فرستنده و گیرنده نوری 1.6 تن تاخیر را کاهش می دهد

 

 

یک فرستنده و گیرنده نوری 1.6 T تاخیر را از طریق مسیرهای سیگنال الکتریکی کوتاهتر، یکپارچه سازی فوتونیک سیلیکونی پیشرفته و معماری های پردازش سیگنال دیجیتال بهینه شده که تاخیرهای پردازش داده را به حداقل می رساند، کاهش می دهد. این ماژول‌ها با قرار دادن اجزای نوری و الکترونیکی در فاصله میلی‌متری از یکدیگر به جای سانتی‌متر، در مقایسه با اپتیک‌های قابل اتصال سنتی تا 75 درصد کاهش می‌یابند.

تکامل از 800G به 1.6T بیش از دو برابر شدن پهنای باند را نشان می‌دهد-که اساساً نحوه مدیریت ارتباطات زمان واقعی-در مراکز داده را تغییر می‌دهد. بارهای کاری هوش مصنوعی مدرن نیازمند زمان پاسخ زیر{5}}میکروثانیه‌ای برای ارتباطات GPU-به-GPU است که کاهش تأخیر را به اندازه گسترش پهنای باند حیاتی می‌کند.

 

 

نوآوری های معماری باعث کاهش تأخیر می شود

 

راگیرنده نوری 1.6 Tاز طراحی 8 کانالی استفاده می کند که هر خط با سرعت 200 گیگابیت بر ثانیه با استفاده از مدولاسیون PAM4 کار می کند. این معماری تعداد کانال‌های مورد نیاز را در مقایسه با نسل‌های قبلی به حداقل می‌رساند، که تأخیر تجمعی معرفی‌شده توسط مسیرهای پردازش موازی را کاهش می‌دهد.

فناوری فوتونیک سیلیکونی، مدولاتورهای نوری، آشکارسازهای نوری و موجبرها را روی یک تراشه در کنار قطعات الکترونیکی ادغام می‌کند. این ادغام ردهای طولانی PCB موجود در طرح های سنتی را حذف می کند، جایی که سیگنال ها باید چندین سانتی متر بین ماژول ASIC و نوری حرکت کنند. موتور سبک 1.6T مارول این رویکرد را با ادغام صدها جزء-شامل مدولاتورها، تقویت‌کننده‌های ترانس امپدانس و میکروکنترلرها{4}}در یک بسته واحد که کمتر از 5 پیکوژول در هر بیت مصرف می‌کند، نشان می‌دهد.

نزدیکی فیزیکی اهمیت زیادی دارد. فرستنده‌های قابل اتصال سنتی نیاز به سیگنال‌های الکتریکی دارند تا 10-15 سانتی‌متر از آثار PCB را قبل از رسیدن به رابط نوری طی کنند. هر سانتی متر تأخیر انتشار اضافه می کند و به شرطی سازی سیگنال نیاز دارد که تأخیر بیشتری را ایجاد می کند. در مقایسه، راه حل های اپتیکی بسته بندی شده، موتور نوری را در فاصله 2 تا 5 میلی متری سوئیچ ASIC قرار می دهند و طول مسیرهای الکتریکی را 80 تا 90 درصد کاهش می دهند.

پردازنده سیگنال دیجیتال Bluebird Credo نمونه ای از آخرین نسل از DSP های بهینه سازی شده است که به طور خاص برایگیرنده نوری 1.6 Tبرنامه های کاربردی این تراشه تأخیر دو جهته را زیر 40 نانوثانیه حفظ می‌کند در حالی که از هشت خط انتقال PAM4 با سرعت 224 گیگابیت بر ثانیه پشتیبانی می‌کند. این نشان دهنده کاهش 60 درصدی تأخیر در مقایسه با-نسل قبلی 800G DSP است که از طریق خطوط لوله پردازش کارآمد و کاهش نیازهای بافر به دست آمده است.

 

بهینه سازی پردازش سیگنال دیجیتال

 

انتخاب بین پردازش سیگنال آنالوگ و دیجیتال به طور قابل توجهی بر عملکرد تأخیر تأثیر می گذارد. رویکرد اپتیک قابل اتصال خطی Semtech نشان می‌دهد که چگونه معماری‌های آنالوگ به تأخیر کمتر از 250 پیکوثانیه با حداقل تغییرات دست می‌یابند، در حالی که راه‌حل‌های دیجیتال معمولاً 8{3}}10 نانوثانیه تأخیر را به دلیل تبدیل-تبدیل، پردازش و بافر آنالوگ به دیجیتال به دیجیتال معرفی می‌کنند.

