Bộ thu phát quang 1.6t phù hợp với liên kết dung lượng cao

 

 

Bộ thu phát quang 1.6T truyền dữ liệu ở tốc độ 1,6 terabit mỗi giây bằng tám kênh 200 Gbps hoạt động đồng thời. Các mô-đun này chuyển đổi tín hiệu điện thành xung quang truyền qua cáp quang, cho phép các trung tâm dữ liệu tăng gấp đôi dung lượng băng thông mà không cần đại tu cơ sở hạ tầng. Công nghệ này kết hợp khả năng điều chế PAM4 200G-mỗi-làn với sự tích hợp quang tử silicon để đạt được thông lượng này trong khi vẫn duy trì hiệu suất năng lượng dưới 25W trên mỗi mô-đun.

 

 

Kiến trúc đằng sau việc truyền tải 1.6 Terabit

 

Bộ thu phát quang 1.6T thể hiện sự thay đổi cơ bản trong cách các trung tâm dữ liệu xử lý băng thông. Thay vì tiêu chuẩn 100 Gbps trên mỗi làn được sử dụng trong các mô-đun 800G, các bộ thu phát này hoạt động ở tốc độ 200 Gbps trên mỗi làn trên tám kênh. Việc tăng gấp đôi tốc độ làn đường này có nghĩa là cần ít kết nối vật lý hơn để đạt được tổng băng thông như nhau.

Công nghệ quang tử silicon là cốt lõi của hầu hết các triển khai 1.6T. Bằng cách tích hợp các thành phần quang học như bộ điều biến, tia laser và bộ tách sóng quang vào chip silicon, các nhà sản xuất đạt được thiết kế nhỏ gọn giúp tản ít nhiệt hơn. Chip DSP 3nm của Broadcom hiện cung cấp năng lượng cho các mô-đun này xử lý tín hiệu PAM4 hiệu quả hơn so với các thế hệ 5nm trước đây, giảm mức tiêu thụ điện năng khoảng 20% ​​so với các thiết kế trước đó.

Lớp vật lý hoạt động thông qua các sợi quang chế độ đơn song song, thường sử dụng các đầu nối MPO-12 hoặc MPO-16 kép. Mỗi sợi mang 200 Gbps dữ liệu và bộ thu phát quản lý đồng thời tám kênh truyền và tám kênh nhận. Cơ chế sửa lỗi chuyển tiếp được tích hợp trong DSP bù đắp cho sự suy giảm tín hiệu trên khoảng cách lên tới 500 mét ở cấu hình DR8 hoặc 2 km ở các biến thể phạm vi tiếp cận mở rộng.

Các yếu tố hình thức quan trọng đáng kể ở những tốc độ này. Tiêu chuẩn OSFP-XD tăng các làn điện từ 8 lên 16 so với OSFP tiêu chuẩn, cho phép công suất 1,6T trong các mô-đun duy trì khả năng tương thích ngược với cơ sở hạ tầng chuyển mạch hiện có. Thiết kế bề mặt kín của các bộ thu phát này giúp tăng cường khả năng quản lý nhiệt, một yếu tố quan trọng khi 25-30W nhiệt phải tiêu tán khỏi một thiết bị nhỏ hơn một bộ bài.

 

Cơ sở hạ tầng AI thúc đẩy việc áp dụng 1.6T

 

Các nhà khai thác trung tâm dữ liệu đang chuyển đổi sang quang học 1.6T khi thị trường-bộ thu phát dữ liệu tốc độ cao mở rộng từ khoảng 9 tỷ USD vào năm 2024 lên hơn 17 tỷ USD vào năm 2026. Sự tăng trưởng này xuất phát trực tiếp từ nhu cầu về khối lượng công việc trí tuệ nhân tạo. Việc đào tạo các mô hình ngôn ngữ lớn yêu cầu di chuyển các bộ tham số lớn giữa các cụm GPU và bộ thu phát quang 1,6T cung cấp băng thông mà các hoạt động này yêu cầu.

Kiến trúc GB200 NVL72 của NVIDIA minh họa cho sự thay đổi này. Mỗi hệ thống quy mô-giá đỡ sử dụng tỷ lệ 1:2 giữa GPU và bộ thu phát quang 1,6T trong mạng InfiniBand hai lớp-hoặc 1:3 trong cấu hình ba{10}}lớp. Giao tiếp NVLink nội bộ trong các hệ thống này dựa trên cáp đồng gắn trực tiếp OSFP 1,6T, tiêu thụ dưới 0,1W mỗi kết nối trong khi cung cấp tốc độ terabit đầy đủ trên các khoảng cách giá đỡ.

