En escenarios como la transmisión en vivo 5G, la computación con IA y el almacenamiento en la nube, los datos fluyen a una velocidad de varios terabytes por segundo. Los héroes anónimos detrás de este "viaje de datos" son los módulos ópticos. — los "traductores de comunicación óptica" que convierten con precisión señales eléctricas y ópticas.

La tecnología de encapsulado de los módulos ópticos es el código genético que determina su rendimiento, coste y escenarios de aplicación. Desde la era gigante de GBIC en 1995 hasta la integración a nanoescala de QSFP-DD actual, ¿qué avances tecnológicos ha experimentado el encapsulado de módulos ópticos?

Este artículo utilizará un lenguaje sencillo para guiarlo a través de la evolución del empaquetado de módulos ópticos y también incluirá una tabla detallada de tipos de paquetes y tasas de correspondencia.

Ⅰ . Abeto St. Gener Embalaje de la industria (1995-2000): Exploración inicial de la estandarización, desde " Taller de artesanía " a " Línea de montaje industrial "

Fondo: A mediados de la década de 1990, las comunicaciones por fibra óptica entraron en un período de rápido desarrollo, pero el mercado de módulos ópticos experimentaba un rápido crecimiento. Los tamaños, interfaces y pines de los módulos variaban entre los distintos fabricantes, lo que generaba problemas de interoperabilidad. En 1995, operadores y fabricantes de equipos establecieron conjuntamente el Acuerdo Multifuente (MSA) para promover la estandarización de módulos ópticos, lo que condujo al surgimiento de la primera generación de tecnología de empaquetado.

Paquete representativo:

1. 1 × 9 PAG Paquete:

Características: Diseño de soldadura, velocidad no superior a 1 Gigabit, utiliza principalmente interfaz SC (interfaz cuadrada grande).

Aplicación: Los primeros conmutadores y enrutadores Ethernet fueron eliminados debido a su gran tamaño y poca compatibilidad.

Caso: Cuando una empresa actualizó su antigua sala de computadoras, se descubrió que una gran cantidad de 1 × 9 módulos no pudieron adaptarse al nuevo equipamiento y finalmente tuvieron que ser reemplazados por módulos SFP.

2. GBIC ( Convertidor de interfaz Gigabit):

Características: velocidad Gigabit, gran tamaño (aproximadamente la mitad del tamaño de una palma), conexión de 20 pines e intercambio en caliente.

Aplicación: Equipos centrales de centros de datos convencionales y redes de área metropolitana alrededor del año 2000.

Problema: debido a su gran tamaño, un solo conmutador solo puede alojar ocho módulos GBIC, lo que limita la densidad de puertos.

Importancia técnica: El empaquetado de primera generación resolvió el problema de "compatibilidad" de los módulos ópticos y sentó las bases para iteraciones tecnológicas posteriores. .

II . Envases de segunda generación (2000-2018): La revolución de la miniaturización, del "Big Mac" al "Mini Elf"

Fondo: A medida que los centros de datos se expanden, se imponen mayores requisitos de volumen y densidad a los módulos ópticos. El empaquetado de segunda generación se centra en la miniaturización, reduciendo significativamente el tamaño del módulo mediante un diseño optimizado.

Representante PAG Paquete:

1. SFP (Factor de forma pequeño conectable) :

Características: El área del puerto óptico es de solo aproximadamente 1/3 de GBIC , admite velocidad Gigabit, adopta la interfaz LC (interfaz miniaturizada) y admite conexión en caliente.

Aplicación: Se volvió común después del año 2000 y se utiliza ampliamente en centros de datos, redes empresariales y estaciones base 5G.

Caso: Una empresa de computación en la nube aumentó la densidad de puertos de un solo conmutador al triple y ahorró 60 % de espacio en el gabinete al reemplazar GBIC con SFP.

2. SFP+ (SFP mejorado) :

Características: Se aumenta la velocidad a 10G, el volumen es el mismo que SFP, se elimina el módulo CDR interno (recuperación de datos del reloj) y se reduce el consumo de energía.

Aplicación: Después de 2009, se convirtió en el módulo principal de 10 Gigabit Ethernet, reemplazando al voluminoso XENPAK/XFP inicial.

Datos: Los módulos SFP+ cuestan un 40% menos que los XFP y consumen un 30% menos de energía, dominando rápidamente el mercado.

3. QSFP+ (SFP+ cuádruple) :

Características: Admite transmisión de 4 canales, 10 G por canal, velocidad total de hasta 40 G y el volumen es solo un poco mayor que SFP+.

Aplicación: Después de 2012, se convirtió en la solución principal para centros de datos 40G, reemplazando módulos grandes como CFP.

Ventajas: Comparado con CFP, QSFP+ tiene una densidad de puertos cuatro veces mayor y un coste 60% menor.

Importancia técnica: El empaque de segunda generación resuelve los problemas de "densidad" y "costo" de los módulos ópticos a través de la "miniaturización" y el diseño "multicanal", promoviendo el despliegue a gran escala de centros de datos y redes 5G.

