AI 빅모델, HPC, 빅데이터, 클라우드 컴퓨팅 등 다양한 비즈니스가 급속히 발전하면서 컴퓨팅 인프라도 급속히 성장하고 있으며, 고속, 고효율 데이터 전송에 대한 수요도 증가하고 있습니다.
광트랜시버의 속도를 높이는 방법은 세 가지가 있습니다.
- NRZ → PAM4 → xQAM과 같은 고차 변조 기술
- 광소자의 속도를 높입니다(더 높은 통신 속도), 예: 25G → 50G → 100G → 200G
- 병렬 채널 수(더 많은 레인) 증가: 4쌍의 멀티모드 파이버를 사용하여 SR4와 같이 파이버 쌍 수를 늘려 100G(채널당 25G)를 전송합니다. 단일 모드 파이버 한 쌍을 사용하여 LR4와 같이 파장 분할 다중화를 사용하여 100G(파장당 25G)를 전송하거나 40G BiDi(단일 파이버 양방향, 파장당 40G)를 전송합니다.
파장 분할 다중화의 개념에 초점을 맞춰 보겠습니다.
파장 분할 다중화란 무엇입니까?
파장 분할 다중화(WDM)는 광섬유 통신에서 데이터 전송 용량과 속도를 높이기 위해 사용되는 기술입니다. 광 신호를 여러 파장으로 분할하여 각각 독립적인 신호를 전달함으로써 서로 간섭하지 않고 여러 신호를 전송할 수 있습니다.
일반적인 WDM 분류
두 가지 일반적인 WDM 전송 모드가 있는데, 듀얼 파이버 단방향과 단일 파이버 양방향입니다.
- 단일 파이버 양방향은 단일 광섬유에서 동시에 두 개의 다른 방향으로 전송하는 광 채널을 말합니다. 사용된 파장은 서로 분리되어 있으며, 각 파장은 한 방향으로 데이터를 전송하여 양쪽 간의 풀 듀플렉스 통신을 달성합니다.
- 듀얼 파이버 단방향은 모든 광 경로가 동시에 하나의 광섬유에서 동일한 방향으로 전송된다는 것을 의미합니다. 다른 파장은 다른 광 신호를 운반하며, 이는 송신단에서 결합되어 하나의 광섬유를 통해 전송됩니다. 수신단에서 이들은 다중화되어 여러 광 신호의 전송을 완료합니다. 반대 방향은 다른 광섬유를 통해 전송됩니다. 두 방향의 전송은 각각 두 개의 광섬유에 의해 완료됩니다.
멀티모드 파이버와 싱글모드 파이버 환경에는 서로 다른 파장 분할 다중화 기술이 존재합니다.
멀티모드 파이버의 경우 단거리 파장 분할 다중화(SWDM)가 자주 사용됩니다. 싱글모드의 경우 장거리 파장 분할 다중화가 첫 번째 선택입니다. 장거리 파장 분할 다중화 기술에는 주로 CWDM, DWDM 및 LAN-WDM이 포함됩니다. 싱글 파이버 양방향 파장 분할 다중화는 주로 BiDi 기술로 대표되며, 이는 멀티모드 및 싱글모드 환경 모두에서 사용할 수 있습니다. 또한 400G 및 800G의 경우 SR4.2, DR4.2 및 DR8.2와 같이 파장 분할 다중화를 사용하는 경우도 있으며, 나중에 별도로 설명하겠습니다.
SWDM
SWDM(Short Wavelength Division Multiplexing)은 단일 모드에서 CWDM과 유사합니다. SWDM은 기존 멀티모드 광섬유에서 사용되는 850nm를 850nm-950nm로 확장하여 멀티모드 광섬유의 전송 파장을 확장합니다. 비용 효율적인 단파 수직 공동 표면 방출 레이저(VCSEL) 광원과 최적화된 광대역 멀티모드 광섬유(WBMMF)를 사용하여 4개의 파장을 1개의 멀티모드 광섬유로 다중화하여 전송하고, 필요한 광섬유 코어 수를 원래 수의 1/4로 줄이는 동시에 광섬유의 유효 모달 대역폭(EMB)을 늘려 전송 거리를 확장합니다. SWDM에서 사용하는 작동 파장은 850nm에서 시작하여 30nm마다 파장 하나씩 증가합니다. 즉, 850nm, 880nm, 910nm 및 940nm입니다.
2017년 100월, 40G 단파장 분할 다중화 다중 소스 협정(SWDM MSA) 그룹은 100G 및 4G SWDM 표준을 처음 발표했습니다. MSA는 이더넷용 10Gbit/s 광 송신기에 대한 4x25Gbps 및 100x40Gbps SWDM 광 인터페이스를 정의합니다. 440G 전송 거리는 100m에 도달할 수 있고 150G 전송 거리는 XNUMXm에 도달할 수 있습니다.
BiDi
BiDi(Bidirectional)는 단일 광섬유 양방향을 의미하는데, 이는 두 방향의 광신호를 하나의 광섬유로 동시에 송수신할 수 있다는 것을 의미합니다.
아래 그림은 40G 및 100G 사례에서 BiDi 구현 모드를 보여줍니다. 데이터 센터 시나리오에서 BiDi를 사용하면 파이버 링크 리소스를 절약할 수 있으며 이는 특히 오래된 데이터 센터에서 두드러집니다. 따라서 멀티모드 40G 및 100G BiDi 모듈은 종종 대량으로 사용됩니다. 40G/100G BiDi SR 광 트랜시버의 전송 파장은 일반적으로 850nm 및 900nm이므로 더 정확한 모듈 설명 모드는 40G/100G BiDi SR1.2(나중의 400G SR4.2와 비교)입니다.