Cáp đồng chủ động đang có lực kéo cho các ứng dụng 1.6T, mang lại khả năng tiếp cận cáp nâng cao lên tới 3 mét so với cáp đồng gắn trực tiếp thụ động bị giới hạn dưới 1 mét. ACC tiêu thụ khoảng 2W mỗi đầu cáp, thấp hơn đáng kể so với mức 15W mỗi đầu cần thiết cho cáp điện đang hoạt động có DSP hoặc 30W mỗi mô-đun quang. Hiệu quả sử dụng năng lượng này trở nên quan trọng khi một cụm đào tạo AI có thể triển khai hàng nghìn kết nối.

Các yêu cầu về hiệu suất rất nghiêm ngặt. Khối lượng công việc đào tạo AI tạo ra lưu lượng truy cập liên tục về phía đông{1}}tây giữa các nút điện toán, với độ nhạy về độ trễ được đo bằng micro giây. Bộ thu phát quang 1.6T giải quyết vấn đề này thông qua các mạch tích hợp quang tử giúp giảm độ trễ xử lý tín hiệu. Không giống như các thiết kế nặng-DSP cũ đưa ra nhiều giai đoạn chuyển đổi tương tự-sang-kỹ thuật số, bộ thu phát quang tử silicon hiện đại xử lý tín hiệu với ít bước chuyển đổi hơn.

 

Quản lý năng lượng trong Mạng quy mô Terabit-

 

Mức tiêu thụ năng lượng trên mỗi bit được truyền đã trở thành thước đo xác định cho bộ thu phát tốc độ cao. DSP quang học 3nm Marvell Ara được sử dụng trong các bộ thu phát 1.6T dựa trên quang tử silicon- nhằm mục đích giảm hơn 20% mức tiêu tán năng lượng so với thiết kế nút 5nm. Hiệu quả đạt được này chuyển trực tiếp sang tiết kiệm chi phí vận hành khi được triển khai trên quy mô lớn.

Mục tiêu công suất cho mô-đun 1.6T nằm trong khoảng 20-25W đối với cáp quang máy khách và 25-30W đối với các biến thể kết nối trung tâm dữ liệu. Để đạt được các mục tiêu này đòi hỏi sự phối hợp giữa nhiều thành phần hệ thống. Bản thân chip DSP đại diện cho nguồn tiêu thụ điện năng lớn nhất, tiếp theo là trình điều khiển laser và hệ thống quản lý nhiệt. Các thiết kế tiên tiến sử dụng điều khiển công suất thông minh giúp điều chỉnh độ lệch laser và điện áp bộ điều biến một cách linh hoạt dựa trên các điều kiện liên kết.

Quản lý nhiệt đặt ra những thách thức đặc biệt ở tốc độ 1,6T. Mật độ tản nhiệt vượt quá mức mà chỉ làm mát thụ động có thể xử lý trong nhiều hoạt động triển khai. Hệ số dạng OSFP cung cấp bao bì phù hợp với diện tích bề mặt đủ cho tản nhiệt, nhưng một số cách triển khai yêu cầu tích hợp làm mát bằng chất lỏng. Thiết kế có vây kín ở các biến thể công suất-cao tạo ra các kênh không khí hoạt động với hệ thống làm mát trung tâm dữ liệu để duy trì nhiệt độ thành phần quang học trong phạm vi thông số kỹ thuật.

Thế hệ mới nhất của các sản phẩm 800G và 1.6T giúp giảm hơn 20% mức tiêu thụ điện năng trên mỗi bit, tạo ra lý lẽ kinh tế thuyết phục cho việc nâng cấp. Khi các trung tâm dữ liệu hoạt động ở quy mô exabyte, ngay cả những cải thiện hiệu suất cận biên cũng giúp tiết kiệm chi phí đáng kể. Công suất giảm trên mỗi bit cũng cho phép mật độ cổng cao hơn mà không vượt quá ngân sách nguồn điện.

 

 

Thông số kỹ thuật cho phép hiệu suất 1,6T

 

Điều chế PAM4 củng cố tốc độ truyền 1,6T. Sơ đồ điều chế biên độ xung bốn mức-này mã hóa hai bit cho mỗi ký hiệu, tăng gấp đôi tốc độ dữ liệu một cách hiệu quả so với tín hiệu NRZ nhị phân. Với tốc độ 200 Gbps trên mỗi làn, tốc độ ký hiệu đạt tới 100 GBaud, hoạt động ở mức gần mức mà công nghệ tuần tự hóa/giải tuần tự hóa hiện tại có thể đạt được một cách đáng tin cậy.

Các bước sóng quang học được sử dụng khác nhau tùy theo ứng dụng. Các mô-đun DR8 và 2xFR4 tận dụng tia laser EML 200G PAM4 hoạt động xung quanh băng tần O, sử dụng các bước sóng CWDM 1271nm, 1291nm, 1311nm và 1331nm, cùng với các bước sóng LWDM ở 1295,5nm, 1300,0nm, 1304,5nm và 1309,1nm. Việc phân bổ bước sóng này cho phép nhiều kênh truyền qua cùng một sợi quang mà không bị nhiễu, tối đa hóa việc sử dụng băng thông.

