فرستنده و گیرنده نوری 1.6 تن برای لینک های با ظرفیت بالا مناسب است

 

 

یک فرستنده و گیرنده نوری 1.6T داده ها را با سرعت 1.6 ترابیت در ثانیه با استفاده از هشت کانال 200 گیگابیت بر ثانیه که به طور همزمان کار می کنند، منتقل می کند. این ماژول‌ها سیگنال‌های الکتریکی را به پالس‌های نوری تبدیل می‌کنند که از طریق کابل‌های فیبر نوری عبور می‌کنند و مراکز داده را قادر می‌سازند تا ظرفیت پهنای باند خود را بدون تعمیرات اساسی زیرساخت دو برابر کنند. این فناوری مدولاسیون PAM4 200G در هر-خط را با ادغام فوتونیک سیلیکونی ترکیب می‌کند تا با حفظ بازده انرژی کمتر از 25 وات در هر ماژول، به این توان عملیاتی دست یابد.

 

 

معماری پشت انتقال 1.6 ترابیت

 

فرستنده و گیرنده نوری 1.6T نشان دهنده یک تغییر اساسی در نحوه مدیریت پهنای باند مراکز داده است. به جای استاندارد 100 گیگابیت بر ثانیه در ماژول های 800G، این فرستنده گیرنده ها با سرعت 200 گیگابیت بر ثانیه در هر خط در هشت کانال کار می کنند. این دو برابر شدن سرعت خط به این معنی است که اتصالات فیزیکی کمتری برای دستیابی به پهنای باند کل یکسان مورد نیاز است.

فناوری فوتونیک سیلیکون هسته اصلی اکثر پیاده سازی های 1.6T را تشکیل می دهد. با ادغام اجزای نوری مانند مدولاتورها، لیزرها، و آشکارسازهای نوری بر روی تراشه‌های سیلیکونی، سازندگان به طرح‌های فشرده‌ای دست می‌یابند که گرمای کمتری را دفع می‌کنند. تراشه‌های DSP 3 نانومتری Broadcom اکنون سیگنال‌های PAM4 را با کارایی بیشتری نسبت به نسل‌های قبلی 5 نانومتری پردازش می‌کنند و در مقایسه با طراحی‌های قبلی تقریباً 20 درصد مصرف انرژی را کاهش می‌دهند.

لایه فیزیکی از طریق فیبرهای موازی تک حالت{0}، معمولاً با استفاده از دو اتصال MPO-12 یا MPO-16 عمل می کند. هر فیبر 200 گیگابیت بر ثانیه داده را حمل می کند و فرستنده گیرنده به طور همزمان 8 کانال ارسال و 8 کانال دریافت را مدیریت می کند. مکانیسم‌های تصحیح خطای پیشروی تعبیه‌شده در DSP، کاهش سیگنال را در فواصل تا 500 متر در پیکربندی‌های DR8 یا 2 کیلومتر در انواع با دسترسی گسترده جبران می‌کنند.

فاکتورهای فرم در این سرعت ها اهمیت زیادی دارند. استاندارد OSFP{1}}XD خطوط برق را از 8 به 16 در مقایسه با استاندارد OSFP افزایش می‌دهد و ظرفیت 1.6T را در ماژول‌هایی که سازگاری با زیرساخت سوئیچ موجود را حفظ می‌کنند، ممکن می‌سازد. طراحی سطح بسته در این فرستنده و گیرنده ها، مدیریت حرارتی را افزایش می دهد، عاملی حیاتی در زمانی که 25 تا 30 وات گرما باید از دستگاهی کوچکتر از یک دسته کارت پخش شود.

 

زیرساخت هوش مصنوعی پذیرش 1.6T را هدایت می کند

 

اپراتورهای مرکز داده در حال انتقال به اپتیک 1.6T هستند زیرا بازار فرستنده گیرنده دیتاکام با سرعت بالا از تقریباً 9 میلیارد دلار در سال 2024 به بیش از 17 میلیارد دلار تا سال 2026 افزایش یافته است. این رشد مستقیماً از تقاضاهای حجم کاری هوش مصنوعی ناشی می شود. آموزش مدل‌های زبان بزرگ نیازمند جابجایی مجموعه‌های پارامترهای عظیم بین خوشه‌های GPU است و فرستنده‌های نوری 1.6T پهنای باند مورد نیاز این عملیات را فراهم می‌کنند.

معماری GB200 NVL72 NVIDIA نمونه ای از این تغییر است. هر سیستم مقیاس رک از نسبت 1:2 GPU به فرستنده‌های نوری 1.6T در شبکه‌های InfiniBand دو لایه یا 1:3 در پیکربندی‌های سه لایه استفاده می‌کند. ارتباطات داخلی NVLink در این سیستم‌ها به کابل‌های مسی 1.6T OSFP متصل است که کمتر از 0.1 وات در هر اتصال مصرف می‌کنند در حالی که سرعت ترابیت کامل را در فواصل رک ارائه می‌دهند.