با این حال، رویکردهای دیجیتال مزایایی را برای دسترسی طولانی‌تر و محیط‌های چالش برانگیز ارائه می‌کنند. فناوری فرآیند 3 نانومتری مورد استفاده در پیشروگیرنده نوری 1.6 Tماژول‌ها اجرای DSP کارآمدتری را امکان‌پذیر می‌کنند که تأخیر را در برابر سایر الزامات عملکرد متعادل می‌کند. این گره های پیشرفته از سرعت کلاک بالاتر و قابلیت های پردازش موازی پشتیبانی می کنند که تا حدودی تاخیر ذاتی معماری های دیجیتال را جبران می کند.

تصحیح خطا به جلو نشان دهنده یکی دیگر از ملاحظات تاخیر است. اختیاری FEC مطابق با IEEE{1}}می‌تواند فواصل انتقال را بیش از 500 متر افزایش دهد، اما تاخیر پردازش را اضافه می‌کند. فرستنده‌های گیرنده مدرن FEC تطبیقی ​​را اجرا می‌کنند که می‌تواند در محیط‌های با دسترسی کوتاه و با کیفیت بالا غیرفعال شود تا تأخیر را بهینه کند، سپس در صورت کاهش حاشیه سیگنال، به‌صورت پویا فعال شود.

 

Co-تاثیر اپتیک بسته بندی شده

 

فناوری اپتیک بسته‌بندی شده (CPO) با نصب موتورهای نوری مستقیماً روی همان بستری که ASIC سوئیچینگ دارد، یکپارچه‌تر می‌شود. سوئیچ‌های کوانتوم-X و طیف{3}X NVIDIA دارای ماژول‌های CPO فوتونیک سیلیکونی 1.6 ترابیت بر ثانیه و 3.2 ترابیت بر ثانیه هستند که رابط‌های فرستنده گیرنده قابل اتصال را به طور کامل حذف می‌کنند.

مزایای تاخیر فراتر از کاهش مسیر الکتریکی است. CPO رابط های SerDes را که معمولاً برای برقراری ارتباط بین ASIC و ماژول های قابل اتصال استفاده می شود حذف می کند. این مدارهای سریالساز/آسیالایزر 5 تا 15 نانوثانیه تاخیر را در معماری های معمولی اضافه می کنند. با ادغام عملکردهای نوری و الکترونیکی روی یک بستر بسته، CPO اتصالات مستقیم ایجاد می کند که این سربار را به طور کامل دور می زند.

سوئیچ اترنت Tomahawk برادکام-با اتصالات فوتونیک یکپارچه، افزایش بهره وری انرژی را در کنار بهبودهای تأخیر نشان می دهد-به 70 درصد مصرف انرژی کمتر در مقایسه با راه حل های سنتی دست می یابد و همزمان تأخیر{4}}انتقال به انتها را تقریباً 30 تا 40 درصد کاهش می دهد.

چالش های مدیریت حرارتی CPO نیاز به توجه دقیق دارد. قرار دادن اجزای نوری{1}}تولیدکننده گرما در مجاورت ASICهای سوئیچ با قدرت بالا، راه حل های خنک کننده پیشرفته ای را می طلبد که معمولاً شامل سیستم های خنک کننده مایع می شود. با این حال، این چالش‌های حرارتی با مزایای عملکرد در برنامه‌های حساس به تأخیر مانند-تجارت با فرکانس بالا و استنتاج هوش مصنوعی{6}زمان واقعی جبران می‌شوند.

 

 

برنامه{0}}شرایط تأخیر خاص

 

بارهای کاری مختلف محدودیت های تأخیر متفاوتی را تحمیل می کنند که تأثیر می گذاردگیرنده نوری 1.6 Tانتخاب های طراحی خوشه‌های آموزشی هوش مصنوعی به اتصال-GPU{2}}به-GPU با تأخیر کم برای حفظ همگام‌سازی در آموزش مدل‌های توزیع‌شده نیاز دارند. سیستم مقیاس NVIDIA GB200 NVL72 این نیاز را نشان می‌دهد و از فرستنده‌های 1.6T در پیکربندی استفاده می‌کند که نسبت GPU به فرستنده به 1:2 یا 1:3 بسته به توپولوژی شبکه می‌رسد.