Khả năng khoảng cách phụ thuộc vào sự lựa chọn thực hiện. Các biến thể DR8 đạt được phạm vi 500 mét qua sợi quang-chế độ đơn, phù hợp với kết nối nội bộ-trung tâm dữ liệu giữa các hàng hoặc cụm liền kề. Các cấu hình phạm vi tiếp cận mở rộng như DR8+ đẩy tới 1-2 km bằng cách sử dụng độ nhạy của máy thu nâng cao và khả năng sửa lỗi chuyển tiếp mạnh mẽ hơn. Tùy chọn 2xFR4 cung cấp phạm vi tiếp cận vừa phải với mức tiêu thụ điện năng thấp hơn bằng cách tổng hợp các bước sóng hiệu quả hơn.

Tính toàn vẹn của tín hiệu ngày càng trở nên phức tạp ở mức 200G mỗi làn. Phân tích kênh phải tính đến tổn thất hiệu ứng bề mặt, sự hấp thụ điện môi, sự gián đoạn của đầu nối và nhiễu xuyên âm giữa các làn liền kề. Vật liệu PCB đã phát triển để giải quyết những thách thức này, với các tấm mỏng có mức suy hao thấp-mới hơn, duy trì chất lượng tín hiệu trên các dấu vết bo mạch dài hơn. Một số thiết kế loại bỏ hoàn toàn PCB truyền thống bằng cách sử dụng-cáp bay qua hoặc đường dẫn chip trực tiếp-đến-đầu nối.

Giao diện điện sử dụng tín hiệu 16x100 Gbps trong triển khai OSFP-XD hoặc 8x200 Gbps trong thiết kế OSFP tiêu chuẩn. ASIC chuyển đổi phải cung cấp các khả năng SerDe phù hợp, thúc đẩy quá trình chuyển đổi ngành sang silicon có khả năng 200G-. Sự phối hợp giữa thông số kỹ thuật điện của bộ thu phát và khả năng của chip chuyển mạch quyết định hiệu suất tổng thể của hệ thống.

 

Cấu hình triển khai và tính linh hoạt

 

Bộ thu phát quang 1.6T hiện đại hỗ trợ nhiều chế độ hoạt động để phù hợp với các kiến ​​trúc mạng đa dạng. Một mô-đun duy nhất có thể hoạt động như:

Kết nối đơn 1.6T: Toàn bộ băng thông giữa hai điểm cuối sử dụng 8 cặp sợi quang

Kết nối kép 800G: Hai liên kết 800 Gbps độc lập thông qua cấu hình đột phá

Bốn kết nối 400G: Tính linh hoạt tối đa cho việc nâng cấp mạng dần dần

Tám kết nối 200G: Phân bổ cổng chi tiết cho môi trường-tốc độ hỗn hợp

Tính linh hoạt này tỏ ra có giá trị trong quá trình chuyển đổi công nghệ. Trung tâm dữ liệu có thể triển khai cơ sở hạ tầng 1.6T trong khi vẫn duy trì khả năng tương thích ngược với thiết bị 400G và 800G hiện có. Khi các phân đoạn mạng nâng cấp, các bộ thu phát vật lý tương tự sẽ được cấu hình lại mà không cần thay thế phần cứng.

Bộ thu phát quang OSFP 1.6T hỗ trợ các kết nối Ethernet hoặc InfiniBand 800G kép hoặc một kết nối 1.6T duy nhất qua các liên kết sợi quang chế độ đơn song song. Hỗ trợ giao thức vượt ra ngoài Ethernet truyền thống để bao gồm InfiniBand XDR, tiêu chuẩn kết nối hiệu suất cao-được sử dụng trong các cụm siêu máy tính và đào tạo AI. Khả năng-giao thức kép này cho phép các tổ chức chuẩn hóa cơ sở hạ tầng quang học chung trên các miền mạng khác nhau.

Tích hợp chuyển mạch xác định các mô hình triển khai thực tế. Bộ chuyển mạch 51,2T sử dụng bộ thu phát 1,6T cung cấp 32 cổng-tốc độ đầy đủ trong một bộ giá đỡ duy nhất, tăng gấp đôi mật độ bảng điều khiển-mặt trước so với việc triển khai 800G. Sự cải thiện về mật độ này làm giảm độ phức tạp của hệ thống cáp và các yêu cầu về không gian vật lý, cả hai yếu tố quan trọng trong các trung tâm dữ liệu siêu quy mô nơi mọi vị trí giá đỡ đều mang lại chi phí cơ hội.

