大規模なAIモデルの急速な台頭により、現代のデータセンターでは、増え続けるデータ量を処理するために、より高速で高帯域幅の情報伝送技術が求められています。光ファイバー通信は、その独自の高容量と低損失の特性により、現代のデータセンターにとって理想的な伝送方法となっています。光ファイバー通信システムのコアコンポーネントである光トランシーバーモジュールは、光信号と電気信号の変換を担っています。その性能は、通信システム全体の安定性と効率に直接影響します。そのため、FiberMallは、800Gbit/s光トランシーバーモジュールの基本原理を掘り下げ、開発とテストを通じて実際のアプリケーションでその性能を検証することを目指しています。
FiberMall はまず、送信ユニット、受信ユニット、管理ユニット、デジタル処理チップなど、800Gbit/s 光トランシーバ モジュールの基本コンポーネントを紹介します。次に、高速伝送条件下でも安定したパフォーマンスを確保するためにモジュールで使用される高度なテクノロジと設計コンセプトについて詳しく説明します。次に、800G OSFP 2xDR4 光トランシーバ モジュールの開発とテストにより、その主要なパフォーマンス指標が期待される要件を満たしているかどうかを評価します。厳格な開発およびテスト プロセスを通じて、800Gbit/s 光トランシーバ モジュールが期待されるすべてのパフォーマンス基準を満たしていることがわかりました。その優れたパフォーマンスにより、現在の環境に最適です。
近年、ChatGPTは驚異的な人気を獲得しています。発売以来、ChatGPTのユーザーベースは急増し、月間アクティブユーザー数は100億人を超え、歴史上最も急速に成長している消費者向けアプリケーションのXNUMXつとなっています。ChatGPTの人気はユーザー数だけにとどまらず、広く応用され、影響力を持っています。インテリジェントカスタマーサービス、バーチャルアシスタント、スマートホームなど、さまざまな領域で便利で効率的なサービスを提供しています。さらに、ChatGPTは多くの企業や開発者から注目を集めており、さまざまな分野で広く使用されています。業界のコンセンサスでは、ChatGPTはチューリングテストに合格する可能性が最も高いAIモデルのXNUMXつとして認識されており、人工知能分野での影響力をさらに高めています。
このような背景から、800Gbit/s OSFP 2xDR4 光トランシーバ モジュールが登場し、業界向けにシングル チャネル 100 Gbit/s パラレル伝送ソリューションを提供します。OSFP 2xDR4 パッケージは、XNUMX チャネルの小型フォーム ファクタ プラガブル光モジュールであり、同じボリューム内でパフォーマンスを維持しながら、より高い統合を実現します。このモジュールは、物理的なサイズを増やすことなく、より高い伝送速度を実現します。
800G OSFP 2xDR4 光トランシーバー モジュールは、シングル チャネル 100Gbit/s パラレル伝送と 100 チャネル伝送の両方を提供します。同じフォーム ファクターの光モジュールの XNUMX チャネル XNUMXGbit/s 伝送と比較すると、伝送速度が XNUMX 倍になります。この革新的なテクノロジーにより、光モジュールは同じボリューム内でより高いデータ転送効率を実現し、ネットワーク帯域幅のコストを削減できます。
800G OSFP 2xDR4 パッケージ光トランシーバーモジュールの導入により、クラウドコンピューティングとビッグデータの急速な発展を強力にサポートします。このモジュールは、フォームファクタが小さく、伝送速度が高く、消費電力が低く、信頼性が向上しており、現代のネットワーク通信の要求を満たしています。そのアプリケーションは、ネットワーク帯域幅の利用率の向上、全体的なコストの削減、光ファイバー通信システムの更新と技術革新の推進に貢献します。
光モジュール設計
モジュール機能フレームワーク
800Gbit/s OSFP 2xDR4 光トランシーバ モジュールのコア コンポーネントには、デジタル信号処理 (DSP) チップ、受信光サブアセンブリ (ROSA)、送信光サブアセンブリ (TOSA)、およびマイクロプログラム制御ユニット (MCU) が含まれます。これらのコンポーネントが連携して、モジュール内で高速データ伝送を実現します。
高速デジタル信号処理チップ
光モジュール内部では、高性能 DSP が重要な役割を果たします。スイッチの出力信号からデジタル クロック情報を抽出して復元し、ノイズを除去します。さらに、DSP は受信した光信号に対して分散補償と非線形干渉除去を実行し、正確で歪みのないデータを保証します。このコンポーネントは、光モジュールの電気インターフェイスと光インターフェイス間の通信プロセスにも関与し、データの変換と操作を容易にします。受信側では、DSP は適応型線形イコライゼーション機能を備えており、信号周波数の変化に基づいて振幅の違いを補正し、データ伝送の効率と品質をさらに向上させます。