کابل‌های مسی فعال برای کاربردهای 1.6T جذابیت بیشتری پیدا می‌کنند و در مقایسه با کابل‌های مسی متصل مستقیم غیرفعال به کمتر از 1 متر، دسترسی کابل را تا 3 متر افزایش می‌دهند. ACC ها تقریباً 2 وات در هر انتهای کابل مصرف می کنند، که به طور قابل توجهی کمتر از 15 وات در هر انتهای مورد نیاز برای کابل های الکتریکی فعال با DSP یا 30 وات در هر ماژول نوری است. این بهره وری انرژی زمانی حیاتی می شود که یک کلاستر آموزشی هوش مصنوعی ممکن است هزاران اتصال متقابل را مستقر کند.

الزامات عملکرد سختگیرانه است. بارهای آموزشی هوش مصنوعی ترافیک مستمر شرقی-غربی بین گره‌های محاسباتی ایجاد می‌کند، با حساسیت تأخیر که در میکروثانیه اندازه‌گیری می‌شود. فرستنده و گیرنده نوری 1.6T این موضوع را از طریق مدارهای مجتمع فوتونیک که تاخیرهای پردازش سیگنال را کاهش می دهد، برطرف می کند. برخلاف طرح‌های قدیمی‌تر DSP{5}}که چندین مرحله تبدیل آنالوگ-به-دیجیتال را معرفی می‌کردند، فرستنده‌های فوتونیک سیلیکونی مدرن سیگنال‌ها را با مراحل تبدیل کمتری پردازش می‌کنند.

 

مدیریت انرژی در ترابیت-شبکه مقیاس

 

مصرف انرژی به ازای هر بیت ارسال شده به معیار تعیین کننده برای گیرنده های-سرعت بالا تبدیل شده است. DSP نوری 3 نانومتری Marvell Ara که در فرستنده‌های 1.6T مبتنی بر فوتونیک سیلیکونی استفاده می‌شود، در مقایسه با طرح‌های گره 5 نانومتری، اتلاف توان را تا بیش از 20 درصد کاهش می‌دهد. این افزایش بهره وری مستقیماً به صرفه جویی در هزینه عملیاتی در صورت استقرار در مقیاس ترجمه می شود.

هدف قدرت برای ماژول های 1.6T بین 20-25 وات برای اپتیک مشتری و 25-30 وات برای انواع اتصال مرکز داده است. دستیابی به این اهداف مستلزم هماهنگی بین اجزای متعدد سیستم است. تراشه DSP خود بزرگترین مصرف کننده انرژی است و به دنبال آن درایورهای لیزر و سیستم های مدیریت حرارتی قرار دارند. طرح‌های پیشرفته از کنترل توان هوشمند استفاده می‌کنند که بایاس لیزر و ولتاژ مدولاتور را به صورت دینامیکی بر اساس شرایط پیوند تنظیم می‌کند.

مدیریت حرارتی چالش های منحصر به فردی را در سرعت 1.6T ایجاد می کند. چگالی اتلاف گرما بیش از آن چیزی است که سرمایش غیرفعال به تنهایی می تواند در بسیاری از استقرارها انجام دهد. ضریب فرم OSFP بسته بندی مناسب با سطح کافی برای هیت سینک ها را فراهم می کند، اما برخی از پیاده سازی ها نیاز به یکپارچه سازی خنک کننده مایع دارند. طراحی باله‌دار بسته که در انواع- پرقدرت یافت می‌شود، کانال‌های هوایی ایجاد می‌کند که با سیستم‌های خنک‌کننده مرکز داده کار می‌کنند تا دمای اجزای نوری را در حد مشخصات حفظ کنند.

آخرین نسل از محصولات 800G و 1.6T مصرف برق را در هر بیت تا بیش از 20 درصد کاهش می دهد، یک استدلال اقتصادی قانع کننده برای ارتقاء ایجاد می کند. هنگامی که مراکز داده در مقیاس اگزابایتی کار می کنند، حتی بهبودهای کارایی نهایی باعث صرفه جویی قابل توجهی در هزینه می شود. توان کاهش یافته در هر بیت همچنین تراکم پورت های بالاتری را بدون تجاوز از بودجه رک فراهم می کند.

 

 

مشخصات فنی که عملکرد 1.6T را فعال می کند

 

مدولاسیون PAM4 سرعت انتقال 1.6T را پشتیبانی می کند. این طرح مدولاسیون دامنه پالس چهار سطحی، دو بیت در هر نماد را رمزگذاری می‌کند، که به طور موثر نرخ داده را در مقایسه با سیگنال‌دهی باینری NRZ دو برابر می‌کند. در 200 گیگابیت بر ثانیه در هر خط، نرخ نماد به 100 گیگاباد می رسد، که در لبه آن چیزی است که فناوری سریالساز/درسیالایزر فعلی می تواند به طور قابل اعتماد به دست آورد.

