대규모 AI 모델이 급속히 증가함에 따라 현대 데이터 센터에는 계속 증가하는 데이터 볼륨을 처리하기 위해 더 빠르고 더 높은 대역폭의 정보 전송 기술이 필요합니다. 광섬유 통신은 고유한 고용량 및 저손실 특성으로 인해 현대 데이터 센터에 이상적인 전송 방법이 되었습니다. 광트랜시버 모듈은 광섬유 통신 시스템의 핵심 부품으로 광 및 전기 신호를 변환하는 역할을 담당합니다. 그 성능은 전체 통신 시스템의 안정성과 효율성에 직접적인 영향을 미칩니다. 따라서 FiberMall은 800Gbit/s 광트랜시버 모듈의 기본 원리를 탐구하고 개발 및 테스트를 통해 실제 애플리케이션에서 성능을 검증하는 것을 목표로 합니다.
FiberMall은 먼저 송신기 장치, 수신기 장치, 관리 장치 및 디지털 처리 칩을 포함하여 800Gbit/s 광 트랜시버 모듈의 기본 구성 요소를 소개합니다. 그런 다음 고속 전송 조건에서도 안정적인 성능을 보장하기 위해 모듈에 사용된 첨단 기술과 설계 개념을 자세히 설명합니다. 그 후, 800G OSFP 2xDR4 광 트랜시버 모듈을 개발하고 테스트하여 핵심 성과 지표가 예상 요구 사항을 충족하는지 평가합니다. 엄격한 개발 및 테스트 프로세스를 통해 우리는 800Gbit/s 광 트랜시버 모듈이 예상되는 모든 성능 기준을 충족한다는 것을 확인했습니다. 뛰어난 성능으로 인해 현재 환경에 매우 적합합니다.
최근 몇 년 동안 ChatGPT는 놀라운 인기를 얻었습니다. 출시 이후 ChatGPT의 사용자 기반은 급증하여 월간 활성 사용자가 100억 명이 넘으며 역사상 가장 빠르게 성장하는 소비자 애플리케이션 중 하나가 되었습니다. ChatGPT의 인기는 사용자 수를 넘어 널리 적용되고 영향력이 커졌습니다. 지능형 고객 서비스, 가상 비서, 스마트 홈 등 다양한 도메인을 서비스하며 편리하고 효율적인 서비스를 제공합니다. 또한, ChatGPT는 다양한 분야에서 폭넓게 활용되고 있는 많은 기업과 개발자들로부터 주목을 받고 있습니다. 업계 합의는 ChatGPT를 Turing 테스트를 통과할 가능성이 가장 높은 AI 모델 중 하나로 인식하여 인공 지능 분야에서의 영향력을 더욱 강화합니다.
이러한 배경에서 800Gbit/s OSFP 2xDR4 광 트랜시버 모듈이 등장하여 업계를 위한 단일 채널 100Gbit/s 병렬 전송 솔루션을 제공합니다. OSFP 2xDR4 패키지는 동일한 볼륨 내에서 성능을 유지하면서 더 높은 통합을 달성하는 XNUMX채널 소형 폼 팩터 플러그형 광 모듈입니다. 이 모듈은 물리적 크기를 늘리지 않고도 더 높은 전송 속도를 제공합니다.
800G OSFP 2xDR4 광 트랜시버 모듈은 단일 채널 100Gbit/s 병렬 전송과 100채널 전송을 모두 제공합니다. 동일한 폼 팩터의 광 모듈의 XNUMX채널 XNUMXGbit/s 전송과 비교할 때 전송 속도가 두 배로 향상되었습니다. 이 혁신적인 기술을 통해 광 모듈은 동일한 볼륨 내에서 더 높은 데이터 전송 효율성을 제공하여 네트워크 대역폭 비용을 줄일 수 있습니다.
800G OSFP 2xDR4 패키지 광 트랜시버 모듈의 도입은 클라우드 컴퓨팅 및 빅 데이터의 신속한 개발을 위한 강력한 지원을 제공합니다. 더 작은 폼 팩터, 더 높은 전송 속도, 더 낮은 전력 소비 및 향상된 신뢰성을 갖춘 이 모듈은 현대 네트워크 통신의 요구 사항을 충족합니다. 이 애플리케이션은 네트워크 대역폭 활용도 향상, 전체 비용 절감, 광섬유 통신 시스템의 업데이트 및 기술 혁신 촉진에 기여할 것입니다.