デジタル信号処理 (DSP) 技術は、光モジュールで重要な役割を果たします。これは、データ伝送の接点として機能する「ゴールデン フィンガー」だけでなく、ドライバーやトランスインピーダンス アンプ (TIA) などの主要コンポーネントとも密接に関連しています。これらが連携して、光モジュールの効率的な動作を保証します。
信号変換と処理:
DSP テクノロジーは、主に光モジュール内での信号変換と処理を担当します。光信号がモジュールを通過すると、DSP はアナログ信号をデジタル形式に変換し、信号の品質と整合性を維持するために必要な処理を実行します。高品質の信号は、正確で信頼性の高いデータ伝送に不可欠です。
ゴールデンフィンガーコネクション:
DSP とゴールデン フィンガー間の接続は、データ転送にとって非常に重要です。ゴールデン フィンガーは物理的な接点として機能し、光モジュールから他のデバイス (コンピューターやネットワーク機器など) に電気信号を転送します。DSP は、ゴールデン フィンガーを介して送信される信号のエラーと干渉を最小限に抑え、データ転送の効率と安定性を高めます。
ドライバーコラボレーション:
DSP とドライバーの接続により、光モジュールからの効率的な信号伝送が保証されます。ドライバーは DSP の指示に基づいてレーザーを制御し、その強度と周波数を調整して、さまざまな伝送要件に適応します。この緊密な連携により、モジュールの送信パフォーマンスが最適化され、信号品質と伝送距離が向上します。
受付用のTIAリンク:
DSP とトランスインピーダンス アンプ (TIA) 間の接続は、受信側での信号処理にとって重要です。TIA は、ファイバーから受信した光信号を増幅し、電気信号に変換します。DSP は、TIA の出力をさらに処理および分析して、正確なデータ受信を保証します。
さらに、ライン フィルタリングが低周波信号に与える影響により、電子情報の伝送が中断される可能性があります。電流信号が突然変化すると、ラインの低周波フィルタリングにより、DSP が受信する電圧差が弱まり、判定しきい値に近づくことがあります。これにより、エラー率が上昇し、ネットワーク サービスが中断されることもあります。この問題に対処するために、DSP はプリエンファシス技術を採用し、スイッチ側の信号判定で十分な判定しきい値を確保して誤判定を防止します。
排出単位
光放出ユニットでは、レーザー ドライバ チップが電気スイッチとして機能し、レーザー チップの正常な動作に必要なしきい値電流を提供します。安定したレーザー チップのパフォーマンスを確保するには、ドライバ電流がしきい値電流を超える必要があります。
半導体の特性上、温度が上昇するとレーザーチップの閾値電流が徐々に増加します。したがって、高温でもレーザーチップの適切な動作を維持するには、レーザードライバチップに供給されるドライバ電流をそれに応じて調整する必要があります。
監視ユニット内のアナログ-デジタル コンバータを使用したリアルタイム温度監視。
温度補償回路を調整してレーザー ドライバ チップの駆動電流を増加させ、安定した出力光パワーを確保します。このアプローチにより、温度が変化してもレーザー チップの安定性が確保され、光放出ユニット全体の効率と安定性が向上します。
レシーバーユニット
光トランシーバ モジュールのインターフェイスは、主に感光センサ (ピン)、ドライバ コンポーネント、および周辺回路で構成されています。感光センサの動作メカニズムは、入力ノイズを最小限に抑えながら電流を生成することです。電流信号の強度は、検出器の応答速度と結合技術によって異なります。
モニタリング・ユニット
光トランシーバー モジュールに内蔵された MCU (マイクロコントローラ ユニット) は、モジュールの動作状態を監視および管理する役割を担っています。I2C バス プロトコルを使用することで、MCU は光電子チップのレジスタを読み書きし、各チップの状態を調整および監視することができます。さらに、MCU にはアナログ/デジタル コンバータが組み込まれており、モジュール内のさまざまな内部チップから状態情報を収集して分析します。
監視および管理ユニットは、光トランシーバー モジュールの安定した動作を保証します。主要なパラメータを継続的に監視することで、モジュールが最適に動作し、通信システム全体の安定性と信頼性が維持されるようにします。
光モジュールの内部構造を下図に示します。
光モジュールテスト結果分析
テスト環境
