Оптические трансиверы преодолевают жару

Быстрое развитие ИИ и больших языковых моделей привело к резкому росту спроса на высокоскоростные оптические трансиверы в центрах обработки данных и кластерных компьютерах ИИ. Поскольку скорости оптических трансиверов масштабируются от 100 Гбит/с (для приложений начального уровня центров обработки данных) до 400 Гбит/с (широко используется в современных кластерах ИИ), 800 Gbps (предпочтительно для приложений с высоким уровнем требований) до более 1.6 Тбит/с (поддержка рабочих нагрузок ИИ следующего поколения), эффективное управление температурным режимом имеет решающее значение для обеспечения производительности, надежности и энергоэффективности.

По мере увеличения расстояния передачи потребность трансивера в температурной стабильности становится более критической. Оптические трансиверы, особенно дальнего действия, требуют точного контроля температуры для поддержания стабильности и производительности лазера.

Оптические трансиверы используют лазерные диоды для передачи данных. Эти лазеры чувствительны к изменениям температуры, что может привести к ухудшению сигнала и снижению надежности. Производители оптических трансиверов сталкиваются с рядом тепловых проблем из-за текущей деятельности ИИ и центров обработки данных:

• Требования к мощности приемопередатчика продолжают расти

• приемопередатчик размер ограничен

• приемопередатчик подходы к тепловому пределу

• Бюджет соотношения сигнал/шум продолжает ужесточаться по мере увеличения скорости с 400G до 3.2T

• Требуется охлаждение и температурная стабильность.

• Все компоненты должны экономить энергию

Точный термоконтроль имеет решающее значение для поддержания оптимальной производительности лазерного диода и всего оптического трансивера.

На производительность лазерного диода влияют различные факторы, включая температуру, ток и оптическую мощность. Изменения температуры могут повлиять на электрические и оптические характеристики лазерного диода и повлиять на его производительность и срок службы. За пределами максимального рабочего диапазона производительность ухудшается из-за повышенного теплового сопротивления и сниженного коэффициента усиления по току. В то же время высокие температуры могут привести к изменению длины волны лазерных диодов, что повлияет на производительность и надежность.

Изменения длины волны могут привести к серьезным перекрестным помехам или даже выходу лазерного диода из строя.

Например, лазерные диоды DFB обычно излучают свет с длиной волны приблизительно от 1260 до 1650 нм. Повышение температуры приводит к сдвигу пиковой длины волны приблизительно на 0.1 нм/°C. TEC обеспечивают надежную температурную стабильность за счет эффективного рассеивания тепла и поддержания стабильной тепловой среды. Это улучшает целостность сигнала и продлевает срок службы оптического трансивера.

Другая проблема с колебаниями температуры — перекрестные помехи. Это наблюдается в каналах связи на большие расстояния и в тех, которые требуют высокой пропускной способности. Гипермасштабные центры обработки данных — один из примеров, где оптические трансиверы используют мультиплексирование с разделением по длине волны для увеличения пропускной способности данных в оптических волокнах путем параллельного объединения нескольких потоков данных.

Достижения в области лазерных диодных технологий также требуют достижений в области решений по управлению температурой. По мере увеличения скорости передачи данных и расстояния между точками подключения лазерные диоды генерируют больше тепла, поэтому корпуса лазерных диодов требуют более высоких возможностей по откачке тепла для отвода тепла от чувствительной электроники и за пределы корпуса.

Для откачки тепла необходимы микро-TEC с более высокими коэффициентами заполнения и более тонкими профилями для повышения эффективности и поддержания точного контроля длины волны и стабильности температуры. Причина использования микро-TEC заключается в его нескольких преимуществах, таких как:

• Меньший размер

• Более эффективно реагировать на изменения температуры

• Повышение производительности и надежности лазерных диодов

• Экономичное производство

• Подходит для массового производства

• Уменьшить энергопотребление

Новые термоэлектрические материалы и высокоточные производственные процессы позволили разработать микро-TEC с меньшими форм-факторами. Это позволяет изготавливать лазерный диод в меньшем форм-факторе без ущерба для термостабильности. Они также могут более эффективно реагировать на изменения температуры, что важно для оптических систем связи. Более высокая эффективность может улучшить производительность и надежность лазерных диодов, тем самым обеспечивая более высокие скорости передачи данных. Кроме того, высокопроизводительное и недорогое производство микро-TEC помогает снизить общую стоимость систем лазерных диодов.

Микро-TEC, такие как новая серия OptoTEC MBX от Laird, разработаны специально для стабилизации температуры лазерных диодов (см. Рисунок 2). Сверхкомпактная серия MBX отвечает требованиям современных приложений лазерных диодов, имея меньший размер, меньшее энергопотребление, большую надежность и более дешевое массовое производство. Эти факторы могут улучшить производительность и повысить надежность лазерных диодов, тем самым обеспечивая инновации в телекоммуникационных приложениях следующего поколения.

Серия OptoTEC MBX

По мере развития оптических трансиверов поставщики TEC разрабатывают более мелкие, тонкие и облегающие модули, которые можно вписать в эти компактные конструкции, не жертвуя при этом производительностью (см. ниже).

Пример применения: TEC приемопередатчика 800g

Ключевые соображения по проектированию микро-TEC включают в себя:

• Достаточная охлаждающая способность

• Может работать с оптическим приемопередатчиком мощностью от 1 до 3 Вт

• Компактный размер

• Устанавливается в модули приемопередатчиков, обеспечивая эффективное охлаждение

Крупносерийное производство упрощает масштабируемые процессы изготовления и сборки, помогая снизить производственные затраты и повысить выход продукции, гарантируя, что TEC могут производиться надежно и экономично для крупномасштабного развертывания.

Поскольку искусственный интеллект продолжает стимулировать спрос на более быструю и эффективную передачу данных, ожидается, что рынок оптических трансиверов продолжит расти и внедрять инновации. Индивидуальные термоэлектрические решения для охлаждения будут играть важную роль в быстро развивающихся средах технологий ИИ и центров обработки данных, обеспечивая производительность и надежность этих критически важных компонентов.