Módulo óptico - Optical module
Um módulo óptico é um transceptor óptico normalmente hot-plug usado em aplicações de comunicação de dados de alta largura de banda. Módulos ópticos normalmente têm uma interface elétrica na lateral que se conecta ao interior do sistema e uma interface óptica na lateral que se conecta ao mundo externo por meio de um cabo de fibra óptica. O fator de forma e a interface elétrica são frequentemente especificados por um grupo interessado usando um acordo de múltiplas fontes (MSA). Os módulos óticos podem ser conectados a um soquete do painel frontal ou a um soquete integrado. Às vezes, o módulo óptico é substituído por um módulo de interface elétrica que implementa uma conexão elétrica ativa ou passiva com o mundo externo. Uma grande indústria apóia a fabricação e o uso de módulos ópticos.
Tipos de interface elétrica
Existem múltiplas variantes da interface elétrica de módulos ópticos que têm sido usados ao longo dos anos.
Analógico direto
As primeiras formas de módulos ópticos tinham uma interface elétrica analógica NRZ . Na direção de transmissão, o módulo óptico acionaria diretamente o laser ou LED com o sinal analógico vindo da placa de sistema frontal. Na direção de recepção, o módulo acionaria diretamente a interface elétrica de recepção com a saída do circuito receptor óptico para elétrico analógico.
Digital (retimed)
À medida que as velocidades aumentaram, a interface elétrica foi alterada para uma interface digital retimulada. A Common Electrical Interface (CEI), definida pelo Optical Internetworking Forum (OIF), serviu como o documento de definição central para essas interfaces. O grupo de trabalho Ethernet IEEE 802.3 também influenciou na definição da interface do módulo.
Digital (sem retardo)
Para economizar energia dentro do módulo, foram feitos módulos ópticos que usam a definição de interface digital, como o CEI, mas sem retimpar os sinais dentro do módulo. Esses módulos forneceram uma conexão analógica entre as duas extremidades.
Óptica Coerente Analógica (ACO)
O Optical Internetworking Forum em 2016 publicou o CFP2-ACO ou CFP2 - Analog Coherent Optics Module Interoperability Agreement (IA). Este IA suporta uma configuração em que o processador de sinal digital (DSP) está na placa principal e os componentes ópticos analógicos estão no módulo. Este IA é útil no caso em que o DSP excede o envelope de energia do módulo. A interface ACO pode ser usada em aplicações de óptica coerente quando o link fornece uma quantidade flexível de largura de banda para o sistema, por exemplo, quando combinado com FlexE . O ACO IA inicial é para o módulo CFP2. A modulação óptica típica que é usada inclui Dual Polarization Quadrature Phase Shift Keying (DP-QPSK) e QAM-16.
Digital Coherent Optics (DCO)
Esses módulos colocam o DSP no módulo e usam uma interface digital retimeada convencional. Esses módulos podem usar as mesmas técnicas de modulação óptica que as interfaces ACO fazem.
Modulação óptica e tipos de multiplexação
Muitas formas diferentes de modulação óptica e multiplexação têm sido empregadas em módulos ópticos.
Modulação direta NRZ e PAM-4
A técnica de modulação mais comum historicamente tem sido o chaveamento on-off ou NRZ. A modulação de amplitude de pulso (PAM-4) também tem sido amplamente utilizada.
Modulação coerente
Nos últimos anos, a modulação óptica coerente tem sido usada. As técnicas incluem Dual Polarization Quadrature Phase Shift Keying (DP-QPSK) e QAM-16 .
Frequência óptica sintonizável
Lasers ajustáveis às vezes são usados para permitir que um módulo suporte várias formas de comutação ótica baseada em rede, conforme necessário em certos casos por uma rede de malha ótica ou um multiplexador ótico reconfigurável add-drop (ROADM). Nestes, o laser de transmissão pode ser sintonizado para uma frequência / comprimento de onda óptico diferente. Da mesma forma, o receptor é capaz de receber diferentes frequências ópticas.
Multiplexação lambda
Diferentes comprimentos de onda ópticos, também chamados de lambdas, da luz são multiplexados em alguns módulos ópticos usando multiplexação por divisão de comprimento de onda (WDM). As variantes incluem Coarse WDM (CWDM), Dense WDM (DWDM).