光トランシーバー モジュールのパフォーマンス テストは、主に送信機と受信機ユニットに焦点を当てています。送信機側では、光信号が光ファイバーを介してアイ ダイアグラム機器に直接接続されます。受信機側では、2.4 つのチャネルにわたって光信号を生成する基準光源 (ゴールド スタンダード) を使用します。これらの信号は、調整可能な光減衰器を通過した後、テストするモジュールの受信端に送られます。必要に応じて減衰器の設定を調整し、対象モジュールの受信機に到達する光強度を制御します。4E-XNUMX のエラー レートが検出されると、対応する光強度が感度メトリックとして機能します。
送信機テストパラメータと結果
送信機のテストには、平均光パワー、消光比、直線性、送信機分散アイ クロージャ (TDECQ) など、いくつかの側面が含まれます。
平均光パワー: このパラメータは、光モジュールから放出される平均光パワーを表します。通常、ミリワット (mW)、マイクロワット (μW)、またはデシベルミリワット (dBm) で測定されます。平均光パワーは信号強度を反映し、光モジュールの重要なパフォーマンス指標です。
消光比: 消光比とは、送信する「1」信号と「0」信号間の光パワーの比率を指します。理想的には、消光比は無限大で、XNUMX つの信号間のパワー差が大きいことを示し、受信機がそれらを簡単に区別できるようにします。消光比が悪いと、データ復調エラーが発生する可能性があります。
トランスミッタ分散アイ クロージャ (TDECQ): このパラメータは、送信中の光信号に対する分散効果に関係します。分散により、光パルスが受信側で拡散し、信号の明瞭性と可読性が低下します。TDECQ は、さまざまな分散条件下でのアイ クロージャの能力とパフォーマンスを表します。TDECQ が適切に機能すると、長距離伝送中に信号品質を高く維持できます。これらのパラメータは、光モジュールのパフォーマンスと品質を評価し、信頼性と効率性に優れたデータ伝送を保証するために不可欠です。テスト中にこれらのパラメータを正確に測定および評価すると、設計要件とアプリケーションのニーズを満たすのに役立ちます。
IEEE802.3df_D3p1 プロトコル仕様によれば、モジュールのシングルチャネル レートが 53.125 GBd/s に設定されている場合、送信側の光アイ ダイアグラムは次の基準を満たす必要があります。
送信機分散アイ クロージャ クォータナリ (TDECQ) は 3.4 dB 未満である必要があります。
消光比は 3.5 dB より大きくする必要があります。
平均光パワーは 2.9 ～ 3.4 dBm の範囲内に収まる必要があります。
実験中、エラー アナライザの標準構成として 0 ビットの短強度ランダム シーケンス コードを使用して、送信側で単一の光アイ ダイアグラムをテストしました。モジュールの温度は、さまざまな条件下でのパフォーマンスを評価するために、25°C、70°C、1°C に維持されました。さまざまな温度での各チャネルの光アイ ダイアグラムの詳細なデータは、表 2、3、XNUMX に示されています。
これらのパラメータに基づいて、光モジュールの送信機アイ ダイアグラム パラメータが契約上の温度要件に準拠していることを確認しました。測定結果は表 1、2、3 に示されています。さらに、この光モジュールのすべてのパラメータは現在、業界のプロトコル要件を十分な余裕を持って満たしており、優れた製品性能を示しています。
受信機テスト結果
IEEE802.3df_D3p1 規格によれば、モジュールが 53.125 GBd/s の単一チャネル速度を達成する場合、受信信号は感度要件を満たすために -4.3 dBm 未満である必要があります。当社では、特性評価が良好な光トランシーバーと良好な光アイ ダイアグラムを備えた外部光源を使用して、テスト モジュールの受信感度を評価しました。
可変光減衰器を調整して出力光信号パワーを制御することで、800 Gbit/s OSFP 2xDR4 光モジュールの XNUMX つのチャネルが XNUMX つの温度条件にわたる感度のプロトコル要件を満たし、パフォーマンス パラメータが業界標準と比較して十分なマージンを持っていることを確認しました。
Sまとめ
ChatGPT のような AI アプリケーションが成長を続けるにつれて、データ転送の需要が急速に高まっています。光モジュールは、データセンター内の高速光通信ネットワークにおいてますます重要な役割を果たしています。これらのモジュールは、効率的なデータ転送を実現するための重要なコンポーネントであり、そのパフォーマンスと信頼性はデータセンターの運用にとって非常に重要です。
まず、データセンターの規模が拡大し続け、データトラフィックが増加するにつれて、光モジュールの需要が着実に増加しています。伝送速度、距離、信頼性などの光モジュールのパフォーマンス指標は、データセンターの全体的なパフォーマンスに大きな影響を与えます。その結果、現代のデータセンターでは高速で大容量のデータ伝送のニーズが高まるにつれて、光モジュールのパフォーマンス要件も厳しくなっています。