Vị trí lắp đặt bộ thu phát ảnh hưởng đến hiệu suất nhiệt và khả năng tiếp cận bảo trì. Các công tắc trên-của-giá đỡ được hưởng lợi từ việc sắp xếp luồng khí theo chiều dọc, trong khi cấu trúc hàng-giữa-của giá yêu cầu các chiến lược làm mát khác nhau. Khả năng-trao đổi nóng của mô-đun đảm bảo các hoạt động của mạng tiếp tục trong quá trình thay thế bộ thu phát, mặc dù chi phí ngày càng tăng của các mô-đun 1,6T khiến việc bảo trì phòng ngừa trở nên quan trọng hơn so với các-quang tốc độ thấp hơn.

 

Động lực sản xuất và chuỗi cung ứng

 

Nguồn Photonics đã bắt đầu sản xuất các lô hàng bộ thu phát dựa trên lambda PAM4-100G đơn vào năm 2021, với hơn 10 triệu chip EML tốc độ cao đã được xuất xưởng và các EML 100 GBaud mới phát hành của họ cho phép truyền tín hiệu lambda PAM4 đơn 200 Gbps cho các bộ thu phát 1,6T. Quá trình sản xuất này thể hiện sự đáp ứng của ngành công nghiệp linh kiện quang học đối với nhu cầu thị trường.

Việc chuyển đổi từ 100G sang 200G mỗi làn đòi hỏi những đổi mới đáng kể về sản xuất. Các tia laser được điều chế bên ngoài hoạt động ở mức 100 GBaud yêu cầu dung sai chặt chẽ hơn trong chế tạo và thiết bị thử nghiệm phức tạp hơn. Thử nghiệm tham số cấp độ wafer hiện bao gồm các phép đo quang học về độ suy giảm và độ phản hồi ở tần số vượt quá 110 GHz, những khả năng hầu như không tồn tại hai năm trước.

Việc sản xuất quang tử silicon tận dụng cơ sở hạ tầng đúc bán dẫn hiện có, tạo ra tính kinh tế theo quy mô khi khối lượng tăng lên. Tuy nhiên, việc tích hợp vật liệu III{1}}V để phát xạ ánh sáng với quá trình xử lý silicon vẫn là một thách thức kỹ thuật. Một số nhà sản xuất sử dụng các phương pháp kết hợp, liên kết các khuôn laser được chế tạo riêng biệt với các chip quang tử silicon, trong khi những nhà sản xuất khác theo đuổi sự tích hợp nguyên khối bất chấp sự phức tạp của nó.

Những cân nhắc về chuỗi cung ứng không chỉ dừng lại ở bản thân các thành phần quang học. Chip DSP 3nm của Broadcom và Marvell sử dụng các quy trình bán dẫn-hàng đầu với công suất xưởng sản xuất hạn chế. Tính khả dụng của DSP thường hạn chế khối lượng sản xuất bộ thu phát, tạo ra tình trạng tắc nghẽn khi nhu cầu tăng cao. Các nhà sản xuất cạnh tranh để giành được phân bổ tại các cơ sở của TSMC và Samsung, với thời gian giao hàng kéo dài đến sáu tháng hoặc hơn đối với các đơn hàng lớn.

Yêu cầu kiểm tra mở rộng theo tốc độ dữ liệu. Đặc trưng của bộ thu phát 1.6T yêu cầu đo TDECQ (bộ tứ nhắm mắt phát và phân tán) trên tám làn đồng thời, sử dụng máy hiện sóng lấy mẫu có băng thông vượt quá 100 GHz. Phần mềm tối ưu hóa kiểm tra cho phép một máy hiện sóng lấy mẫu duy nhất kiểm tra đồng thời nhiều làn PAM4 224 Gb/s thông qua việc sắp xếp thứ tự làn đường được tối ưu hóa và tích hợp với các công tắc quang. Phương pháp thử nghiệm song song này cải thiện thông lượng trong môi trường sản xuất có số lượng lớn-.

 

Chi phí và sự phát triển thị trường

 

Trường hợp kinh tế đối với bộ thu phát 1.6T sẽ cân bằng chi phí mô-đun cao hơn với số lượng cổng và cơ sở hạ tầng cáp giảm. Mặc dù một bộ thu phát 1.6T riêng lẻ có giá cao hơn hai mô-đun 800G, nhưng tổng chi phí hệ thống bao gồm bộ chuyển mạch, cáp và không gian giá đỡ thường thiên về tùy chọn-tốc độ cao hơn trên quy mô lớn.

Thị trường thu phát quang học dự kiến ​​sẽ đạt 36,73 tỷ USD vào năm 2031, với việc phát triển và thương mại hóa các công nghệ 800G và 1.6T đại diện cho một bước ngoặt quan trọng đối với khối lượng công việc-do AI điều khiển và môi trường đám mây siêu quy mô. Quỹ đạo tăng trưởng này cho thấy sự đầu tư bền vững vào-nghiên cứu quang học tốc độ cao và mở rộng năng lực sản xuất.