Componentes do módulo
Módulos ópticos possuem uma série de componentes internos, alguns dos quais têm recebido atenção de organizações de desenvolvimento de padrões.
Caixa de engrenagens no módulo
Em muitos casos, a taxa de transmissão da interface óptica não é igual à taxa de transmissão da interface elétrica. Nestes casos, uma caixa de engrenagens é usada dentro do módulo para converter entre as duas taxas. Por exemplo, se o módulo suporta entradas elétricas de 4 x 25 Gb / s e 2 comprimentos de onda de interface óptica de 50 Gb / s, então uma caixa de engrenagens deve converter entre 25 e 50 GBaud.
Correção de erro de encaminhamento no módulo
Particularmente no mercado de módulos de longo alcance, a Correção de Erro Direto (FEC) no módulo foi incluída. Isso tem sido feito em formas proprietárias e baseadas em padrões.
Acordos de implementação de transceptor óptico no módulo
A OIF criou acordos de interoperabilidade para criar interoperabilidade de vários fornecedores para uma série de componentes no módulo, particularmente focados na transmissão coerente. Estes incluíram
- Moduladores de quadratura multiplexados com polarização integrada de alta largura de banda
- Transmissores modulados em quadratura multiplexados de polarização integrada
- Receptores Coerentes Micro-Intradyne de Polarização Dupla Integrada
Acordos de implementação de laser ajustável no módulo
A OIF criou acordos de interoperabilidade para criar interoperabilidade de vários fornecedores para os lasers ajustáveis que às vezes são usados em módulos ópticos. Estes incluíram
- Acordo de fonte múltipla do conjunto integrável de laser ajustável
- Acordo de implementação do conjunto de laser microintegrável e ajustável
Equivalente de cabo elétrico
Às vezes, o módulo óptico é substituído por um módulo de interface elétrica que implementa uma conexão elétrica ativa ou passiva com o mundo externo. É usado quando o link é curto, principalmente ao conectar a um switch na parte superior do rack.
MSAs do módulo óptico do painel frontal
Muitos acordos de múltiplas fontes (MSAs) surgiram e desapareceram ao longo dos anos na indústria de módulos ópticos.
Módulos do painel frontal da família SFP e QSFP
O transceptor plugável de fator de forma pequeno (SFP) MSA especificou muitos fatores de forma de módulo óptico ao longo dos anos.
- Transceptor plugável de fator de forma pequeno (SFP)
- QSFP - Quad SFP
- QSFP28 - interface 4 x 28 Gb / s
- QSFP-DD - QSFP de densidade dupla
- MicroQSFP
- Transceptor OSFP - padrão de transceptor 400GbE ligeiramente maior
Módulos do painel frontal da família CFP
O plugável de fator de forma C ( CFP ) é um MSA entre os fabricantes concorrentes para um fator de forma comum para a transmissão de sinais digitais de alta velocidade. A letra "C" no nome representa a letra latina C usada para expressar o número 100 ( centum ), uma vez que o padrão foi desenvolvido principalmente para sistemas 100 Gigabit Ethernet .
A especificação CFP original foi proposta em um momento em que sinais de 10 Gbit / s eram muito mais atingíveis do que sinais de 25 Gbit / s. Assim, para atingir uma taxa de linha de 100 Gbit / s, a solução mais acessível foi baseada em 10 pistas de 10 Gbit / s. No entanto, como esperado, as melhorias na tecnologia permitiram maior desempenho e maior densidade. Daí o desenvolvimento das especificações CFP2 e CFP4. Embora eletricamente semelhantes, eles especificam um fator de forma de 1/2 e 1/4 respectivamente no tamanho da especificação original. Observe que os módulos CFP, CFP2 e CFP4 não são intercambiáveis (mas são interoperáveis na interface óptica com os conectores apropriados).