برنامه های کاربردی معاملات مالی دقیق ترین الزامات تاخیر را در مراکز داده تجاری نشان می دهند. الگوریتم‌های معاملاتی که در مقیاس‌های زمانی میکروثانیه‌ای کار می‌کنند، به هر جزء در مسیر سیگنال نیاز دارند تا تاخیر را به حداقل برسانند. مبتنی بر فوتونیک سیلیکونی-گیرنده نوری 1.6 Tماژول‌ها به‌ویژه به دلیل ویژگی‌های{0} تأخیر فوق‌العاده پایین در مقایسه با جایگزین‌های مبتنی بر EML{1}}برای این بخش جذاب هستند.

محیط‌های رایانش ابری تأخیر را در برابر عوامل دیگری مانند هزینه و کارایی انرژی متعادل می‌کنند. اپراتورهای فرامقیاس که زیرساخت 1.6T را به کار می‌برند، راه‌حل‌هایی را اولویت‌بندی می‌کنند که هزینه کل مالکیت را کاهش می‌دهد، در حالی که توافق‌نامه‌های{2}}سطح سرویس برای زمان پاسخ‌گویی برنامه‌ها را برآورده می‌کنند. توانایی دستیابی به تأخیرهای زیر{4}میکروثانیه کلاس های جدیدی از برنامه های کاربردی توزیع شده را که قبلاً غیرعملی بودند، امکان پذیر می کند.

 

ملاحظات ساخت و آزمایش

 

دستیابی به عملکرد تاخیر کم نیاز به کنترل کیفیت ساخت دقیق دارد. اسیلوسکوپ‌های نمونه‌برداری DCA{1}M Keysight، آزمایش موازی چندین خط PAM4 با سرعت 224 گیگابیت بر ثانیه را به‌طور همزمان، با سطوح نویز کمتر از 15 میکرو ولت و لرزش زیر 90 فمتوثانیه، امکان‌پذیر می‌کنند. این دقت اندازه گیری هر کدام را تضمین می کندگیرنده نوری 1.6 Tقبل از استقرار، مشخصات تأخیر را برآورده می کند.

متریک فرستنده و چهارتایی بسته شدن چشم پراکنده (TDECQ) به عنوان یک شاخص کیفیت کلیدی عمل می کند. مقادیر پایین تر TDECQ با کاهش تخریب سیگنال و در نتیجه تاخیر کمتر از طریق پیوند نوری مرتبط است. نرم‌افزار بهینه‌سازی تست خودکار تولیدکنندگان را قادر می‌سازد تا به سرعت بایاس لیزر، ولتاژ مدولاتور و سایر پارامترها را تنظیم کنند تا به عملکرد TDECQ بهینه در حجم تولید دست یابند.

مقیاس تولید با افزایش تقاضای بازار چالش هایی را ایجاد می کند. LightCounting پیش‌بینی می‌کند که بازار فرستنده‌های نوری 100G+ از 60 میلیون واحد در سال 2025 به بیش از 120 میلیون واحد تا سال 2029 افزایش خواهد یافت، با ماژول‌های 1.6T که بخش قابل توجهی از این رشد را نشان می‌دهند. برآورده کردن این تقاضا با حفظ عملکرد{9}}تأخیر پایین، نیازمند فرآیندهای ساخت پیچیده و پروتکل‌های تضمین کیفیت است.

 

پویایی بازار و روندهای پذیرش

 

راگیرنده نوری 1.6 Tبازار در سال 2024 به حدود 1.1 تا 2.7 میلیارد دلار رسید و پیش بینی می شود تا سال 2033 با نرخ ترکیبی سالانه 25-33٪ رشد کند و بسته به سرعت پذیرش به 13.5 میلیارد دلار یا بیشتر برسد. این مسیر رشد به‌طور قابل‌توجهی از نسل‌های فرستنده گیرنده قبلی فراتر می‌رود، به طوری که ماژول‌های 1.6T تنها به چهار سال برای رسیدن به 10 میلیون محموله سالانه در مقایسه با یک دهه برای ماژول‌های 100G نیاز دارند.