Xu hướng giá cả tuân theo các mô hình có thể dự đoán được dựa trên đường cong học tập của ngành bán dẫn. Các mô-đun 1.6T ban đầu có mức giá cao hơn 3.000 USD mỗi đơn vị khi triển khai vào đầu năm 2025. Khi khối lượng sản xuất tăng và năng suất sản xuất cải thiện, các nhà phân tích trong ngành dự đoán giá sẽ giảm xuống khoảng 1.500{10}}2.000 USD vào cuối năm 2026, đạt mức chi phí-mỗi bit ngang bằng với công nghệ 800G trưởng thành vào năm 2027.

Việc áp dụng thị trường tuân theo một mô hình phân cấp. Các nhà cung cấp đám mây siêu quy mô và các nhà khai thác cơ sở hạ tầng AI lớn sẽ triển khai trước, áp dụng mức giá cao hơn để đổi lấy quyền truy cập sớm vào dung lượng băng thông. Các trung tâm dữ liệu cấp 2 và quá trình triển khai dành cho doanh nghiệp diễn ra sau 12-18 tháng khi giá cả vừa phải và silicon chuyển đổi trở nên phổ biến rộng rãi. Các nhà khai thác mạng viễn thông đại diện cho làn sóng áp dụng thứ ba, sử dụng 1.6T cho các kết nối tàu điện ngầm và khu vực nơi kinh tế cáp quang ưu tiên ít kênh hơn, nhanh hơn.

Sự cạnh tranh giữa các nhà cung cấp thiết bị thu phát đồng thời thúc đẩy sự đổi mới và áp lực về giá. Các nhà sản xuất linh kiện quang học truyền thống phải đối mặt với thách thức từ những người chơi tích hợp theo chiều dọc, những người phát triển quang tử silicon tùy chỉnh cùng với chip DSP. Sự tích hợp theo chiều dọc này tạo ra lợi thế về chi phí nhưng đòi hỏi đầu tư vốn đáng kể để hỗ trợ các công ty lớn hơn.

 

Tiêu chuẩn và khả năng tương tác

 

Nhóm làm việc IEEE 802.3dj xác định các thông số kỹ thuật Ethernet cho hoạt động 1.6T, xây dựng trên các tiêu chuẩn 400G và 800G trước đó. Quá trình triển khai hoạt động-không có lỗi theo KP4 cộng với ngưỡng FECi mã bên trong là 4,85x10^-3 ở 113,4 GBaud, hỗ trợ truyền dẫn cáp quang đơn mode lên tới 10km và vượt quá thông số kỹ thuật của IEEE Std 802.3ck-2022. Mã sửa lỗi chuyển tiếp cung cấp khả năng phục hồi tín hiệu cần thiết để duy trì tỷ lệ lỗi bit dưới 10^-12 sau khi giải mã.

Diễn đàn kết nối mạng quang học (OIF) phát triển các thông số kỹ thuật bổ sung cho các giao diện điện. OIF-CEI-224G xác định các thông số điện 224 Gbps kết nối ASIC với mô-đun quang, bao gồm các thông số như dung sai jitter, yêu cầu cân bằng và chỉ số về tính toàn vẹn tín hiệu. Việc tuân thủ các thông số kỹ thuật này đảm bảo khả năng tương tác của nhiều{6}}nhà cung cấp, mặc dù việc tối ưu hóa độc quyền đôi khi tạo ra hiệu ứng khóa nhà cung cấp.

Thỏa thuận nhiều nguồn (MSA) chi phối các kích thước vật lý, sơ đồ chân, vỏ nhiệt và giao diện quản lý. OSFP MSA xác định cách triển khai 800G tiêu chuẩn, trong khi đặc tả OSFP-XD mở rộng tới dung lượng 1,6T. CMIS (Đặc tả giao diện quản lý chung) phiên bản 5.0 cung cấp giao diện phần mềm để cấu hình, giám sát và chẩn đoán mô-đun bất kể nhà cung cấp.

Việc kiểm tra khả năng tương tác đòi hỏi nỗ lực phối hợp trên toàn hệ sinh thái. Các nhà cung cấp thiết bị chuyển mạch, nhà sản xuất bộ thu phát và nhà cung cấp cáp tiến hành xác nhận chung để xác định các vấn đề tương thích trước khi triển khai. Các cuộc thử nghiệm này cho thấy những khác biệt nhỏ về thời gian, độ nhạy-trình tự bật nguồn và các biến thể về khả năng chịu nhiệt không xuất hiện trong thử nghiệm thành phần riêng lẻ.