40G BiDi 및 100G BiDi
데이터 센터에서 사용하는 멀티모드 BiDi 외에도 장거리 전송을 위한 싱글모드 BiDi 모듈도 있습니다. 전송 거리가 40km 이내이면 파장 광 트랜시버는 일반적으로 1310nm/1550nm, 1310nm/1490nm입니다. 전송 거리가 40km를 넘으면 파장은 일반적으로 1550nm/1490nm입니다.
CWDM
CWDM(Coarse Wavelength Division Multiplexer)은 18개의 다른 파장 채널을 가지고 있습니다. 각 채널의 다른 파장은 20nm로 분리되어 있으며 1270nm에서 1610nm까지의 파장을 사용합니다. CWDM은 DWDM보다 적은 채널을 지원하므로 소형이고 비용 효율적이기 때문에 단거리 통신에 이상적인 솔루션입니다. CWDM 시스템의 가장 큰 장점은 비용이 저렴하다는 것입니다.
CWDM
100G CWDM4 QSFP28은 CWDM4 MSA 기구가 2014년에 발표한 표준으로, 광 신호 전송을 위해 1271nm, 1291nm, 1311nm, 1331nm의 2개 중심 파장을 사용합니다. 이 표준은 기존 100G SR4 QSFP28 및 100G LR4 QSFP28을 기반으로 호환 가능한 커버리지 거리(XNUMXkm)와 저비용 솔루션을 제공합니다.
DWDM
DWDM은 채널 간격이 1.6/0.8/0.4nm(200GHz/100GHz/50GHz)인 고밀도 파장 분할 다중화입니다. CWDM 채널과 비교할 때 각 채널은 20nm의 공간을 소모하고 동일한 광섬유에서 더 많은 파장을 다중화할 수 있어 전송 용량이 증가합니다. DWDM 시스템은 최대 160파장의 단일 광섬유 전송 용량을 제공하여 단일 광섬유의 전송 용량을 수십에서 수백 배까지 늘려 광섬유 자원을 크게 절약하고 회선 건설 비용을 절감할 수 있습니다. 주로 트렁크 네트워크에서 장거리 대용량 데이터 전송에 사용됩니다. EDFA(에르븀 도핑 광섬유 증폭기)의 도움으로 DWDM 시스템은 수천 킬로미터 범위 내에서 작동할 수 있습니다.
LAN-WDM
LAN-WDM은 이더넷 채널의 파장 분할 다중화를 기반으로 하며, 채널 간격은 200~800GHz로 DWDM(100GHz, 50GHz)과 CWDM(약 3THz) 사이입니다. LAN-WDM 파장 범위는 12nm~1269nm 대역의 1332개 파장을 사용하며 파장 간격은 4nm입니다(1269.23, 1273.54, 1277.89, 1282.26, 1286.66, 1291.1, 1295.56, 1300.05, 1304.58, 1309.14, 1313.73, 1318.35nm). LAN-WDM 작동 파장은 분산이 거의 없고 분산이 작으며 안정성이 좋은 것이 특징입니다. LAN-WDM은 최대 12개의 파장과 25G를 지원할 수 있어 용량을 늘리고 광섬유를 더욱 절약할 수 있습니다. 가장 일반적으로 사용되는 것은 LAN-WDM4로, 전송 거리는 약 10km이고 1295.56nm, 1300.05nm, 1304.58nm, 1309.14nm의 파장을 사용합니다.
LAN-WDM
SR4.2, DR4.2, DR8.2
400G와 800G의 경우 SR4.2, DR4.2, DR8.2와 같은 파장 분할 다중화도 사용됩니다. 400GBASE-SR4.2를 예로 들면, 광 트랜시버 속도는 400Gbps이고, SR은 연결이 150m 이내임을 의미하고, 4는 4쌍의 광섬유(8코어)를 의미하고, 2는 각 코어가 2개의 파장을 전송함을 의미합니다. BiDi와 PAM4(50Gbps) 기술을 사용하여 850nm와 910nm 400파장 다중화를 사용하여 8개의 광섬유를 병렬 전송하여 XNUMXGbps를 달성합니다.
멀티모드 애플리케이션 시나리오에서의 멀티모드 파이버
새로 건설된 데이터 센터와 지능형 컴퓨팅 센터는 OM4 광섬유를 더 자주 사용하는 경향이 있습니다. OM4의 유효 대역폭은 OM3의 두 배 이상이며 전송 거리가 더 깁니다. OM4와 비교하여 OM5는 주로 고대역폭 채널을 넓혀 850nm~950nm 대역에서 전송을 지원할 수 있습니다. 파장 분할 다중화를 사용할 때 OM4보다 더 높은 유효 대역폭과 더 긴 전송 거리를 제공합니다. 40G/100G/400G 비 WDM 시나리오에서는 OM4와 OM5 사이에 성능 차이가 없습니다. WDM(예: BiDi, SWDM 및 SR4.2)을 사용할 때 OM5는 OM4보다 더 긴 전송 거리를 제공할 수 있습니다. 따라서 데이터 센터와 지능형 컴퓨팅 센터에서 케이블을 연결할 때 실제 조건에 따라 멀티모드 광섬유 유형을 선택하는 것이 필요합니다.