepteurs optiques (et ce sera le cas tout au long du texte).
Les modules optiques fonctionnent à la couche physique, qui est la couche inférieure du modèle OSI. Sa fonction est assez simple: il réalise la conversion photoélectrique. Il convertit les signaux optiques en signaux électriques et signaux électriques en signaux optiques.
Bien qu'il semble simple, le contenu technique du processus de mise en œuvre n'est pas faible.
Un module optique se compose généralement d'un émetteur optique (TOSA, sous-assemblage optique de l'émetteur, contenant une diode laser), un récepteur optique (ROSA, sous-assemblage optique du récepteur, contenant un photodétecteur), des circuits fonctionnels et des interfaces optiques (électriques).
À l'extrémité de transmission, la puce du conducteur traite le signal électrique d'origine, puis entraîne la diode laser semi-conductrice (LD) ou la diode émettrice de lumière (LED) pour émettre un signal optique modulé.
À l'extrémité de réception, une fois le signal optique entre, il est converti en signal électrique par un photodétecteur puis sorti après avoir été amplifié par un préamplificateur.
2. Emballage des modules optiques
Pour les débutants, l'aspect le plus frustrant des modules optiques est leurs noms d'emballage extrêmement complexes et la gamme de paramètres déroutante.
L'emballage peut être simplement compris comme un standard de facteur de forme. C'est le principal moyen de distinguer les modules optiques.
Le développement rapide des technologies de communication en fibres optiques est la principale raison de la multitude de normes d'emballage.
La vitesse des modules optiques augmente constamment et leur taille diminue également, de sorte que de nouvelles normes d'emballage sont introduites toutes les quelques années. La compatibilité entre les normes d'emballage anciennes et nouvelles est généralement difficile.
De plus, les divers scénarios d'application des modules optiques sont également une raison de l'augmentation des normes d'emballage. Différentes distances de transmission, exigences de bande passante et emplacements d'utilisation correspondent à différents types de fibres optiques, et donc à différents modules optiques.
J'ai répertorié certaines méthodes de classification des modules optiques, y compris l'emballage, comme indiqué dans le tableau ci-dessous:
3. Classification des modules optiques
Avant d'expliquer l'emballage et la classification, présentons les organisations de normalisation pour la communication optique. Parce que ces normes d'emballage sont déterminées par les organisations de normalisation.
Actuellement, il existe plusieurs organisations mondiales qui normalisent la communication optique, telles que l'IEEE bien connu (Institute of Electrical and Electronics Engineers), ITU-T (International Telecommunication Union), MSA (Multi Source Contrat), OIF (Optical Internet Forum), CCSA (China Communications Standards Association), etc.
Les plus couramment utilisés dans l'industrie sont l'IEEE et MSA.
Vous ne connaissez peut-être pas MSA. Son nom anglais est un accord multi-source. Il s'agit d'une spécification multi-fournisseurs, une forme d'organisation non officielle par rapport à l'IEEE, qui peut être comprise comme un comportement d'alliance de l'industrie.
Maintenant, commençons à introduire un emballage.
Tout d'abord, vous pouvez jeter un œil à l'image suivante, qui décrit avec précision la période d'émergence de différents emballages et leurs vitesses de travail correspondantes.
4. Emballage commun
GBIC
GBIC signifie convertisseur d'interface de débit giga. Avant 2000, GBIC était l'emballage du module optique le plus populaire et la forme de module Gigabit le plus largement utilisé.
Le
En raison de la grande taille de GBIC, SFP est apparu plus tard et a commencé à remplacer la position de GBIC. SFP, le nom complet de petit facteur de forme enfichable, est un petit module optique à chaud. Sa petite taille est relative à l'emballage GBIC.
Le volume de SFP est réduit de moitié par rapport aux modules GBIC, permettant plus du double du nombre de ports à configurer sur le même panneau. En termes de fonctionnalités, les deux prennent en charge la poigmentation à chaud. SFP prend en charge une bande passante maximale de 4 Gbit / s.
Xfp
Xfp est 10- gigabit petit facteur de forme enfichable. Il utilise un module série à canal unique à pleine vitesse avec une connexion XFI (10 Go d'interface série), qui peut remplacer Xenpak et ses produits dérivés.
SFP +
SFP + est également un module optique 10g. Sa taille est cohérente avec SFP, plus compacte (réduite d'environ 30%) que XFP et consomme moins de puissance (réduit certaines fonctions de contrôle du signal).