طول موج های نوری مورد استفاده بسته به کاربرد متفاوت است. ماژول‌های DR8 و 2xFR4 از لیزرهای 200G PAM4 EML که در اطراف باند O کار می‌کنند، با استفاده از طول‌موج‌های CWDM 1271 نانومتر، 1291 نانومتر، 1311 نانومتر، و 1331 نانومتر، همراه با طول‌موج‌های LWDM در 12915.50nm. 1304.5 نانومتر و 1309.1 نانومتر. این تخصیص طول موج به کانال های متعدد اجازه می دهد تا بدون تداخل از یک فیبر عبور کنند و استفاده از پهنای باند را به حداکثر برساند.

قابلیت های فاصله به انتخاب های پیاده سازی بستگی دارد. انواع DR8 به 500 متر روی فیبر تک حالته می‌رسند که برای اتصالات درون مرکز داده بین ردیف‌ها یا خوشه‌های مجاور مناسب است. پیکربندی‌های دسترسی گسترده‌تر مانند DR8+ با استفاده از حساسیت گیرنده افزایش یافته و تصحیح خطای رو به جلو قوی‌تر به 1-2 کیلومتر می‌رسند. گزینه 2xFR4 با جمع کردن کارآمدتر طول موج ها، دسترسی متوسط ​​با مصرف انرژی کمتر را فراهم می کند.

یکپارچگی سیگنال در 200G در هر خط پیچیده تر می شود. تجزیه و تحلیل کانال باید از دست دادن اثر پوستی، جذب دی الکتریک، ناپیوستگی اتصالات و تداخل بین خطوط مجاور را در نظر بگیرد. مواد PCB برای رفع این چالش‌ها تکامل یافته‌اند، با ورقه‌های{3}}کم تلفات جدیدتر که کیفیت سیگنال را در طول ردیابی برد طولانی‌تر حفظ می‌کنند. برخی از طرح‌ها PCB‌های سنتی را به طور کامل حذف می‌کنند، با استفاده از کابل‌های fly-یا تراشه مستقیم-به-مسیرهای اتصال.

رابط الکتریکی از سیگنال‌های 16x100 گیگابیت در ثانیه در اجرای OSFP-XD یا 8x200 گیگابیت در ثانیه در طرح‌های استاندارد OSFP استفاده می‌کند. ASICهای سوییچ باید قابلیت‌های SerDes منطبق را ارائه دهند و انتقال صنعت را به سمت سیلیکون با قابلیت 200G- هدایت کنند. هماهنگی بین مشخصات الکتریکی فرستنده گیرنده و قابلیت های تراشه سوئیچ عملکرد کلی سیستم را تعیین می کند.

 

تنظیمات و انعطاف پذیری استقرار

 

فرستنده‌های نوری مدرن 1.6T از حالت‌های عملیاتی متعدد برای مطابقت با معماری‌های مختلف شبکه پشتیبانی می‌کنند. یک ماژول واحد می تواند به صورت زیر عمل کند:

تک اتصال 1.6T: پهنای باند کامل بین دو نقطه پایانی با استفاده از هشت جفت فیبر

دو اتصال 800G: دو پیوند مستقل 800 گیگابیت بر ثانیه از طریق تنظیمات شکست

چهار اتصال 400G: حداکثر انعطاف برای ارتقاء تدریجی شبکه

هشت اتصال 200G: تخصیص پورت دانه‌بندی برای محیط‌های با سرعت ترکیبی-

این انعطاف پذیری در طول انتقال فناوری ارزشمند است. مراکز داده می توانند زیرساخت 1.6T را به کار گیرند و در عین حال سازگاری با تجهیزات 400G و 800G موجود را حفظ کنند. با ارتقاء بخش های شبکه، همان فرستنده و گیرنده های فیزیکی بدون تعویض سخت افزار مجدداً پیکربندی می شوند.

فرستنده نوری 1.6T OSFP از اتصالات دوگانه اترنت 800G یا InfiniBand یا یک اتصال 1.6T بر روی پیوندهای فیبر حالت تک حالت موازی پشتیبانی می کند. پشتیبانی از پروتکل فراتر از اترنت سنتی گسترش می‌یابد و InfiniBand XDR را شامل می‌شود،-استاندارد اتصال متقابل با عملکرد بالا که در ابررایانه‌ها و خوشه‌های آموزشی هوش مصنوعی استفاده می‌شود. این قابلیت پروتکل دوگانه به سازمان‌ها اجازه می‌دهد تا زیرساخت‌های نوری مشترک را در دامنه‌های مختلف شبکه استاندارد کنند.

ادغام سوئیچ الگوهای استقرار عملی را تعیین می کند. یک سوئیچ 51.2T با استفاده از فرستنده گیرنده های 1.6T، 32 پورت سرعت کامل را در یک واحد رک فراهم می کند، که تراکم پنل جلویی-را در مقایسه با پیاده سازی های 800G دو برابر می کند. این بهبود تراکم پیچیدگی کابل کشی و فضای فیزیکی مورد نیاز را کاهش می دهد، که هر دو عامل مهم در مراکز داده های بزرگ مقیاس هستند که در آن هر موقعیت رک هزینه فرصت را به همراه دارد.