광학 모듈 설계
모듈 기능 프레임워크
800Gbit/s OSFP 2xDR4 광 트랜시버 모듈의 핵심 구성 요소에는 DSP(디지털 신호 처리) 칩, ROSA(수신 광 서브 어셈블리), TOSA(송신 광 서브 어셈블리) 및 MCU(마이크로 프로그래밍된 제어 장치)가 포함됩니다. 이러한 구성 요소는 함께 작동하여 모듈 내에서 고속 데이터 전송을 달성합니다.
고속 디지털 신호 처리 칩
광 모듈 내부에서는 고성능 DSP가 중요한 역할을 합니다. 스위치의 출력 신호에서 디지털 클럭 정보를 추출하고 복원하여 노이즈를 제거합니다. 또한 DSP는 수신된 광 신호에 대해 분산 보상 및 비선형 간섭 제거를 수행하여 정확하고 왜곡되지 않은 데이터를 보장합니다. 이 구성 요소는 또한 광학 모듈의 전기 인터페이스와 광학 인터페이스 간의 통신 프로세스에 참여하여 데이터 변환 및 작동을 촉진합니다. 수신기 측에서 DSP는 적응형 선형 이퀄라이제이션 기능을 갖추고 있어 신호 주파수 변화에 따른 진폭 차이를 보상하고 데이터 전송 효율성과 품질을 더욱 향상시킵니다.
디지털 신호 처리(DSP) 기술은 광학 모듈에서 중요한 역할을 합니다. 데이터 전송의 접점 역할을 하는 '골든핑거'뿐만 아니라 드라이버, 트랜스임피던스 증폭기(TIA) 등 핵심 부품과도 긴밀하게 연결돼 있다. 함께, 그들은 광학 모듈의 효율적인 작동을 보장합니다.
신호 변환 및 처리:
DSP 기술은 주로 광학 모듈 내에서 신호 변환 및 처리를 처리합니다. 광 신호가 모듈을 통과할 때 DSP는 아날로그 신호를 디지털 형식으로 변환하고 신호 품질과 무결성을 유지하는 데 필요한 처리를 수행합니다. 정확하고 안정적인 데이터 전송을 위해서는 고품질 신호가 필수적입니다.
골든핑거 연결:
DSP와 Golden Finger 간의 연결은 데이터 전송에 매우 중요합니다. Golden Finger는 광학 모듈에서 다른 장치(예: 컴퓨터 또는 네트워크 장비)로 전기 신호를 전송하는 물리적 접점 역할을 합니다. DSP는 Golden Finger를 통해 전송되는 신호의 오류와 간섭을 최소화하여 데이터 전송 효율성과 안정성을 향상시킵니다.
운전자 협업:
DSP와 드라이버의 연결은 광 모듈로부터의 효과적인 신호 전송을 보장합니다. 운전자는 레이저를 제어하고 DSP 지침에 따라 레이저의 강도와 주파수를 조정하여 다양한 전송 요구 사항에 맞게 조정합니다. 이러한 긴밀한 협력을 통해 모듈의 전송 성능이 최적화되어 신호 품질과 전송 거리가 향상됩니다.
TIA 리셉션 링크:
DSP와 TIA(트랜스임피던스 증폭기) 간의 연결은 수신 측의 신호 처리에 매우 중요합니다. TIA는 광섬유에서 수신한 광신호를 증폭해 전기신호로 변환한다. DSP는 정확한 데이터 수신을 보장하기 위해 TIA의 출력을 추가로 처리하고 분석합니다.
또한 저주파 신호에 대한 라인 필터링의 영향으로 인해 전자 정보 전송이 중단될 수 있습니다. 전류 신호에 급격한 변화가 발생하면 라인의 저주파 필터링이 DSP에서 수신하는 전압 차이를 약화시켜 결정 임계값에 접근할 수 있습니다. 이로 인해 오류율이 높아지고 네트워크 서비스가 중단될 수도 있습니다. 이 문제를 해결하기 위해 DSP는 사전 강조 기술을 사용하여 스위치 측 신호 판단에서 충분한 결정 임계값을 보장하여 잘못된 판단을 방지합니다.
배출 단위
광 방출 장치에서 레이저 드라이버 칩은 전기 스위치 역할을 하여 레이저 칩의 정상 작동에 필요한 임계 전류를 제공합니다. 안정적인 레이저 칩 성능을 보장하려면 드라이버 전류가 임계 전류를 초과해야 합니다.
