A fotônica de silício passou de uma tecnologia{0}}prometida há muito tempo para uma opção convencional dentro de módulos conectáveis de 400G e 800G. A questão interessante não é mais se funciona. É importante saber quais partes de um módulo ficam realmente mais baratas, por qual mecanismo e sob quais condições a economia desaparece.
Este artigo responde primeiro a essa pergunta e depois aborda o que a mudança significa para a planta de fibra passiva que você precisa comprar junto com a óptica.
- A fotônica do silício reduz oópticoparte do custo do módulo, substituindo peças discretas montadas individualmente por um único circuito integrado fotônico (PIC) definido litograficamente.
- Isso acontecenãoremova o laser, o DSP, o driver, o TIA ou a embalagem óptica. Em 800G, esses itens - e não a fotônica - geralmente dominam a lista de materiais.
- A economia é dimensionada com volume e contagem de pistas. Ele é maior em interfaces de modo único-paralelas de curto-alcance, como DR4 e DR8, e menor em produtos multiplexados de baixo-volume, longo-alcance ou comprimento de onda-.
- 800G é mais baratopor bit transmitidodo que 400G, principalmente porque o DSP, o pacote, o conector e o canal de cabeamento são compartilhados pelo dobro de pistas - e não porque o preço da óptica em si cai pela metade.
- Um módulo mais barato só produz uma rede mais barata se a planta de fibra não precisar ser reconstruída para aceitá-lo.
O que realmente é a fotônica de silício
A fotônica de silício usa circuitos integrados fotônicos construídos em wafers isolantes de silício-em-para executar funções ópticas: guia de onda, divisão, modulação, multiplexação de comprimento de onda e detecção. Como as estruturas são definidas por litografia em linhas de 200 mm ou 300 mm compatíveis com CMOS, centenas de circuitos ópticos idênticos são produzidos em uma passagem, em vez de serem montados peça por peça.
Dois limites são importantes para qualquer discussão de custos:
- O silício não dura.A luz ainda vem de uma fonte III-V - fosfeto de índio ou um-laser de ponto quântico - que é acoplado externamente, flip-chip anexado ou ligado heterogeneamente. O material mais caro do módulo permanece fora do processo de silício.
- Um PIC não é um módulo.Um transceptor finalizado ainda contém um DSP ou retimer, drivers moduladores, amplificadores de transimpedância, gerenciamento térmico, uma estrutura de acoplamento-de fibra e um pacote hermético ou semi{1}}hermético.
A fotônica de silício é, portanto, melhor compreendida como uma plataforma óptica integrada que elimina uma classe de etapas de montagem, e não como um substituto para todo o transceptor.
Para onde vai o dinheiro em um módulo 400G ou 800G
| Bloco de custo | O que cobre | Efeito da fotônica de silício |
|---|---|---|
| Circuito fotônico | Guias de onda, moduladores, multiplexadores, fotodetectores de germânio | Grande redução. Replicação em escala-de wafer, contagem de peças cai drasticamente |
| Fonte de laser | Matriz de laser III-V, isolador, controle de comprimento de onda | Pouco ou nenhum. Ainda um componente III-V com seu próprio rendimento e restrições de oferta |
| DSP ou retemporizador | Processamento de sinal PAM4, FEC, equalização | Nenhum diretamente. Muitas vezes, o maior item de linha em 800G |
| CIs elétricos | Drivers, TIAs, controle | Indireto. O co-projeto com o PIC pode reduzir parasitas e contagem de peças |
| Embalagem e acoplamento de fibra | Alinhamento, fixação, conjunto de fibras, hermeticidade, caminho térmico | Misturado. Menos alinhamentos em geral, mas o acoplamento em guias de onda de silício submícron é exigente |
| Teste e qualificação | Teste de wafer, teste de módulo, burn{0}}in, interoperabilidade | Redução significativa. O teste óptico pode passar para o nível de wafer, então as matrizes ruins são descartadas antes da embalagem |
Cinco mecanismos que reduzem o custo por bit
- Redução-no número de peças.Funções que antes exigiam componentes alinhados separadamente tornam-se um layout litográfico. Cada alinhamento ativo eliminado elimina mão de obra, tempo de equipamento e uma oportunidade de perda de rendimento.