موقعیت نصب فرستنده گیرنده بر عملکرد حرارتی و دسترسی به تعمیر و نگهداری تأثیر می گذارد. سوئیچ‌های{1}}بالای-راک از ترتیبات جریان هوای عمودی بهره می‌برند، در حالی که معماری‌های ردیف--وسط به استراتژی‌های خنک‌کننده متفاوتی نیاز دارند. قابلیت تعویض ماژول گرم{6}} تضمین می‌کند که عملیات شبکه در حین تعویض فرستنده گیرنده ادامه پیدا می‌کند، اگرچه افزایش هزینه ماژول‌های 1.6T، تعمیر و نگهداری پیشگیرانه را نسبت به اپتیک‌های سرعت پایین‌تر بسیار مهم‌تر می‌کند.

 

تولید و دینامیک زنجیره تامین

 

منبع Photonics در سال 2021 محموله‌های 100 گیگا بایتی مبتنی بر لامبدا PAM4{4}} را با بیش از 10 میلیون تراشه EML ارسال کرد و EML‌های 100 GBaud تازه منتشر شده آنها سیگنال‌دهی 200 گیگابیت بر ثانیه را برای 1 فرستنده سیگنال لامبدا PAM4 را قادر می‌سازد. این رمپ تولید نشان دهنده واکنش صنعت قطعات نوری به تقاضای بازار است.

انتقال از 100G به 200G در هر خط مستلزم نوآوری های قابل توجهی در تولید بود. لیزرهای مدوله‌شده خارجی که در 100 گیگا باود کار می‌کنند، تلورانس‌های سخت‌تر در ساخت و تجهیزات آزمایش پیچیده‌تر را طلب می‌کنند. تست پارامتریک سطح ویفر اکنون شامل اندازه‌گیری‌های نوری تضعیف و پاسخ‌دهی در فرکانس‌های بیش از 110 گیگاهرتز است، قابلیت‌هایی که دو سال پیش به ندرت وجود داشت.

تولید سیلیکون فوتونیک از زیرساخت های ریخته گری نیمه هادی موجود استفاده می کند و با افزایش حجم، صرفه جویی در مقیاس ایجاد می کند. با این حال، ادغام مواد III-V برای انتشار نور با پردازش سیلیکون یک چالش فنی باقی مانده است. برخی از تولیدکنندگان از روش‌های ترکیبی استفاده می‌کنند و قالب‌های لیزری ساخته‌شده جداگانه را به تراشه‌های فوتونیک سیلیکونی پیوند می‌دهند، در حالی که برخی دیگر علی‌رغم پیچیدگی آن، یکپارچگی یکپارچه را دنبال می‌کنند.

ملاحظات زنجیره تامین فراتر از خود اجزای نوری است. تراشه‌های Broadcom و Marvell 3 نانومتری DSP از فرآیندهای نیمه‌رسانای پیشرفته-با ظرفیت ریخته‌گری محدود استفاده می‌کنند. در دسترس بودن DSP اغلب حجم تولید فرستنده گیرنده را محدود می کند و در هنگام افزایش تقاضا، تنگناهایی ایجاد می کند. تولیدکنندگان برای تخصیص در تاسیسات TSMC و سامسونگ با هم رقابت می‌کنند و زمان تحویل برای سفارش‌های بزرگ تا شش ماه یا بیشتر افزایش می‌یابد.

مقیاس الزامات تست با نرخ داده. مشخص کردن یک فرستنده گیرنده 1.6T نیاز به اندازه گیری TDECQ (فرستنده و چهارتایی بسته چشم پراکنده) در هشت خط به طور همزمان، با استفاده از اسیلوسکوپ های نمونه برداری با پهنای باند بیش از 100 گیگاهرتز دارد. نرم‌افزار بهینه‌سازی تست، یک اسیلوسکوپ نمونه‌برداری را قادر می‌سازد تا چندین خط PAM4 224 گیگابیت بر ثانیه را به طور همزمان از طریق توالی‌بندی خطوط بهینه و یکپارچه‌سازی با سوئیچ‌های نوری آزمایش کند. این رویکرد آزمایش موازی، توان عملیاتی را در محیط‌های تولید با حجم بالا- بهبود می‌بخشد.

 

هزینه و تحول بازار

 

مورد اقتصادی فرستنده‌های 1.6T هزینه‌های بالاتر ماژول را در مقابل کاهش تعداد پورت‌ها و زیرساخت کابل‌کشی متعادل می‌کند. در حالی که یک فرستنده گیرنده 1.6T بیش از دو ماژول 800G هزینه دارد، هزینه کل سیستم شامل سوئیچ ها، کابل ها و فضای رک اغلب به نفع گزینه سرعت بالاتر در مقیاس است.