第二に、AIアプリケーションの進化に伴い、光モジュールに対するエネルギー効率の要件も高まっています。AIの計算能力の向上はエネルギー消費の増加につながり、メーカーは省エネソリューションを模索しています。光モジュールは効率的で低エネルギーのデータ伝送方法であるため、データセンターのエネルギー消費を削減する上で大きな利点があります。そのため、AIアプリケーションの普及に伴い、データセンターにおける光モジュールの採用はさらに拡大すると予想されます。
要約すると、ChatGPT のような AI アプリケーションの成功により、光モジュールはデータセンター内の高速光通信ネットワークでより広範な開発の見通しが整いました。データ伝送の需要が高まり、テクノロジーが進歩するにつれて、光モジュールのアプリケーション範囲とパフォーマンス要件は進化し続けます。
800 Gbit/s 光トランシーバ モジュールは、データ センター、クラウド コンピューティング、ネットワーク通信用の高速光通信機器で重要な役割を果たします。800 Gbit/s 光トランシーバ モジュールの主な機能は次のとおりです。
高速データ伝送能力: 800 Gbit/s 光トランシーバー モジュールは、最大 800 Gbit/s のデータ伝送速度を提供できます。これは、既存の 400 Gbit/s および 100 Gbit/s モジュールに比べて大幅に向上しています。これにより、現代のデータ センターにおける高帯域幅と大規模データ伝送の需要の高まりに対応できます。
高度な変調技術: 800 Gbit/s 光モジュールは PAM4 (パルス振幅変調) 技術を採用しており、XNUMX つの信号サイクル内で XNUMX つの異なる電圧レベルを送信し、より高いデータ伝送速度と効率を実現します。
多様なアプリケーション シナリオ: 800 Gbit/s 光モジュールは、短距離 (SR)、中距離 (DR/FR/LR)、長距離 (ER/ZR) 伝送などのさまざまなアプリケーション シナリオに適しており、さまざまなネットワーク アーキテクチャとデータ センターの相互接続ニーズを満たします。
低電力設計: 800 Gbit/s 光モジュールの設計ではエネルギー効率が考慮され、低電力の光電子デバイスと回路設計を利用して全体的なエネルギー消費を削減し、効率を向上させます。
高集積性とコンパクトサイズ: このモジュールは、チップオンボード (COB) 技術などの高集積設計を採用しており、複数の光電子デバイスを小型モジュールに統合して、導入を容易にしています。
堅牢な前方誤り訂正 (FEC) 機能: 信頼性の高いデータ伝送を保証するために、800 Gbit/s 光モジュールには通常、KP4 FEC などの強力な FEC アルゴリズムが含まれており、受信機の感度を高め、ビット エラー レート (BER) を低減します。
互換性と標準化: 800 Gbit/s 光モジュールは、QSFP-DD や OSFP MSA などの業界標準に準拠しており、業界の健全性を促進しながら他のデバイスとの互換性と相互運用性を保証します。
さまざまな信号とテスト機能のサポート: モジュールは、PAM4 や NRZ などの複数の信号形式をサポートし、ネットワークのデバッグとメンテナンスのためのループバック、ブレイクアウト、PRBS、SNR テストなどの機能を備えています。
これらの特徴により、800 Gbit/s 光トランシーバー モジュールは、データ センターや高速ネットワークの将来の需要を満たす重要なテクノロジーとなります。
現在、光技術の世界的な影響はますます大きくなり、光デバイスの研究開発は急速な進歩と変革を遂げています。光モジュール開発の分野も急速な成長を遂げています。
光モジュール技術の急速な進歩により、データ伝送速度は 200 Gbit/s から 400 Gbit/s に飛躍し、現在は 800 Gbit/s に向かって進んでいます。この急速な発展により、データセンターはかつてないほどの効率と利便性を実現しています。800 Gbit/s 光通信ネットワーク上に構築されるコアコンポーネントとして、データセンター光通信システムにおける 800 Gbit/s 光モジュールの重要性は無視できません。その基本的な構造と動作原理の詳細な説明と実証テストにより、800 Gbit/s 光通信ネットワーク環境での効果的な動作に関する関連技術仕様を完全に満たしていることが実証されています。
当社が提案するOSFP 2xDR4型800Gbit/s光モジュールは、経済効果とエネルギー消費の面で明らかな利点を示します。光部品の製造プロセスと通信技術の継続的な開発により、このモジュールは将来、大規模データセンターの光通信ネットワークでさらに広い市場の可能性を持つと期待されています。