آمریکای شمالی با تقریباً 38 درصد از درآمد جهانی در سال 2024 پیشتاز پذیرش است که به دلیل استقرار مراکز داده در مقیاس فوق‌العاده از ارائه‌دهندگان بزرگ ابر است. با این حال، آسیا پاسیفیک با پیش‌بینی 37 درصد CAGR تا سال 2033، با ایجاد زیرساخت‌های 5G و طرح‌های تحول دیجیتال دولتی در چین، ژاپن و کره جنوبی، آماده سریع‌ترین رشد است.

انتقال از 800G به 1.6T با تغییر اپراتورها به 200G-در هر{4}}راه‌حل تسریع می‌شود. Cignal AI پیش‌بینی می‌کند که بازار نوری دیتاکام با سرعت بالا از 9 میلیارد دلار در سال 2024 به نزدیک به 12 میلیارد دلار تا سال 2026 خواهد رسید، زیرا این انتقال به اوج خود می‌رسد. پیش‌بینی می‌شود مجموع فروش فرستنده‌های 1.6T و 3.2T، از جمله Linear Pluggable Optics و CPO، تا سال 2029 به 10 میلیارد دلار برسد.

 

چالش ها و راه حل های فنی

 

دستیابی به عملکرد قابل اعتماد 200G-در هر-خط، نیازمند غلبه بر چندین مانع فنی است. با افزایش نرخ داده، یکپارچگی سیگنال به طور فزاینده ای حیاتی می شود. دوره‌های نماد کوتاه‌تر سیگنال‌های 200G PAM4 حاشیه کمتری برای نویز، لرزش و پراکندگی ایجاد می‌کند. تکنیک های یکسان سازی پیشرفته و مکانیسم های بازیابی زمان دقیق به حفظ کیفیت سیگنال و در عین حال به حداقل رساندن تأخیر کمک می کند.

کیفیت فیبر و مشخصات کانکتور در سرعت های بالاتر اهمیت پیدا می کند. حتی تلفات جزئی کانکتور یا نقص فیبر که در 100G قابل تحمل بود، می تواند به طور قابل توجهی بر عملکرد 200G تأثیر بگذارد. این امر منجر به پذیرش اجزای نوری بهبودیافته مانند-MPO-12 اتصال دهنده کم تلفات و فیبر تک حالته با اتلاف فوق العاده-کم-بهینه شده برای طول موج های 1310 نانومتری که معمولاً درگیرنده نوری 1.6 Tپیاده سازی ها

کنترل طول موج چالش دیگری را ارائه می دهد. تعدیل‌کننده‌های فوتونیک سیلیکون رانش طول موج وابسته به دما را نشان می‌دهند که باید از طریق مدیریت گرمایی فعال یا تکنیک‌های قفل کردن طول موج جبران شود. این مکانیسم‌ها باید بدون ایجاد تأخیر کار کنند و به الگوریتم‌های کنترل پیچیده‌ای نیاز دارند که می‌توانند طول موج را در زمان واقعی{3}}بدون بافر کردن جریان‌های داده تنظیم کنند.

 

تحولات آینده

 

نقشه راه فراتر از 1.6T در حال حاضر شامل ماژول های نوری 3.2T و حتی 6.4T در حال توسعه است. این فرستنده‌های گیرنده-نسل بعدی احتمالاً از انتقال 400G در هر خط با استفاده از قالب‌های مدولاسیون پیشرفته استفاده می‌کنند و احتمالاً به سمت طول موج‌های کوتاه‌تر با پتانسیل پهنای باند بالاتر حرکت می‌کنند.

اپتیک‌های بسته‌بندی شده{0}}همسطح ویفر-دیدگاه طولانی‌تر-را نشان می‌دهد که در آن اتصالات نوری مستقیماً در فرآیند تولید نیمه‌رسانا ادغام می‌شوند. تحقیقات Imec نشان می‌دهد که این رویکرد می‌تواند به چگالی پهنای باند نزدیک به 10 ترابیت بر ثانیه در هر میلی‌متر با مصرف انرژی کمتر از 1 پیکوژول در هر بیت دست یابد، هرچند که توسعه تجاری آن چندین سال باقی مانده است.