پیش‌بینی می‌شود که بازار فرستنده‌های نوری تا سال ۲۰۳۱ به ۳۶.۷۳ میلیارد دلار برسد، با توسعه و تجاری‌سازی فناوری‌های 800G و 1.6T که نشان‌دهنده نقطه عطف حیاتی برای حجم‌های کاری مبتنی بر هوش مصنوعی و محیط‌های ابر مقیاس بزرگ است. این مسیر رشد نشان‌دهنده سرمایه‌گذاری پایدار در-تحقیقات اپتیک با سرعت بالا و توسعه ظرفیت تولید است.

روند قیمت گذاری از الگوهای قابل پیش بینی بر اساس منحنی های یادگیری صنعت نیمه هادی پیروی می کند. ماژول‌های اولیه 1.6T در اوایل سال 2025 قیمت‌های بالاتر از 3000 دلار در هر واحد را داشتند. با افزایش حجم تولید و بهبود بازده تولید، تحلیلگران صنعت پیش‌بینی می‌کنند که قیمت‌ها تا اواخر سال 2026 به حدود 1500{10}}2000 دلار کاهش می‌یابد و تا سال 2027 به برابری هزینه هر بیت با فناوری 800G بالغ می‌رسد.

پذیرش بازار از یک الگوی پلکانی پیروی می کند. ارائه دهندگان ابر مقیاس ابر و اپراتورهای بزرگ زیرساخت هوش مصنوعی ابتدا با جذب قیمت های برتر در ازای دسترسی زودهنگام به ظرفیت پهنای باند، مستقر می شوند. مراکز داده Tier-2 و استقرار سازمانی 12 تا 18 ماه بعد با تعدیل قیمت ها و در دسترس شدن سیلیکون سوئیچ به طور گسترده دنبال می شوند. اپراتورهای شبکه مخابراتی سومین موج پذیرش را نشان می‌دهند که از 1.6T برای اتصالات مترو و منطقه‌ای استفاده می‌کنند که در آن اقتصاد فیبر کانال‌های کمتر و سریع‌تری را ترجیح می‌دهد.

رقابت بین فروشندگان فرستنده گیرنده، نوآوری و فشار قیمت را به طور همزمان هدایت می کند. سازندگان قطعات نوری سنتی با چالش‌هایی از سوی بازیکنان یکپارچه عمودی روبرو هستند که فوتونیک سیلیکونی سفارشی را در کنار تراشه‌های DSP توسعه می‌دهند. این ادغام عمودی مزیت های هزینه ای را ایجاد می کند اما نیاز به سرمایه گذاری قابل توجهی دارد که به نفع شرکت های بزرگتر است.

 

استانداردها و قابلیت همکاری

 

گروه کاری IEEE 802.3dj مشخصات اترنت را برای عملیات 1.6T تعریف می کند که بر اساس استانداردهای قبلی 400G و 800G است. پیاده‌سازی بدون خطا-در آستانه KP4 به علاوه کد داخلی FECi 4.85x10^-3 در 113.4 GBaud عمل می‌کند، تا 10 کیلومتر از انتقال فیبر تک حالته پشتیبانی می‌کند و از مشخصات IEEE Std 802.3ck-2022 فراتر می‌رود. کدهای تصحیح خطا پیشرو بازیابی سیگنال لازم را برای حفظ نرخ خطای بیت زیر 10^-12 پس از رمزگشایی فراهم می کنند.

انجمن نوری Internetworking (OIF) مشخصات تکمیلی را برای رابط های الکتریکی ایجاد می کند. OIF-CEI-224G مشخصات الکتریکی 224 گیگابیت بر ثانیه را تعریف می‌کند که ASIC سوئیچ را به ماژول‌های نوری متصل می‌کند و پارامترهایی مانند تحمل لرزش، الزامات یکسان سازی، و معیارهای یکپارچگی سیگنال را پوشش می‌دهد. مطابقت با این مشخصات، قابلیت همکاری چند فروشنده- را تضمین می‌کند، اگرچه بهینه‌سازی‌های اختصاصی گاهی اوقات جلوه‌های قفل فروشنده ایجاد می‌کنند.

توافق نامه های چند منبع (MSA) بر ابعاد فیزیکی، پین اوت ها، پوشش های حرارتی و رابط های مدیریتی حاکم است. OSFP MSA پیاده سازی های استاندارد 800G را تعریف می کند، در حالی که مشخصات OSFP-XD تا ظرفیت 1.6T گسترش می یابد. CMIS (مشخصات رابط مدیریت مشترک) نسخه 5.0 رابط نرم افزاری را برای پیکربندی ماژول، نظارت و تشخیص بدون در نظر گرفتن فروشنده ارائه می دهد.

آزمایش قابلیت همکاری مستلزم تلاش های هماهنگ در سراسر اکوسیستم است. فروشندگان سوئیچ، سازندگان فرستنده گیرنده و تامین کنندگان کابل اعتبار سنجی مشترک را برای شناسایی مشکلات سازگاری قبل از استقرار انجام می دهند. این پلاگین‌ها تفاوت‌های ظریف زمان‌بندی، حساسیت‌های دنباله‌ای{2}}روشن کردن، و تغییرات تحمل حرارتی را نشان می‌دهند که در آزمایش‌های تک تک اجزا ظاهر نمی‌شوند.