- Amortização em escala-de wafer.O desenvolvimento de máscara e processo é um custo fixo distribuído por toda a execução do wafer, de modo que o custo unitário cai com o volume cumulativo de uma forma que a montagem discreta não acontece.
- Teste anterior.A triagem-boa-da matriz no wafer evita que embalagens caras e acessórios a laser sejam gastos em peças que falharão.
- Dimensionamento de pista.Passar de quatro para oito pistas adiciona guias de onda e moduladores na mesma matriz. Não duplica o número de conjuntos ópticos manuseados separadamente.
- Estreitamento da cadeia de abastecimento.O conteúdo-semicondutor composto é concentrado no laser em vez de ser espalhado por moduladores, detectores e multiplexadores.
Por que 800G custa menos por bit que 400G
A melhoria por{0}}bit em uma porta 800G vem principalmente do compartilhamento, e o compartilhamento se estende além do módulo:
- Um DSP, um pacote, um compartimento, um dissipador de calor e uma interface de gerenciamento agora atendem a 800 Gb/s em vez de 400 Gb/s.
- Uma porta de switch, um slot-no painel frontal e um orçamento de energia atendem o dobro do tráfego. A infraestrutura de switch e energia por bit geralmente representa a maior economia.
- Um canal de cabeamento transporta o dobro da capacidade. Um link 800G-DR8 em um tronco de 16-fibras move duas vezes o tráfego de um link 400G-DR4 em 8 fibras, usando um evento de terminação, um registro de teste e uma posição de patch.
O breakout muda a aritmética novamente: uma única porta DR8 de 800G-dividida em dois links DR4 de 400G-substitui duas portas de 400G no switch, que geralmente é a maneira mais barata de atender endpoints de 400G a partir de uma coluna moderna. É aqui que a economia do módulo, a base do switch e o projeto do cabeamento deixam de ser orçamentos separados - um ponto que desenvolvemos mais adiante em nosso guia paramódulos fotônicos de silício e cabeamento de fibra 400G.
Duas advertências sobre os números publicados. Primeiro, os preços de rua dos transceptores mudam rapidamente e variam de acordo com o volume, região e status de qualificação, portanto, qualquer valor citado em um artigo fica obsoleto antes de ser lido. Em segundo lugar, o “custo por bit” só é comparável quando a classe de alcance, a contagem de faixas e o fator de forma são mantidos constantes. Compare cotações para números de peças específicos em seu próprio volume, e não nas médias dos títulos.
Quando a fotônica de silício não é a escolha mais barata
A integração é um argumento de contagem de volume-e-de faixa-. Onde essas condições estão ausentes, as abordagens mais antigas geralmente vencem:
- Links muito curtos dentro de um rack.Cabos de cobre passivos ou ativos e AOCs permanecem mais baratos e com menor consumo de energia-por alguns metros. Nossa comparação decobre e fibra em data centers de IAcobre onde o crossover fica.
- Longo alcance e alto-desempenho por pista.Os moduladores EML e de niobato de lítio de{0}filme fino ainda apresentam vantagens em largura de banda e potência de saída para algumas aplicações LR, ER e coerentes, onde a eficiência de modulação do silício e a perda de inserção são restrições mais difíceis.
- Produtos de baixo-volume ou nicho.Abaixo de um determinado volume de remessa, os custos fixos de máscara e qualificação nunca são amortizados e uma construção discreta é mais barata.
- Implantações com restrição térmica.Alguns moduladores de silício necessitam de controle térmico ativo. Onde a energia e o resfriamento são as restrições vinculativas, um preço mais baixo do módulo pode ser uma otimização errada.
- Quando a planta de fibra tem que mudar.Se a mudança para uma interface paralela de modo único-significar novos troncos, novos painéis e uma janela de manutenção, o recabamento poderá exceder a economia do módulo no primeiro ano.