III . Tercera generación PAG Embalaje (2018 a la fecha): Alto S orinó y I integración, F de " mi eléctrico S señales" a " PAG Hotónico do caderas"

Fondo: Con el auge de aplicaciones de alto ancho de banda, como la IA y el vídeo 8K, las velocidades de los módulos ópticos están evolucionando de 40 G a 100 G, 400 G e incluso 800 G. El encapsulado de tercera generación, centrado en la alta velocidad y la integración, está superando los obstáculos del encapsulado tradicional mediante innovaciones como la fotónica de silicio y la óptica coencapsulada (CPO).

Representante PAG Paquete:

1. QSFP28 :

Características: Admite transmisión de 25G de 4 canales, con una velocidad total de 100G y el mismo tamaño que QSFP+.

Aplicación: Después de 2014, se convirtió en la solución principal para centros de datos de 100G, reemplazando módulos grandes como CFP4.

Datos: El consumo de energía de los módulos QSFP28 es un 50% menor que el de los CFP4 y el costo es un 40% menor.

2. QSFP-DD (Doble densidad) :

Características: Admite transmisión de 8 canales 25G/50G, con una velocidad total de 200G/400G y la misma ancho como QSFP28.

Aplicación: Se convertirá en la solución principal para los centros de datos de 400G después de 2019, respaldando escenarios de gran ancho de banda, como clústeres de IA y centros de supercomputación.

Caso: Un fabricante de IA aumentó el ancho de banda de su centro de datos interno cuatro veces y mejoró la eficiencia de entrenamiento de modelos grandes en un 30 % mediante la implementación de módulos QSFP-DD.

3. CPO (Óptica co-empaquetada):

Características: El chip óptico y el chip de conmutación están empaquetados juntos directamente, lo que elimina el cuello de botella de conversión de "señal eléctrica-señal óptica" de los módulos ópticos tradicionales.

Aplicación: Los proyectos piloto comenzarán después de 2023 y se espera que se conviertan en la solución principal en la era 800G/1.6T.

Ventajas: CPO puede reducir el consumo de energía en un 50% y la latencia en un 70%, y es la "forma definitiva" de las comunicaciones ópticas futuras.

Importancia técnica: El empaque de tercera generación resuelve los problemas de "ancho de banda" y "eficiencia energética" de los módulos ópticos a través de un diseño de "alta velocidad" e "integrado", brindando soporte para aplicaciones de gran ancho de banda como IA y el metaverso.

IV . Óptico METRO módulo PAG paquete T tipo y METRO picando R comió do comparación T capaz

IV . El La lógica central de la iteración de la tecnología de envasado: La " Triángulo imposible " de costo, densidad y rendimiento

Cada iteración del encapsulado del módulo óptico representa un equilibrio y un avance en los tres indicadores principales de "costo", "densidad" y "rendimiento":

La primera generación: toma la “estandarización” como núcleo para resolver problemas de compatibilidad, pero es grande en tamaño y baja en densidad.

Segunda generación: Con la “miniaturización” como núcleo, mejora la densidad y reduce los costos mediante un diseño optimizado, pero la velocidad está limitada por el cuello de botella de la transmisión de señales eléctricas.

La tercera generación: con "alta velocidad" e "integración" como núcleo, rompe las limitaciones físicas a través de tecnologías como la fotónica de silicio y el CPO, pero el costo es relativamente alto y necesita popularizarse gradualmente.

II . F Perspectivas futuras: ¿Qué es? T él " Tú último F forma " Oh F Oh óptico METRO módulos?

Con la llegada de la era 800G/1.6T, el empaquetado de módulos ópticos enfrentará dos desafíos principales:

Gestión térmica :Las señales de alta velocidad generan mucho calor y el problema de la disipación del calor debe resolverse mediante tecnologías como la refrigeración líquida y el empaquetado 3D.

Costo :Las nuevas tecnologías como el CPO son costosas y es necesario reducirlas mediante la producción a gran escala.

En el futuro, el empaquetado de módulos ópticos puede evolucionar en dos direcciones:

Corto plazo Los módulos conectables de alta velocidad, como QSFP-DD y OSFP, siguen siendo los más utilizados y satisfacen las necesidades de los centros de datos y las actualizaciones 5G.

A largo plazo :Una vez que la tecnología CPO madure, los módulos ópticos se integrarán profundamente con los chips de conmutación y se convertirán en parte del "chip fotónico", subvirtiendo por completo la forma de empaquetado tradicional.

VII. Conclusión

Desde el "gran hombre" hasta el "pequeño duende", la evolución del empaquetado de módulos ópticos es una historia de práctica de la "habilidad de encoger huesos" de la tecnología de comunicación óptica.

Desde la era "Big Mac" de GBIC en 1995 hasta la integración de "nivel nano" de CPO actual, cada iteración de empaquetado ha promovido un salto en la eficiencia de transmisión de datos.

En el futuro, con el auge de las aplicaciones de gran ancho de banda como la IA y el metaverso, el empaquetado de módulos ópticos seguirá evolucionando en la dirección de "más alto, más rápido y más fuerte", construyendo una "autopista de comunicación óptica" más eficiente y más ecológica para el mundo digital.