 

 

مسیرهای مهاجرت از زیرساخت های فعلی

 

سازمان هایی با استقرار 800G موجود با تصمیمات استراتژیک در مورد زمان بندی مهاجرت 1.6T خود روبرو هستند. افزایش تدریجی پهنای باند جایگزینی فوری عمده فروشی را توجیه نمی کند، اما افزوده شدن ظرفیت جدید به طور فزاینده ای به نفع گزینه سرعت بالاتر-است. رویکردهای هیبریدی 1.6T را در اتصالات ستون فقرات شرقی-غربی مستقر می‌کنند و در عین حال 800G را به قفسه‌ها حفظ می‌کنند و هزینه را با ظرفیت آینده متعادل می‌کنند.

معماری شبکه بر استراتژی های مهاجرت تاثیر می گذارد. طرح‌های سنتی سه- (هسته، تجمیع، دسترسی) خود را به ارتقاهای مرحله‌ای که از هسته‌ای که ترافیک تمرکز می‌کند شروع می‌شود. پارچه‌های ستون فقرات-و-برگی‌های مورد استفاده در مراکز داده مدرن از پیوندهای سرعت یکنواخت- بهره می‌برند که فشاری را برای ارتقاء کل پارچه‌ها به‌جای افزایش همزمان ایجاد می‌کنند.

رابط الکتریکی 200G-در-خط، یک مرز ارتقاء طبیعی ایجاد می‌کند. سوئیچ های طراحی شده برای 100G SerDes نمی توانند فرستنده گیرنده 1.6T را بدون جایگزینی سیلیکون پشتیبانی کنند. این وابستگی سخت‌افزاری به‌روزرسانی‌های فرستنده گیرنده را برای تغییر چرخه‌های به‌روزرسانی، معمولاً در برنامه‌های 3{10}}۵ ساله، مرتبط می‌کند. سازمان‌هایی که زیرساخت‌های برنامه‌ریزی می‌کنند باید در نظر بگیرند که آیا روی سوئیچ‌های 100G{12}قابلیت با مسیرهای ارتقای محدود سرمایه‌گذاری کنند یا برای سیلیکون آماده 200G که فوراً به بهره‌برداری کامل نمی‌رسد، قیمت‌های بالاتری بپردازند.

ملاحظات کارخانه کابل بر جدول زمانی مهاجرت تاثیر می گذارد. در حالی که فرستنده‌های 1.6T از فیبر تک حالته استاندارد سازگار با تاسیسات موجود استفاده می‌کنند، نرخ داده بالاتر الزامات سخت‌تری را برای کیفیت اتصال ایجاد می‌کند. روش‌های تمیز کردن حیاتی‌تر می‌شوند، بودجه‌های تلفات درج کانکتور سخت‌تر می‌شوند و مشخصات شعاع خمش فیبر نیاز به بررسی دارند. برخی از سازمان‌ها متوجه می‌شوند که کابل‌کشی‌هایی که 5 تا 10 سال پیش نصب شده‌اند و برای سرعت 100G کافی هستند، عملکردی حاشیه‌ای با نرخ 1.6T ایجاد می‌کنند.

نرم افزار و ابزار عملیاتی باید در کنار سخت افزار تکامل یابد. سیستم‌های مدیریت شبکه برای رسیدگی به آمار رابط 1.6T نیاز به به‌روزرسانی دارند، آستانه‌های نظارت به کالیبراسیون مجدد برای الگوهای نرخ خطای مختلف نیاز دارند، و مدل‌های برنامه‌ریزی ظرفیت باید نسبت‌های اضافه اشتراک جدید را در نظر بگیرند. این جنبه‌های عملیاتی، که اغلب در برنامه‌ریزی اولیه نادیده گرفته می‌شوند، می‌توانند به‌اندازه خرید سخت‌افزار، استقرار را به تأخیر بیندازند.

 

نگاهی به نقشه راه های فنی

 

انتقال به 200G در هر خط نشان دهنده یک فلات در فناوری مدولاسیون فعلی است. سیگنال‌دهی PAM4 در 100 گیگا باود به محدودیت‌های عملی برای تشخیص نوری مستقیم-مدوله‌شده-می‌رسد. افزایش سرعت بیشتر به نرخ باود بالاتر (که با محدودیت های پهنای باند اساسی در قطعات الکتریکی و نوری مواجه است) یا مهاجرت به طرح های تشخیص منسجم نیاز دارد.

بحث های صنعت به طور فزاینده ای بر روی فناوری 400G در هر خط به عنوان نقطه عطف اصلی بعدی تمرکز می کند. انتظار می‌رود اولین 448G PAM4 SerDes در سال 2027 در دسترس باشد، با افزایش حجم تولید-در سال 2028، به این معنی که فرستنده‌های گیرنده با سرعت 400G در هر خط احتمالاً در پایان این دهه در دسترس خواهند بود. این جدول زمانی نشان می‌دهد که فرستنده‌های نوری 1.6T به عنوان فناوری اتصال مرکز داده با سرعت بالا حداقل تا سال 2028 عمل خواهند کرد.