SFP28
SFP28 avec une vitesse de 25 Gbit / s était principalement dû au fait que les prix des modules optiques 40g et 100 g étaient trop élevés à l'époque, donc cette solution de transition de compromis a été introduite.
QSFP / QSFP + / QSFP28 / QSFP 28- DD
Quad petit facteur de forme enfichable, une interface SFP à quatre canaux. De nombreuses technologies clés matures dans XFP ont été appliquées à cette conception.
Le QSFP peut être divisé en 4 × 10g QSFP +, 4 × 25G QSFP28, 8 × 25G QSFP 28- modules optiques DD, etc.
Par exemple, QSFP28 convient aux ports d'accès 4x25GE. En utilisant QSFP28, il est possible de passer de 25 g à 100 g sans passer par 40 g, simplifiant considérablement la difficulté de câblage et la réduction des coûts.
QSFP-DD
Fondée en mars 2016, DD signifie «double densité». Il augmente les quatre canaux deQSFPà huit canaux.
Il est compatible avec les solutions QSFP. Les modules QSFP28 d'origine peuvent toujours être utilisés, juste insérer un autre module. Le nombre de contacts électriques surQSFP-DDest deux fois celle de QSFP28.
QSFP-DD utilise des formats de signal PAM4 NRZ de 25 Gbps ou 50 Gbit / s par canal. En utilisant PAM4, il peut prendre en charge jusqu'à 400 Gbit / s.
Pam4
PAM4 (modulation d'amplitude à 4 impulsions) est une technologie de "doublement".
Pour les modules optiques, si vous souhaitez obtenir une amélioration des taux, vous augmentez le nombre de canaux ou augmentez le taux d'un seul canal.
Les signaux numériques traditionnels utilisent principalement des signaux NRZ (non-retour à zéro), en utilisant des niveaux de signal élevés et faibles pour représenter les informations 1 et 0 du signal numérique, chaque période de symbole de signal transmettant 1 bit d'informations logiques.
Les signaux PAM4 utilisent quatre niveaux de signal différents pour la transmission, avec chaque période de symbole représentant 2 bits d'informations logiques (0, 1, 2, 3). Dans le même canal, la bande passante physique, PAM4 transmet deux fois la quantité d'informations que les signaux NRZ, atteignant ainsi un doublement du taux.
CFP / CFP2 / CFP4 / CFP8
Les gigabits de centum se forment enfichables, un module de communication optique de division de longueur d'onde dense. Le taux de transmission peut atteindre 100-400 gbps.
CFP est conçu sur la base de l'interface SFP, avec une taille plus grande, prenant en charge la transmission de données de 100 Gbit / s. CFP peut prendre en charge un seul signal 100G, un ou plusieurs signaux 40G.
La différence entre CFP, CFP2 et CFP4 réside dans leur taille. La taille de CFP2 est la moitié de CFP, et CFP4 est un quart de CFP.
CFP8 est un formulaire d'emballage spécifiquement proposé pour 400G, avec une taille similaire à CFP2. Il prend en charge les taux de canal de 25 Gbit / s et 50 Gb
L’OSFP
Ceci est un peu facilement confondu avec leOSPFprotocole de routage.
OSFP,Facteur de petite forme octal enfichable, "O" signifie "Octal", officiellement lancé en novembre 2016.
Il est conçu pour utiliser huit canaux électriques pour atteindre 400 GBE (8 * 56GBE, mais le signal 56GBE est formé par un laser DML 25 g sous modulation PAM4), légèrement plus grand que QSFP-DD, avec des moteurs et des émetteurs-récepteurs légèrement de la thermoscope.
Ce sont quelques-unes des normes d'emballage des modules optiques communs.
5. 400G Modules optiques
Comme vous l'avez peut-être remarqué, j'ai mentionné trois types de modules optiques qui prennent en charge 400 Gbit / s pendant l'introduction de l'emballage: QSFP-DD, CFP8 et OSFP.
Le 400G est actuellement la principale orientation concurrentielle de l'industrie de la communication optique. Maintenant, 400G en est également aux premiers stades de l'utilisation commerciale à grande échelle.
Comme on le sait, en raison du lancement à grande échelle de la construction du réseau 5G et du développement rapide de l'informatique en nuage et de la construction de centres de données à grande échelle, la demande de l'industrie des TIC pour 400G est devenue de plus en plus urgente.
Les modules optiques du début 400G ont utilisé une méthode d'implémentation NRZ 16- 25 Gbit
Cette méthode de mise en œuvre profite de l'utilisation de la technologie NRZ 25G mature développée pour les modules optiques 100 g. Cependant, l'inconvénient est qu'il nécessite 16 voies de transmission parallèle, entraînant une consommation d'énergie plus élevée et une plus grande taille, ce qui ne convient pas aux applications de centres de données.