반도체 특성상 온도가 상승함에 따라 레이저 칩의 임계값 전류가 점차 증가합니다. 따라서 더 높은 온도에서 적절한 레이저 칩 작동을 유지하려면 레이저 드라이버 칩에 공급되는 드라이버 전류를 그에 따라 조정해야 합니다.
모니터링 장치의 아날로그-디지털 변환기를 사용하여 실시간 온도 모니터링.
레이저 드라이버 칩의 구동 전류를 높이기 위해 온도 보상 회로를 조정하여 안정적인 출력 광 전력을 보장합니다. 이러한 접근 방식은 다양한 온도에서도 레이저 칩 안정성을 보장하여 광 방출 장치의 전반적인 효율성과 안정성을 향상시킵니다.
리시버 유닛
광트랜시버 모듈의 인터페이스는 주로 감광 센서(핀), 드라이버 구성 요소 및 주변 회로로 구성됩니다. 감광 센서의 작동 메커니즘은 입력 노이즈를 최소화하면서 전류를 생성하는 것입니다. 전류 신호의 강도는 감지기의 응답 속도와 결합 기술에 따라 달라집니다.
감시 부
광트랜시버 모듈에 내장된 MCU(Microcontroller Unit)는 모듈의 작동 상태를 모니터링하고 관리하는 역할을 합니다. MCU는 I2C 버스 프로토콜을 활용하여 광전자 칩의 레지스터를 읽고 쓸 수 있으며 각 칩의 상태를 조정하고 모니터링할 수 있습니다. 또한 MCU에는 아날로그-디지털 변환기가 통합되어 모듈 내의 다양한 내부 칩에서 상태 정보를 수집하고 분석합니다.
모니터링 및 관리 장치는 광트랜시버 모듈의 안정적인 작동을 보장합니다. 주요 매개변수를 지속적으로 모니터링함으로써 모듈이 최적으로 작동하는지 확인하고 전체 통신 시스템의 안정성과 신뢰성을 유지합니다.
광모듈의 내부 구조는 아래 그림과 같습니다.
광모듈 테스트 결과 분석
테스트 환경
광트랜시버 모듈의 성능 테스트는 주로 송신기 및 수신기 장치에 중점을 둡니다. 송신기 끝에서 광 신호는 광섬유를 통해 아이 다이어그램 장비에 직접 연결됩니다. 수신기 측에서는 2.4개 채널에 걸쳐 광 신호를 생성하는 참조 광원(Gold Standard)을 사용합니다. 이러한 신호는 조정 가능한 광 감쇠기를 통과한 후 테스트하려는 모듈의 수신단으로 전달됩니다. 대상 모듈의 수신기에 도달하는 광 강도를 제어하기 위해 필요에 따라 감쇠기 설정을 조정합니다. 4E-XNUMX의 오류율이 감지되면 해당 광 강도가 감도 측정 기준으로 사용됩니다.
송신기 테스트 매개변수 및 결과
송신기 테스트에는 평균 광전력, 소광비, 선형성 및 TDECQ(송신기 분산 눈 폐쇄) 등 여러 측면이 포함됩니다.
평균 광 파워: 이 매개변수는 광 모듈에서 방출되는 평균 광 파워를 나타냅니다. 일반적으로 밀리와트(mW), 마이크로와트(μW) 또는 데시벨 밀리와트(dBm) 단위로 측정됩니다. 평균 광 출력은 신호 강도를 반영하며 광 모듈의 중요한 성능 지표입니다.
소광비(Extinction Ratio): 소광비는 "1"과 "0" 신호 전송 사이의 광 출력 비율을 나타냅니다. 이상적으로 소광비는 무한대여야 하며 두 신호 간의 상당한 전력 차이를 나타내며 수신기가 이를 쉽게 구별할 수 있어야 합니다. 소광비가 좋지 않으면 데이터 복조 오류가 발생할 수 있습니다.
TDECQ(Transmitter Dispersion Eye Closure): 이 매개변수는 전송 중 광 신호에 대한 분산 효과와 관련이 있습니다. 분산으로 인해 광 펄스가 수신기 끝에서 확산되어 신호 선명도와 가독성이 떨어집니다. TDECQ는 다양한 분산 조건에서 눈을 감는 능력과 성능을 설명합니다. 제대로 작동하는 TDECQ는 장거리 전송 중에도 신호 품질이 높게 유지되도록 보장합니다. 이러한 매개변수는 광학 모듈 성능과 품질을 평가하고 안정적이고 효율적인 데이터 전송을 보장하는 데 중요합니다. 테스트 중에 이러한 매개변수를 정확하게 측정하고 평가하면 설계 요구 사항과 응용 분야 요구 사항을 충족하는 데 도움이 됩니다.