 

 

Đường dẫn di chuyển từ cơ sở hạ tầng hiện tại

 

Các tổ chức hiện đang triển khai 800G phải đối mặt với các quyết định chiến lược về thời gian di chuyển 1.6T của họ. Việc tăng băng thông ngày càng không chứng minh được việc thay thế bán buôn ngay lập tức nhưng việc bổ sung dung lượng mới ngày càng ưu tiên tùy chọn-tốc độ cao hơn. Các phương pháp kết hợp triển khai 1,6T ở các kết nối cột sống phía đông{6}}tây trong khi vẫn duy trì 800G cho các giá đỡ, cân bằng chi phí với công suất trong tương lai.

Kiến trúc mạng ảnh hưởng đến chiến lược di chuyển. Thiết kế ba{1}}truyền thống (cốt lõi, tổng hợp, truy cập) phù hợp với các nâng cấp theo giai đoạn bắt đầu từ cốt lõi nơi lưu lượng truy cập tập trung. Vải gáy-và-lá được sử dụng trong các trung tâm dữ liệu hiện đại được hưởng lợi từ các liên kết tốc độ-đồng nhất, tạo ra áp lực nâng cấp toàn bộ vải đồng thời thay vì tăng dần.

Giao diện điện 200G-mỗi{2}}làn tạo ra ranh giới nâng cấp tự nhiên. Công tắc được thiết kế cho SerDes 100G không thể hỗ trợ bộ thu phát 1.6T nếu không thay thế silicon. Phần phụ thuộc phần cứng này liên kết các bản nâng cấp bộ thu phát với chu kỳ làm mới chuyển đổi, thường theo lịch trình 3{10}5 năm. Các tổ chức lập kế hoạch cơ sở hạ tầng phải cân nhắc xem nên đầu tư vào các thiết bị chuyển mạch có khả năng 100G{12}}với đường dẫn nâng cấp hạn chế hay trả mức giá cao cho silicon có sẵn 200G nhưng sẽ không đạt mức sử dụng tối đa ngay lập tức.

Những cân nhắc về nhà máy cáp ảnh hưởng đến mốc thời gian di chuyển. Mặc dù bộ thu phát 1.6T sử dụng sợi quang chế độ đơn-tiêu chuẩn tương thích với các cài đặt hiện có nhưng tốc độ dữ liệu cao hơn đặt ra các yêu cầu khắt khe hơn về chất lượng kết nối. Quy trình làm sạch trở nên quan trọng hơn, ngân sách tổn thất đầu nối bị thắt chặt và các thông số kỹ thuật về bán kính uốn cong của sợi cần được xem xét. Một số tổ chức phát hiện ra rằng hệ thống cáp được lắp đặt cách đây 5-10 năm, đủ cho tốc độ 100G, tạo ra hiệu suất cận biên ở tốc độ 1,6T.

Phần mềm và công cụ vận hành phải phát triển cùng với phần cứng. Hệ thống quản lý mạng cần cập nhật để xử lý số liệu thống kê giao diện 1.6T, ngưỡng giám sát yêu cầu hiệu chỉnh lại cho các mẫu tỷ lệ lỗi khác nhau và các mô hình lập kế hoạch công suất phải tính đến tỷ lệ đăng ký vượt mức mới. Những khía cạnh vận hành này, thường bị bỏ qua trong kế hoạch ban đầu, có thể trì hoãn việc triển khai cũng như việc mua sắm phần cứng.

 

Nhìn vào lộ trình kỹ thuật

 

Việc chuyển đổi sang 200G mỗi làn thể hiện sự ổn định trong công nghệ điều chế hiện tại. Tín hiệu PAM4 ở mức 100 GBaud đạt đến giới hạn thực tế đối với quang học phát hiện-trực tiếp{5}}được điều chế{5}}cường độ. Việc tăng tốc độ hơn nữa sẽ yêu cầu tốc độ truyền cao hơn (đối mặt với những hạn chế về băng thông cơ bản trong các thành phần điện và quang) hoặc chuyển sang các sơ đồ phát hiện mạch lạc.

Các cuộc thảo luận trong ngành ngày càng tập trung vào công nghệ 400G mỗi làn như là cột mốc quan trọng tiếp theo. SerDes 448G PAM4 đầu tiên dự kiến ​​sẽ ra mắt vào năm 2027, với khối lượng sản xuất-tăng lên vào năm 2028, nghĩa là các bộ thu phát có tốc độ 400G mỗi làn rất có thể sẽ ra mắt vào cuối thập kỷ này. Dòng thời gian này cho thấy bộ thu phát quang 1.6T sẽ đóng vai trò là công nghệ kết nối trung tâm dữ liệu tốc độ cao{10}chính cho đến ít nhất là năm 2028.