Plus tard, PAM4 a commencé à remplacer NRZ.
Du côté optique, la transmission du signal 400G est principalement obtenue en utilisant 8 voies de 53 Gops PAM4 ou 4 voies de 106 Gops PAM4, et sur le côté électrique, 8 voies de signaux électriques PAM4 de 53 Gops sont utilisés, avec des formes de package OSFP ou QSFP-DD.
Comparativement parlant, l'emballage QSFP-DD est plus petit (similaire à l'emballage traditionnel du module optique 100G QSFP28), ce qui est plus adapté aux applications de centres de données. L'emballage OSFP est légèrement plus grand, et comme il peut fournir plus de puissance, il convient plus aux applications de télécommunications.
Actuellement, les modules optiques 400G, quelles que soient les méthodes d'emballage, sont très chers, loin de répondre aux attentes des utilisateurs. Par conséquent, ils ne peuvent pas être rapidement popularisés.
Une autre technologie notable est la photonique du silicium, communément appelé silicium photonique.
La photonique en silicium est considérée comme ayant des applications larges et une forte compétitivité à l'ère 400G, et elle reçoit beaucoup d'attention de nombreuses entreprises et institutions de recherche.
6. Concepts clés des modules optiques
Après avoir brièvement mentionné 400G, continuons avec la classification des modules optiques.
Sur la base de l'emballage, combiné à certains paramètres, il y aura la dénomination des modules optiques.
Prenez 100 g par exemple, nous voyons souvent les types de modules optiques suivants:
Les normes commençant par 100 gbases sont proposées par le groupe de travail IEEE 802.3. PSM4 et CWDM4 proviennent de MSA.
PSM4 (voies parallèles à mode unique 4, à quatre canaux parallèles à quatre canaux)
CWDM4 (Multiplexeur de division d'onde grossière 4 voies, multiplexage de division de longueur d'onde grossière à quatre canaux)
Regardons la dénomination de l'IEEE 802.3:
Comme indiqué dans la figure ci-dessus:
Dans le nom de 100 gbase-LR4, LR signifie une portée longue, c'est-à-dire 10 km et 4 signifie quatre canaux, c'est-à-dire 4 * 25g, combinés ensemble pour former un module optique de 100 g qui peut transmettre 10 km.
Les règles de dénomination pour -r sont les suivantes:
La raison pour laquelle il y a les 100 gbases de l'IEEE et le PSM4 et CWDM4 de MSA est que la distance soutenue par 100 gbases-SR4 était trop courte et ne pouvait pas répondre à tous les besoins d'interconnexion, tandis que le coût de 100 gbase-LR4 était trop élevé. PSM4 et CWDM4 ont fourni de meilleures solutions de distance moyenne.
En plus de la distance et du nombre de canaux, jetons un coup d'œil à la longueur d'onde centrale.
La longueur d'onde de la lumière détermine directement ses caractéristiques physiques. Actuellement, les longueurs d'onde centrales de la lumière utilisées dans les fibres optiques sont principalement 850 nm, 1310 nm et 1550 nm (NM représente des nanomètres).
Parmi eux, 850 nm est principalement utilisé pour le multimode, et 1310 nm et 1550 nm sont principalement utilisés pour le mode unique.
Pour plus de détails sur le mode unique et le multimode, reportez-vous à notre discussion antérieure sur les fibres optiques.
Pour le mode unique et le multimode, si le module nu n'est pas marqué, il est facile à confondre.
Par conséquent, les fabricants les distinguent généralement par la couleur de l'anneau de traction:
Tirer un anneau de bleu et de jaune
Ici, nous mentionnons également WDM CWDM et DWDM, que vous devriez souvent voir.
WDM signifie le multiplexage de la division de longueur d'onde. En termes simples, il multiplexe différents signaux optiques de longueur d'onde dans la même fibre optique pour la transmission.
En fait, le multiplexage de la division de la longueur d'onde est une sorte de multiplexage de division de fréquence. Longueur d'onde × fréquence=vitesse de la lumière (valeur fixe), donc la division par longueur d'onde se divise réellement par fréquence. Dans la communication optique, les gens sont habitués à nommer par longueur d'onde.
DWDM est dense WDM et CWDM est WDM grossier. À partir des noms, vous devez comprendre que l'intervalle de longueur d'onde dans D-WDM est plus petit.