IEEE802.3df_D3p1 프로토콜 사양에 따라 모듈의 단일 채널 속도가 53.125GBd/s로 설정된 경우 송신기 끝의 광학 아이 다이어그램은 다음 기준을 충족해야 합니다.
TDECQ(Transmitter Dispersion Eye Closure Quaternary)는 3.4dB 미만이어야 합니다.
소광비는 3.5dB보다 커야 합니다.
평균 광 출력은 2.9~3.4dBm 범위 내에 있어야 합니다.
실험 중에 우리는 오류 분석기의 표준 구성으로 0비트 단강도 랜덤 시퀀스 코드를 사용하여 송신기 끝에서 단일 광학 아이 다이어그램을 테스트했습니다. 다양한 조건에서 성능을 평가하기 위해 모듈의 온도를 25°C, 70°C, 1°C로 유지했습니다. 다양한 온도에서 각 채널의 광학 아이 다이어그램에 대한 자세한 데이터는 표 2, 3, XNUMX에 나와 있습니다.
이러한 매개변수를 기반으로 광 모듈의 송신기 아이 다이어그램 매개변수가 계약 온도 요구 사항을 준수하는지 확인했습니다. 측정된 결과는 표 1, 2, 3에 나와 있습니다. 또한 이 광 모듈의 모든 매개변수는 현재 업계 프로토콜 요구 사항을 상당한 수준으로 충족하므로 우수한 제품 성능을 나타냅니다.
수신기 테스트 결과
IEEE802.3df_D3p1 표준에 따르면 모듈이 53.125GBd/s의 단일 채널 속도를 달성하는 경우 수신된 신호는 감도 요구 사항을 충족하기 위해 -4.3dBm 미만이어야 합니다. 우리는 잘 특성화된 광 트랜시버와 우수한 광학 아이 다이어그램을 갖춘 외부 광원을 사용하여 테스트 모듈의 수신기 감도를 평가했습니다.
가변 광 감쇠기를 조정하여 출력 광 신호 전력을 제어함으로써 800Gbit/s OSFP 2xDR4 광 모듈의 XNUMX개 채널이 세 가지 온도 조건에서 감도에 대한 프로토콜 요구 사항을 충족하고 성능 매개변수가 업계 표준에 비해 충분한 여유가 있음을 확인했습니다.
Summary
ChatGPT와 같은 AI 애플리케이션이 지속적으로 성장함에 따라 데이터 전송 요구가 급격히 증가하고 있습니다. 광 모듈은 데이터 센터 내의 고속 광 통신 네트워크에서 점점 더 중요한 역할을 합니다. 이러한 모듈은 효율적인 데이터 전송을 달성하기 위한 핵심 구성 요소이며, 성능과 신뢰성은 데이터 센터 운영에 매우 중요합니다.
첫째, 데이터센터의 규모가 지속적으로 확장되고 데이터 트래픽이 증가함에 따라 광모듈에 대한 수요가 꾸준히 증가하고 있습니다. 전송 속도, 거리, 신뢰성과 같은 광학 모듈의 성능 지표는 데이터 센터의 전반적인 성능에 큰 영향을 미칩니다. 결과적으로, 현대 데이터 센터에서 고속, 대용량 데이터 전송에 대한 요구가 증가함에 따라 광학 모듈의 성능 요구 사항도 더욱 엄격해지고 있습니다.
둘째, AI 애플리케이션이 발전함에 따라 광 모듈에 대한 에너지 효율성 요구 사항도 증가하고 있습니다. AI의 증가하는 컴퓨팅 파워는 더 높은 에너지 소비로 이어지고, 제조업체는 에너지 절약 솔루션을 모색하게 되었습니다. 효율적이고 저에너지 데이터 전송 방법인 광 모듈은 데이터 센터 에너지 소비를 줄이는 데 상당한 이점을 제공합니다. 따라서 AI 애플리케이션이 더 널리 보급됨에 따라 데이터 센터에서 광 모듈 채택이 더욱 확대될 것으로 예상됩니다.
요약하면, ChatGPT와 같은 AI 애플리케이션의 성공으로 광 모듈은 데이터 센터 내 고속 광통신 네트워크에서 더 넓은 개발 전망을 제공할 수 있습니다. 데이터 전송 수요가 지속적으로 증가하고 기술이 발전함에 따라 광학 모듈의 적용 범위와 성능 요구 사항도 계속 발전할 것입니다.