ادغام هوش مصنوعی و یادگیری ماشین در بهینه‌سازی شبکه فرصت‌های جالبی را ایجاد می‌کند. فرستنده‌های هوشمند می‌توانند پارامترهای عملیاتی خود را بر اساس{1}شرایط پیوند زمانی واقعی، تعادل پویا تأخیر، مصرف انرژی و قابلیت اطمینان را تنظیم کنند، زیرا نیازهای بار کاری در طول روز تغییر می‌کنند.

 

 

سوالات متداول

 

یک فرستنده و گیرنده نوری 1.6T در مقایسه با 800G چقدر کاهش تاخیر ایجاد می کند؟

مدرنگیرنده نوری 1.6 Tماژول‌ها معمولاً 30 تا 60 درصد تأخیر کمتری نسبت به راه‌حل‌های معادل 800G دارند، عمدتاً از طریق کاهش سربار پردازش سیگنال و مسیرهای الکتریکی کوتاه‌تر. پیاده‌سازی‌های CPO با حذف کامل تأخیر رابط قابل اتصال، کاهش‌های بیشتری را ارائه می‌کنند.

تأخیر معمول یک پیوند نوری 1.6T چقدر است؟

تأخیر پایان-به-پایان به انتخاب فاصله و معماری بستگی دارد. پیوندهای کوتاه-دسترسی با استفاده از پردازش آنالوگ می‌توانند تأخیرهای زیر-میکروثانیه‌ای داشته باشند، در حالی که فواصل طولانی‌تر که به DSP و FEC نیاز دارند معمولاً 100 تا 200 نانوثانیه تأخیر پردازش به اضافه زمان انتشار در فیبر را ایجاد می‌کنند.

چرا فوتونیک سیلیکون تأخیر را کاهش می دهد؟

فوتونیک سیلیکونی امکان ادغام دقیق اجزای نوری و الکترونیکی را بر روی یک تراشه واحد فراهم می کند و مسیرهای سیگنال الکتریکی را به طور چشمگیری کوتاه می کند. این ادغام ردهای PCB طولانی بین ASIC های سوئیچ و ماژول های نوری موجود در معماری های سنتی را حذف می کند و تاخیر انتشار و الزامات شرطی سازی سیگنال را کاهش می دهد.

آیا فرستنده های 1.6T برای کاربردهای معاملات مالی مناسب هستند؟

بله،-ویژگی‌های تأخیر بسیار کم فوتونیک سیلیکون-بر اساسگیرنده نوری 1.6 Tماژول‌ها آن‌ها را برای محیط‌های معاملاتی با فرکانس بالا-مناسب می‌سازند که در آن تأخیرهای سطح میکروثانیه-مستقیماً بر عملکرد و سودآوری استراتژی معاملات تأثیر می‌گذارند.

---

انتقال به اتصالات نوری 1.6T نقطه عطف قابل توجهی در معماری مرکز داده است. فراتر از بهبود پهنای باند خام، کاهش تأخیر فعال شده توسط بسته‌بندی پیشرفته و فوتونیک سیلیکون، فرصت‌های جدیدی را برای برنامه‌های محاسباتی توزیع‌شده که قبلا غیرعملی بودند، باز می‌کند. از آنجایی که بارهای کاری هوش مصنوعی همچنان نیازمندی های زیرساختی را هدایت می کند، توانایی انتقال داده ها سریعتر با تأخیر کمتر به طور فزاینده ای برای حفظ مزیت رقابتی در محیط های محاسباتی تجاری و تحقیقاتی مرکزی می شود.

منابع

Credo Technology - Bluebird 1.6T Optical DSP اعلامیه، سپتامبر 2025

تحقیقات بازار LightCounting - پیش‌بینی بازار فرستنده و گیرنده نوری 2025-2029

Marvell Technology - 1.6نمایش موتور نوری T Silicon Photonics، مارس 2025

گزارش‌های بازار رشد - 1.6گزارش تحقیقات بازار فرستنده گیرنده نوری T، آگوست 2025

وبینار Semtech - Low Power 1.6T Datacom Transceivers، آوریل 2025

Keysight Technologies - 1.6T Optical Transceiver Test Solutions, 2024-2025

Mordor Intelligence - تحلیل بازار اتصال نوری، 2025

Cignal AI - High-گزارش بازار ماژول نوری Datacom با سرعت بالا، ژانویه 2025

NVIDIA GTC 2025 - Quantum-X and Spectrum-X CPO Switch

Ayar Labs - Co-Packaged Optics Analysis، ژوئن 2025