L'avantage du WDM est de grande capacité et peut être transmis sur de longues distances.
Soit dit en passant, Bidi (bidirectional) est unidirectionnel, une fibre optique, transmission bidirectionnelle et réception. Le principe de travail est illustré dans la figure ci-dessous.
Il ajoute en fait un filtre. Les longueurs d'onde pour la transmission et la réception sont différentes, permettant une transmission et une réception simultanées.
7. Indicateurs de base des modules optiques
Les indicateurs de base des modules optiques incluent principalement les éléments suivants:
Puissance optique de sortie
La puissance optique de sortie fait référence à la puissance optique de sortie de la source lumineuse à l'extrémité d'envoi du module optique. Il peut être compris comme l'intensité de la lumière, avec des unités de W ou MW ou DBM. Parmi eux, W ou MW sont des unités linéaires, et DBM sont des unités logarithmiques. En communication, nous utilisons généralement DBM pour représenter la puissance optique.
Une réduction de 3DB en puissance optique signifie qu'elle est divisée par deux, et 0 DBM correspond à 1MW.
Sensibilité à la réception maximale
La sensibilité à la réception fait référence à la puissance optique minimale reçue du module optique sous un certain taux et taux d'erreur, avec des unités de DBM.
Généralement, plus le taux est élevé, plus la sensibilité à la réception, c'est-à-dire, plus la puissance optique reçue minimale est élevée et plus les exigences pour les dispositifs d'extrémité de réception du module optique sont élevés.
Rapport d'extinction
Le rapport d'extinction est l'un des paramètres importants utilisés pour mesurer la qualité d'un module optique.
Il se réfère au rapport minimum de la puissance optique moyenne du signal dans des conditions de modulation complètes à la puissance optique moyenne du signal d'espace, indiquant la capacité de distinguer 0 et 1 signaux. Deux facteurs affectant le rapport d'extinction dans les modules optiques sont le courant de biais (biais) et le courant de modulation (mod), qui peuvent être considérés comme ER=biais / mod.
La valeur du rapport d'extinction n'est pas nécessairement plus élevée, mieux c'est; Un module optique avec un rapport d'extinction qui répond à la norme 802.3 est bon.
Saturation optique
Également connu sous le nom de puissance optique de saturation, il fait référence à la puissance optique d'entrée maximale sous un certain taux de transmission tout en maintenant un certain taux d'erreur (10-10-10-12), avec des unités de DBM.
Il convient de noter que le photodétecteur présentera un phénomène de saturation sous une forte irradiation de la lumière. Lorsque ce phénomène se produit, le détecteur a besoin d'un certain temps pour récupérer, au cours de laquelle la sensibilité à la réception diminue, et le signal reçu peut être mal évalué, provoquant un phénomène d'erreur, et il est également très facile d'endommager le détecteur d'extrémité de réception. Par conséquent, il doit être évité pour dépasser sa puissance optique de saturation pendant l'utilisation.
8. Chaîne industrielle des modules optiques
Enfin, parlons brièvement de la chaîne industrielle des modules optiques.
Actuellement, le marché des modules optiques est très chaud, principalement à cause de la 5G etcentres de données, comme mentionné précédemment.
Les deux aspects les plus coûteux de la construction du réseau 5G sont les stations de base et le réseau de transport optique. Dans le réseau de transport optique, la teneur en eau des fibres optiques n'est pas beaucoup, mais les modules optiques sont assez gênants.
Au cœur des modules optiques, le composant le plus cher est la puce. Les puces du laser et du photodétecteur représentent plus de la moitié du coût.
Quant à la puce, la situation actuelle est: les fabricants étrangers ont un avantage dans les puces haut de gamme, tandis que les fabricants nationaux ont un avantage dans les puces de milieu à la fin. Cependant, les fabricants nationaux font continuellement des percées sur le marché haut de gamme. La marge bénéficiaire des puces haut de gamme est supérieure à celle du bas de gamme, ce qui est évident.
Dans l'ensemble, il y a plus de 1000 sociétés de communication optique en Chine, mais les marges bénéficiaires sont toutes très faibles. De plus, dans la structure de la chaîne industrielle, les fabricants d'équipement (Huawei, Zte), les sociétés de communication optique sont également relativement "humbles" et n'ont aucun pouvoir de négociation.
La concurrence de l'industrie est féroce et les nouveaux produits, les produits haut de gamme, ont plus de profit, mais au fil du temps, le profit réduira.
Quoi qu'il en soit, c'est à peu près comme ça.