Custo total de propriedade, não preço do módulo
Quatro itens fora do pedido de compra costumam movimentar mais dinheiro que o desconto do módulo:
- Potência por bit.A potência do módulo é um custo operacional recorrente multiplicado pelo resfriamento. Os roteiros da indústria agora tratam a óptica conectável linear (LPO) e a óptica de recepção linear (LRO) - que reduzem ou removem o retimer DSP - como o próximo passo significativo na redução de potência do módulo; oRoteiro Ethernet da Aliança Ethernetfaixas onde estas se encaixam em 800G e 1.6T. Os envelopes de potência-de fator de forma são definidos noEspecificações OSFP MSA.
- Densidade portuária.A comutação-radix mais alta reduz o número de switches, elementos ópticos e cabos necessários para a mesma malha. Estes compostos; o preço do módulo não.
- Retrabalho e tempo de inatividade.Um erro de polaridade ou um terminal contaminado descoberto durante a ativação-custa horas de engenharia exatamente no momento em que são mais caras.
- Interrupção de atualização.A fibra instalada uma vez e reutilizada em três gerações de módulos é dramaticamente mais barata do que a fibra instalada três vezes.
O que isso significa para a planta de fibra
Um módulo mais barato não cria um link funcional. O transceptor deve ser compatível com o tipo de fibra, interface do conector, polaridade e orçamento de perdas.
O modo-único se torna o padrão
A maioria das interfaces fotônicas de silício de curto-alcance 400G e 800G são de modo-único paralelo. Fibra G.652.D, cabeada como OS2 e especificada emRecomendação-T G.652 da ITU, suporta interfaces DR, FR e LR nas distâncias encontradas em um data hall ou campus e não vincula a instalação a uma geração multimodo. Para obter informações básicas sobre a fibra em si, consulte nossa visão geral decaracterísticas de fibra-monomodo.
O conector deve corresponder à interface, não à taxa de linha
| Interface | Pistas | Conector de módulo típico | Fibras em uso |
|---|---|---|---|
| 400G-DR4 | 4 × 100G | MPO-12 | 8 |
| 400G-FR4/LR4 | 4 comprimentos de onda, 1 par de fibras | LCD Duplex | 2 |
| 800G-DR8 | 8 × 100G | MPO-16 | 16 |
| 800G-2×DR4 | 2 × 4 × 100G | Dois MPO-12 | 16 |
| 800G-2×FR4 | 2 × 4 comprimentos de onda | Dois LC duplex | 4 |
Dois módulos, ambos rotulados como 800G, podem, portanto, precisar de conjuntos de cabos completamente diferentes. As definições de interface vêm do trabalho IEEE 802.3:P802.3dfpara 400G e 800G a 100G por pista, eP802.3djpara 200G por pista e 1,6T. O formato é um eixo separado novamente - veja nossas notas noMódulo QSFP-DD DR4e assim por dianteOSFP de 800G, e noMPO de 16 fibras usado para 800G.
Um exemplo trabalhado
Considere um link-DR4 folha-a-de 400G, 120 m, passando por dois painéis de conexão:
- Canal: módulo → cabo do equipamento → painel → SO2 12-tronco MPO de fibra → painel → cabo do equipamento → módulo. São quatro pares de MPO acoplados.
- Atenuação da fibra: 120 m a aproximadamente 0,35 dB/km a 1310 nm dá cerca de 0,04 dB. Desprezível neste comprimento.
- Perda do conector: quatro pares acoplados a 0,35 dB típicos dão 1,4 dB; no pior caso de 0,5 dB-, 2,0 dB.
- Contra uma permissão de canal de classe-DR na região de 4 dB, o design tem margem -, mas um quinto ponto de correção na pior das hipóteses-de perda consumiria a maior parte dela.
A regra geral que o exemplo ilustra: em 400G e 800G, o número de pares acoplados é mais importante do que o comprimento. Verifique a permissão em relação à folha de dados do módulo específico e à cláusula IEEE, em vez de uma figura genérica, e especifique conjuntos-de baixa perda onde o canal tem três ou mais pares acoplados.