Một đường đi thay thế sẽ thêm nhiều làn đường hơn thay vì tăng tốc độ trên mỗi{0} làn đường. Việc mở rộng từ tám lên mười sáu làn đường 200G sẽ đạt được công suất 3,2T bằng công nghệ đã được chứng minh. Cách tiếp cận này phải đối mặt với những thách thức cơ học về mật độ đầu nối và quản lý nhiệt nhưng tránh được rủi ro về tính toàn vẹn tín hiệu khi điều chế nhanh hơn. Một số nhà cung cấp đang theo đuổi đồng thời cả hai hướng, phòng ngừa những bất ổn kỹ thuật.

Quang học đồng đóng gói-thể hiện sự thay đổi cơ bản hơn trong kiến ​​trúc bộ thu phát. Bằng cách tích hợp trực tiếp các động cơ quang học với silicon chuyển mạch trong cùng một gói, CPO loại bỏ giao diện điện giữa ASIC và bộ thu phát. NVIDIA đã chia sẻ lộ trình của họ về bộ chuyển mạch CPO trong hội nghị GTC 2025 tháng 3, thông báo rằng bộ chuyển mạch CPO đầu tiên sẽ ra mắt sớm nhất là vào năm 2026. Nếu CPO đạt được thành công về mặt thương mại, quỹ đạo của bộ thu phát có thể cắm có thể thay đổi đáng kể.

Mệnh lệnh bền vững sẽ định hình sự phát triển trong tương lai nhiều hơn các thế hệ trước. Các trung tâm dữ liệu đã tiêu thụ 1-2% điện năng toàn cầu và khối lượng công việc AI đang đẩy nhanh xu hướng này. Các cơ quan quản lý và khách hàng ngày càng yêu cầu các thước đo hiệu quả năng lượng, tạo ra áp lực thị trường đối với những cải tiến giúp giảm công suất trên mỗi bit. Các thiết kế 1.6T trong tương lai có thể sẽ kết hợp quản lý năng lượng mạnh mẽ hơn, có khả năng sử dụng thuật toán AI để tối ưu hóa các thông số bộ thu phát trong thời gian thực dựa trên các điều kiện liên kết.

 

Những cân nhắc triển khai thực tế

 

Việc lắp đặt bộ thu phát quang 1.6T đòi hỏi phải chú ý đến việc quản lý nhiệt ngay từ giai đoạn lập kế hoạch. Mật độ công suất trong card switch line có 32 cổng ở mức 25W mỗi bộ thu phát đạt 800W, tập trung ở một bộ giá đỡ duy nhất. Hệ thống làm mát trung tâm dữ liệu phải cung cấp đủ luồng không khí và việc phân phối điện trên giá cần có công suất phù hợp. Một số hoạt động triển khai yêu cầu tích hợp làm mát bằng chất lỏng, làm tăng thêm độ phức tạp và chi phí.

Việc quản lý sợi trở nên quan trọng hơn ở tốc độ cao hơn. Một bộ thu phát 1.6T duy nhất sử dụng cấu hình DR8 yêu cầu 16 sợi quang (8 sợi phát, 8 sợi nhận) kết thúc ở đầu nối MPO-12 kép. Việc quản lý hàng trăm hoặc hàng nghìn kết nối này trong một trung tâm dữ liệu lớn đòi hỏi phải có tài liệu, hệ thống ghi nhãn và quy trình kiểm tra nghiêm ngặt. Sự nhiễm bẩn sợi có thể thỉnh thoảng gây ra lỗi ở tốc độ 100G có thể khiến các liên kết 1.6T hoàn toàn không thể hoạt động.

Các yếu tố môi trường ảnh hưởng nghiêm trọng đến hiệu suất 1.6T hơn so với quang học chậm hơn. Sự thay đổi nhiệt độ làm thay đổi bước sóng laser, có khả năng khiến các kênh trôi ra ngoài quang phổ được phân bổ của chúng. Độ ẩm có thể ảnh hưởng đến đặc tính suy giảm sợi. Rung động từ thiết bị lân cận có thể tác động vào các kết nối quang, tạo ra các lỗi gián đoạn. Khảo sát địa điểm nên đánh giá các yếu tố môi trường này trước khi triển khai.

Giám sát và chẩn đoán yêu cầu công cụ nâng cao. Giao diện CMIS cung cấp phép đo từ xa chi tiết bao gồm-công suất quang trên mỗi làn, cảm biến nhiệt độ và màn hình điện áp. Các nền tảng quản lý mạng hiện đại tận dụng dữ liệu này để phát hiện hoạt động cận biên trước khi xảy ra lỗi hoàn toàn. Các thuật toán học máy phân tích các mẫu đo từ xa để dự đoán lỗi thu phát trước nhiều ngày hoặc nhiều tuần, cho phép chủ động bảo trì.