یک مسیر جایگزین به جای افزایش سرعت در هر خط، خطوط بیشتری اضافه می کند. گسترش از هشت تا شانزده خط 200G با استفاده از فناوری اثبات شده به ظرفیت 3.2T دست خواهد یافت. این رویکرد با چالش‌های مکانیکی در چگالی اتصال و مدیریت حرارتی مواجه است، اما از خطرات یکپارچگی سیگنال ناشی از مدولاسیون سریع‌تر جلوگیری می‌کند. برخی از فروشندگان هر دو جهت را به طور همزمان دنبال می کنند و از عدم قطعیت های فنی محافظت می کنند.

اپتیک‌های بسته‌بندی‌شده شرکت نشان‌دهنده تغییر اساسی‌تر در معماری فرستنده گیرنده است. با ادغام مستقیم موتورهای نوری با سیلیکون سوئیچ در همان بسته، CPO رابط الکتریکی بین ASIC و فرستنده گیرنده را حذف می کند. NVIDIA نقشه راه خود را برای سوئیچ های CPO در کنفرانس مارس GTC 2025 به اشتراک گذاشت و اعلام کرد که اولین سوئیچ CPO در اوایل سال 2026 در دسترس خواهد بود. اگر CPO به موفقیت تجاری دست یابد، مسیر فرستنده گیرنده های قابل اتصال می تواند به طور قابل توجهی تغییر کند.

ضرورت پایداری توسعه آینده را بیش از نسل های قبلی شکل خواهد داد. مراکز داده در حال حاضر 1-2% از برق جهانی را مصرف می‌کنند و حجم کاری هوش مصنوعی این روند را تسریع می‌کند. تنظیم‌کننده‌ها و مشتریان به‌طور فزاینده‌ای معیارهای بهره‌وری انرژی را درخواست می‌کنند و فشار بازار را برای نوآوری‌هایی ایجاد می‌کنند که توان هر بیت را کاهش می‌دهند. طرح‌های آینده 1.6T احتمالاً مدیریت توان تهاجمی‌تری را در بر خواهند گرفت و احتمالاً از الگوریتم‌های هوش مصنوعی برای بهینه‌سازی پارامترهای فرستنده گیرنده در زمان واقعی بر اساس شرایط پیوند استفاده می‌کنند.

 

ملاحظات استقرار عملی

 

نصب فرستنده های نوری 1.6T نیازمند توجه به مدیریت حرارتی از مرحله برنامه ریزی است. چگالی توان در کارت سوئیچ لاین با 32 پورت با 25 وات در هر فرستنده گیرنده به 800 وات می رسد که در یک واحد رک متمرکز شده است. سیستم های خنک کننده مرکز داده باید جریان هوای کافی را ارائه دهند و توزیع برق رک به ظرفیت مناسب نیاز دارد. برخی از استقرارها نیاز به یکپارچه سازی خنک کننده مایع دارند که پیچیدگی و هزینه را اضافه می کند.

مدیریت فیبر در سرعت های بالاتر حیاتی تر می شود. یک فرستنده گیرنده 1.6T با استفاده از پیکربندی DR8 به 16 رشته فیبر (8 انتقال، 8 دریافت) نیاز دارد که به دو کانکتور MPO-12 ختم می شوند. مدیریت صدها یا هزاران مورد از این اتصالات در یک مرکز داده بزرگ مستلزم مستندات دقیق، سیستم های برچسب گذاری و روش های آزمایش است. آلودگی فیبر که ممکن است باعث خطاهای گاه به گاه در سرعت 100G شود، می‌تواند پیوندهای 1.6T را کاملاً غیرفعال کند.

عوامل محیطی بر عملکرد 1.6T شدیدتر از اپتیک های کندتر تأثیر می گذارد. تغییرات دما طول موج های لیزر را تغییر می دهد و به طور بالقوه باعث می شود کانال ها به خارج از طیف اختصاص داده شده خود حرکت کنند. رطوبت می تواند بر ویژگی های میرایی فیبر تأثیر بگذارد. لرزش تجهیزات مجاور ممکن است به اتصالات نوری متصل شود و خطاهای متناوب ایجاد کند. نظرسنجی های سایت باید این عوامل محیطی را قبل از استقرار ارزیابی کنند.

نظارت و تشخیص نیاز به ابزار پیشرفته دارد. رابط CMIS تله متری دقیقی از جمله توان نوری در هر خط، سنسورهای دما و مانیتورهای ولتاژ را ارائه می دهد. پلتفرم های مدیریت شبکه مدرن از این داده ها برای شناسایی عملیات حاشیه ای قبل از وقوع خرابی کامل استفاده می کنند. الگوریتم‌های یادگیری ماشینی الگوهای تله‌متری را برای پیش‌بینی خرابی‌های فرستنده گیرنده از روزها یا هفته‌ها قبل تحلیل می‌کنند و امکان تعمیر و نگهداری پیشگیرانه را فراهم می‌کنند.