Polaridade e limpeza
A polaridade deve ser planejada em todo o canal - troncos, cassetes, chicotes, breakouts e cabos de equipamento juntos - porque um canal montado a partir de componentes individualmente corretos ainda pode estar errado de ponta a ponta. Documente o método de polaridade antes de fazer o pedido, não depois da chegada dos troncos.
A contaminação é o outro modo de falha que se adapta mal à contagem de pistas, porque uma ponteira MPO concentra 12 ou 16 fibras em uma face final e uma única partícula pode derrubar uma pista. Inspecione antes do acoplamento, limpe quando a inspeção falhar, reinspecione e trate a sequência como uma etapa de instalação em vez de uma etapa de solução de problemas. NossoGuia de inspeção e limpeza MPOabrange o procedimento prático e os critérios de aceitação da IEC 61300-3-35.
Perguntas frequentes
P: Um módulo fotônico de silício é sempre mais barato que um módulo baseado em EML-?
R: Não. Geralmente é mais barato em produtos de alto-volume, curto-alcance e alta-via{4}}contagem, como DR4 e DR8. Para aplicações de longo alcance, baixo volume ou que necessitam de alto desempenho óptico por pista, EML e outras arquiteturas ainda podem ser mais econômicas.
P: Qual é a parte mais cara de um módulo 800G?
R: Normalmente o DSP, seguido pelo laser e pela embalagem óptica. A fotônica do silício aborda o circuito fotônico e parte do custo de montagem, razão pela qual os preços dos módulos caem, mas não entram em colapso.
P: O Silicon Photonics reduz o consumo de energia?
R: Indiretamente. A integração encurta os caminhos elétricos e reduz os parasitas, mas o retimer DSP domina a potência do módulo em 800G. As maiores reduções de energia nos roteiros atuais vêm da óptica linear plugável e de recepção linear, que reduzem ou removem esse DSP.
P: Os módulos fotônicos de silício precisam de fibra especial?
R: Nenhum tipo de fibra especial, mas a maioria dos projetos-de curto alcance são de modo único-paralelo, portanto, eles precisam de OS2 em vez de multimodo, com a contagem de fibras e o conector corretos para a interface.
P: Posso reutilizar meus troncos 400G MPO-12 existentes para 800G?
R: Às vezes. Um módulo 800G-2×DR4 usando duas interfaces MPO-12 pode reutilizá-los. Um módulo 800G-DR8 usando um único MPO-16 não pode, porque o mapeamento da pista e a contagem de fibras são diferentes.
P: 800G é o dobro do preço de 400G?
R: Geralmente não. Como o DSP, o pacote, a porta do switch e o canal de cabeamento são compartilhados pelo dobro da capacidade, o custo por bit cai mesmo quando o preço unitário do módulo aumenta.
P: Como posso comparar as declarações de custos do fornecedor de maneira justa?
R: Corrija a classe de alcance, a contagem de faixas e o fator de forma e compare-por porta, incluindo módulo, porta do switch, alimentação e cabeamento. Comparar um 800G{3}}DR8 com um 400G-FR4 diz muito pouco.
Resultado final
A fotônica de silício está realmente mudando a estrutura de custos da óptica 400G e 800G, mas faz isso comprimindo uma parte da lista de materiais - o circuito fotônico e as etapas de montagem em torno dele -, deixando o laser, o DSP e a embalagem praticamente intactos. As economias combinadas aparecem no nível do sistema: menos portas, menos cabos, menor consumo de energia por bit e uma planta de fibra que sobrevive à próxima atualização.
Esse último item é aquele que os compradores controlam mais diretamente. O módulo é uma decisão de três{1}}anos; o porta-malas tem dez-anos.
Acertando o lado passivo
Vale a pena especificar o cabeamento personalizado quando o canal envolve ruptura, formatos de conectores mistos, orçamentos de perdas apertados ou uma migração em fases - casos em que um conjunto de catálogo não corresponderá ao mapa de pistas. Se isso descreve o seu projeto, envie o modelo do transceptor, a interface, a distância do link e os requisitos de breakout, e poderemos voltar da folha de dados para ummontagem de cabo de fibra óptica personalizadacom polaridade correspondente e registros de teste de{0}perda de inserção.