Đào tạo nhân viên kỹ thuật là một-yêu cầu triển khai thường bị đánh giá thấp. Việc khắc phục sự cố liên kết 1.6T đòi hỏi sự hiểu biết về nguyên tắc toàn vẹn tín hiệu, ngân sách công suất quang và hoạt động DSP. Độ phức tạp ngày càng tăng so với các thế hệ máy thu phát trước đó đồng nghĩa với việc có ít kỹ thuật viên có thể chẩn đoán vấn đề một cách hiệu quả hơn. Các tổ chức nên lập kế hoạch đầu tư đào tạo bổ sung và chi phí hỗ trợ có thể cao hơn trong quá trình triển khai ban đầu.

 

Câu hỏi thường gặp

 

Bộ thu phát quang 1.6T có thể đạt được khoảng cách truyền bao nhiêu?

Các biến thể DR8 tiêu chuẩn hỗ trợ 500 mét qua sợi quang-chế độ đơn, phù hợp với hầu hết các ứng dụng trong-trung tâm dữ liệu. Các phiên bản phạm vi tiếp cận mở rộng đạt được phạm vi 1-2 km với khả năng sửa lỗi nâng cao, trong khi cấu hình 2xFR4 có thể đạt tới 2 km bằng cách sử dụng ghép kênh bước sóng. Khoảng cách cụ thể phụ thuộc vào biến thể mô-đun, chất lượng sợi và tỷ lệ lỗi bit có thể chấp nhận được.

Mức tiêu thụ điện năng so sánh như thế nào giữa việc triển khai 1.6T và 800G kép?

Một bộ thu phát 1.6T duy nhất thường tiêu thụ 20-25W, trong khi hai mô-đun 800G kết hợp sử dụng 36-40W. Tùy chọn 1.6T cũng loại bỏ một cổng chuyển đổi, tiết kiệm năng lượng bổ sung trong ASIC chuyển mạch. Tổng mức tiết kiệm năng lượng của hệ thống đạt 30-40% khi tính đến tất cả các thành phần, mặc dù chi phí mô-đun riêng lẻ vẫn cao hơn đối với 1,6T.

Cơ sở hạ tầng cáp quang hiện tại có thể hỗ trợ tốc độ 1,6T không?

Sợi quang đơn chế độ được cài đặt cho mạng 100G hoặc 400G thường hỗ trợ hoạt động 1,6T nếu được bảo trì đúng cách. Tuy nhiên, chất lượng kết nối trở nên quan trọng hơn-các đầu nối bẩn hoặc tổn thất đường nối cận biên gây ra sự cố tối thiểu ở tốc độ thấp hơn có thể ngăn cản việc thiết lập liên kết 1,6T. Việc kiểm tra và làm sạch kỹ lưỡng nhà máy sợi phải diễn ra trước khi triển khai 1.6T.

Những nền tảng chuyển mạch nào hiện hỗ trợ bộ thu phát 1.6T?

Các bộ chuyển mạch được xây dựng trên ASIC 51,2T hoặc 102,4T với khả năng 200G SerDes hỗ trợ bộ thu phát 1,6T. Các nhà cung cấp silicon chuyển mạch lớn bao gồm Broadcom, Nvidia và Marvell cung cấp các chipset phù hợp với hệ thống từ nhiều nhà sản xuất thiết bị có sẵn. Các thiết bị chuyển mạch cũ hơn sử dụng SerDes 100G không thể hỗ trợ các mô-đun 1.6T bất kể có cập nhật chương trình cơ sở hay không.

Bộ thu phát 1.6T sẽ còn phù hợp trong bao lâu trước khi tốc độ cao hơn xuất hiện?

Lộ trình của ngành cho thấy 1.6T sẽ đóng vai trò là trung tâm dữ liệu quang-tốc độ cao chính cho đến ít nhất là năm 2028. Trong khi các công nghệ 3.2T và nhanh hơn đang được phát triển, thì sự phức tạp của tín hiệu 400G-mỗi-làn sẽ làm chậm khả năng cung cấp rộng rãi. Hầu hết các tổ chức triển khai 1.6T ngày nay có thể mong đợi thời gian sử dụng hữu ích là 5-7 năm trước đợt chuyển đổi công nghệ lớn tiếp theo.

Những biện pháp kiểm soát chất lượng nào là cần thiết trong quá trình lắp đặt?

Mọi kết nối sợi đều yêu cầu kiểm tra bằng kính hiển vi hoặc đầu dò kiểm tra tự động trước khi ghép nối. Các phép đo công suất quang sẽ xác nhận mức truyền dự kiến ​​trên tất cả tám làn đường. Kiểm tra tỷ lệ lỗi bit dưới tải lưu lượng sẽ xác minh độ ổn định của liên kết. Các bước này tuy tốn thời gian-nhưng ngăn ngừa các lỗi gián đoạn khó chẩn đoán sau khi quá trình triển khai hoàn tất.