Módulos do painel frontal XENPAK, XPAK e X2
O XENPAK MSA foi anunciado publicamente em 12 de março de 2001 e a primeira revisão do documento foi divulgada publicamente em 7 de maio de 2001 e foi um acordo multisource (MSA), instigado pela Agilent Technologies e Agere Systems , que define uma fibra óptica ou módulo transceptor com fio em conformidade com o padrão 10 Gigabit Ethernet (10GbE) do grupo de trabalho 802.3 do Instituto de Engenheiros Elétricos e Eletrônicos (IEEE) . O XENPAK foi substituído por dispositivos mais compactos que oferecem a mesma funcionalidade. A revisão mais recente do MSA, Edição 3.0, foi publicada em 18 de setembro de 2002. O resultado cobriu todos os tipos dependentes de mídia física (PMD) definidos pelo IEEE naquela época para 802.3ae 10GbE. Logo depois que o padrão foi introduzido em 2001, dois padrões relacionados surgiram: o XPAK e o X2 . Esses dois padrões tinham a mesma interface elétrica do XENPAK (conhecida como XAUI ), mas propriedades mecânicas diferentes.
Família XFP de módulos do painel frontal
O XFP (10 Gigabit Small Form Factor Pluggable) é um padrão para transceptores para redes de computadores de alta velocidade e links de telecomunicações que usam fibra óptica . Foi definido por um grupo da indústria em 2002, junto com sua interface para outros componentes elétricos, que é chamada de XFI . O XFP é um fator de forma ligeiramente maior do que o popular transceptor plugável de fator de forma pequeno , SFP e SFP +.
Contrato Multisource da OIF para Módulo de Transmissão 100G Long-Haul DWDM
O Optical Internetworking Forum definiu um módulo para óptica de longa distância. A maioria dos outros MSAs ópticos está focada no mercado de data center.
Outros módulos do painel frontal
- CPAK - Módulo específico da Cisco
Módulo óptico integrado MSAs
Uma tendência recente tem sido colocar módulos conectáveis na parte superior da placa de circuito impresso, em vez de no painel frontal. Dois MSAs estão trabalhando em acordos de implementação para este mercado.
Módulos de bordo da família COBO
A Coalition for On-Board Optics (COBO) foi criada em 2014 para fornecer um lar para a padronização de interfaces ópticas que estavam localizadas no meio das placas, em vez de no painel frontal.
Módulos de bordo da família CFP
Usuários de Módulos Ópticos
Vários padrões usaram módulos ópticos. Alguns desses padrões mais proeminentes são discutidos abaixo.
Infiniband
InfiniBand (abreviado IB) é um padrão de comunicação de rede de computadores usado em computação de alto desempenho que apresenta um rendimento muito alto e latência muito baixa. Ele é usado para interconexão de dados entre e dentro de computadores. O InfiniBand também é utilizado como uma interconexão direta ou comutada entre servidores e sistemas de armazenamento, bem como uma interconexão entre sistemas de armazenamento. O Infiniband usa módulos ópticos extensivamente.
Fibre Channel
Fibre Channel (FC) é uma tecnologia de rede de alta velocidade (normalmente executada a taxas de 1, 2, 4, 8, 16, 32 e 128 gigabit por segundo) usada principalmente para conectar o armazenamento de dados do computador aos servidores. O Fibre Channel é usado principalmente em redes de área de armazenamento (SAN) em data centers comerciais. As redes Fibre Channel formam uma malha comutada porque operam em uníssono como um grande switch. O Fibre Channel normalmente é executado em cabos de fibra óptica dentro e entre os data centers. O Fibre Channel usa módulos ópticos extensivamente.
Ethernet
Ethernet é uma família de tecnologias de rede de computadores comumente usadas em redes de área local (LAN), redes de área metropolitana (MAN) e redes de área ampla (WAN). Ethernet usa módulos ópticos extensivamente em suas interfaces de taxa mais alta. Interfaces representativas que são comumente implementadas em módulos ópticos incluem 100GBASE-SR4, 100GBASE-LR4 e 100GBASE-ER4.
Feiras de negócios focadas em módulos ópticos
A principal feira da indústria de grandes módulos ópticos é a Optical Fiber Conference (OFC), que acontece anualmente no sul da Califórnia. Outros programas importantes para a indústria incluem ECOC na Europa e FOE no Japão.