800Gbit/s 광트랜시버 모듈은 데이터센터, 클라우드 컴퓨팅, 네트워크 통신을 위한 고속 광통신 장비에서 중요한 역할을 합니다. 800Gbit/s 광트랜시버 모듈의 주요 기능은 다음과 같습니다.
고속 데이터 전송 기능: 800Gbit/s 광 트랜시버 모듈은 기존 800Gbit/s 및 400Gbit/s 모듈에 비해 크게 향상된 최대 100Gbit/s의 데이터 전송 속도를 제공할 수 있습니다. 이는 현대 데이터 센터에서 증가하는 고대역폭 및 대규모 데이터 전송 요구를 충족합니다.
고급 변조 기술: 800Gbit/s 광 모듈은 하나의 신호 주기 내에서 4가지 서로 다른 전압 레벨을 전송하는 PAMXNUMX(펄스 진폭 변조) 기술을 사용하여 더 높은 데이터 전송 속도와 효율성을 달성합니다.
다목적 애플리케이션 시나리오: 800Gbit/s 광 모듈은 단거리(SR), 중거리(DR/FR/LR) 및 장거리(ER/ZR) 전송을 포함한 다양한 애플리케이션 시나리오에 적합합니다. 다양한 네트워크 아키텍처와 데이터 센터의 상호 연결 요구 사항.
저전력 설계: 800Gbit/s 광학 모듈 설계 시 에너지 효율성을 고려하여 저전력 광전자 장치 및 회로 설계를 활용하여 전체 에너지 소비를 줄이고 효율성을 높입니다.
높은 통합 및 컴팩트한 크기: 이 모듈은 칩 온 보드(COB) 기술과 같은 고집적 설계를 채택하여 여러 광전자 장치를 소형 모듈에 통합하여 배포가 용이합니다.
강력한 FEC(순방향 오류 수정) 기능: 안정적인 데이터 전송을 보장하기 위해 800Gbit/s 광 모듈에는 일반적으로 KP4 FEC와 같은 강력한 FEC 알고리즘이 포함되어 수신기 감도를 향상시키고 BER(비트 오류율)을 줄입니다.
호환성 및 표준화: 800Gbit/s 광 모듈은 QSFP-DD 및 OSFP MSA와 같은 업계 표준을 준수하여 업계 건전성을 높이는 동시에 다른 장치와의 호환성 및 상호 운용성을 보장합니다.
다양한 신호 및 테스트 기능 지원: 이 모듈은 PAM4 또는 NRZ와 같은 여러 신호 형식을 지원하며 루프백, 브레이크아웃, PRBS 및 네트워크 디버깅 및 유지 관리를 위한 SNR 테스트와 같은 기능을 포함합니다.
이러한 기능 덕분에 800Gbit/s 광 트랜시버 모듈은 데이터 센터 및 고속 네트워크의 미래 수요를 충족하는 데 중요한 기술이 되었습니다.
현재 광학 기술의 글로벌 영향력은 점점 커지고 있으며 광학 장치의 연구 개발은 급속한 발전과 변화를 겪고 있습니다. 광모듈 개발 분야도 급속한 성장세를 보이고 있다.
광 모듈 기술의 급속한 발전으로 데이터 전송 속도는 200Gbit/s에서 400Gbit/s로 도약했으며 현재는 800Gbit/s로 발전하고 있습니다. 이러한 급속한 발전은 데이터 센터에 전례 없는 효율성과 편의성을 제공합니다. 800Gbit/s 광통신 네트워크를 기반으로 구축된 핵심 부품인 800Gbit/s 광모듈은 데이터센터 광통신 시스템에서 그 중요성을 간과할 수 없습니다. 실증적 테스트와 함께 기본 구성 및 작동 원리에 대한 자세한 설명은 800Gbit/s 광통신 네트워크 환경에서 효과적인 작동을 위한 관련 기술 사양을 완벽하게 충족함을 입증합니다.
우리가 제안한 OSFP 2xDR4 유형 800Gbit/s 광 모듈은 경제적 이점과 에너지 소비 측면에서 분명한 이점을 나타냅니다. 광학 부품 제조 공정 및 통신 기술의 지속적인 발전으로 이 모듈은 향후 대규모 데이터 센터 광섬유 통신 네트워크에서 더욱 광범위한 시장 잠재력을 가질 것으로 예상됩니다.