آموزش کارکنان فنی نشان دهنده یک-نیاز استقرار است که اغلب دست کم گرفته می شود. عیب یابی لینک های 1.6T مستلزم درک اصول یکپارچگی سیگنال، بودجه انرژی نوری و عملکرد DSP است. افزایش پیچیدگی در مقایسه با نسل های فرستنده گیرنده قبلی به این معنی است که تکنسین های کمتری می توانند به طور موثر مشکلات را تشخیص دهند. سازمان ها باید برای سرمایه گذاری های آموزشی اضافی و هزینه های پشتیبانی بالقوه بالاتر در طول استقرار اولیه برنامه ریزی کنند.

 

سوالات متداول

 

فرستنده های نوری 1.6T به چه فاصله انتقالی می توانند دست یابند؟

انواع استاندارد DR8 از 500 متر روی فیبر تک حالته پشتیبانی می‌کنند که برای اکثر برنامه‌های مرکز داده درون-مناسب است. نسخه‌های دسترسی گسترده به 1-2 کیلومتر با تصحیح خطای پیشرفته می‌رسند، در حالی که پیکربندی‌های 2xFR4 می‌توانند با استفاده از مالتی پلکس کردن طول موج به 2 کیلومتر برسند. فاصله خاص به نوع ماژول، کیفیت فیبر و نرخ خطای بیت قابل قبول بستگی دارد.

مصرف انرژی بین 1.6T و اجرای دوگانه 800G چگونه مقایسه می شود؟

یک فرستنده گیرنده 1.6T معمولاً 20-25 وات مصرف می کند، در حالی که دو ماژول 800G در ترکیب از 36-40 وات استفاده می کنند. گزینه 1.6T همچنین یک پورت سوئیچ را حذف می کند و انرژی اضافی را در سوئیچ ASIC ذخیره می کند. در مجموع صرفه جویی در انرژی سیستم به 30-40٪ در هنگام محاسبه همه اجزا می رسد، اگرچه هزینه ماژول جداگانه برای 1.6T بالاتر است.

آیا زیرساخت فیبر موجود می تواند از سرعت 1.6T پشتیبانی کند؟

فیبر تک حالته نصب شده برای شبکه های 100G یا 400G عموماً در صورت نگهداری صحیح از عملکرد 1.6T پشتیبانی می کند. با این حال، کیفیت اتصال بحرانی‌تر می‌شود-اتصال‌های کثیف یا تلفات اتصال حاشیه‌ای که حداقل مشکلات را در سرعت‌های پایین‌تر ایجاد می‌کنند، ممکن است از ایجاد پیوندهای 1.6T جلوگیری کنند. یک بازرسی و تمیز کردن کامل کارخانه فیبر باید قبل از استقرار 1.6T باشد.

چه پلتفرم های سوئیچ در حال حاضر از فرستنده های 1.6T پشتیبانی می کنند؟

سوئیچ های ساخته شده بر روی ASIC های 51.2T یا 102.4T با قابلیت های 200G SerDes از فرستنده گیرنده های 1.6T پشتیبانی می کنند. فروشندگان عمده سیلیکون سوئیچ از جمله Broadcom، Nvidia، و Marvell چیپست های مناسبی را با سیستم هایی از تولیدکنندگان تجهیزات متعدد در دسترس ارائه می دهند. سوئیچ‌های قدیمی‌تر که از 100G SerDes استفاده می‌کنند، نمی‌توانند ماژول‌های 1.6T را بدون در نظر گرفتن به‌روزرسانی‌های میان‌افزار پشتیبانی کنند.

گیرنده های 1.6T تا چه مدت قبل از ظهور سرعت های بالاتر مرتبط باقی می مانند؟

نقشه‌های راه صنعت نشان می‌دهد که 1.6T حداقل تا سال 2028 به عنوان مرکز داده پرسرعت اولیه عمل خواهد کرد. در حالی که فناوری‌های 3.2T و سریع‌تر در حال توسعه هستند، پیچیدگی سیگنال‌دهی 400G-در هر-خط، دسترسی گسترده را به تأخیر می‌اندازد. اکثر سازمان‌هایی که امروز 1.6T را به کار می‌گیرند، می‌توانند انتظار داشته باشند که 5 تا 7 سال عمر مفید قبل از انتقال فناوری بزرگ بعدی داشته باشند.

چه اقدامات کنترل کیفیت در هنگام نصب ضروری است؟

هر اتصال فیبر قبل از جفت گیری نیاز به بازرسی با میکروسکوپ یا پروب بازرسی خودکار دارد. اندازه‌گیری‌های توان نوری باید سطوح انتقال مورد انتظار را در هر هشت خط تأیید کند. تست نرخ خطای بیت تحت بار ترافیک، پایداری پیوند را تأیید می کند. این مراحل، در حالی که زمان‌بر است، از خرابی‌های متناوب که تشخیص آنها پس از تکمیل استقرار دشوار است، جلوگیری می‌کند.