Bộ thu phát quang áp dụng ở đâu?

Sep 23, 2025|

 

Sự phát triển của cơ sở hạ tầng trung tâm dữ liệu hiện đại

 

Sự phát triển của cơ sở hạ tầng trung tâm dữ liệu hiện đại đã được biến đổi căn bản nhờ sự tiến bộ của công nghệ thu phát quang, đặc biệt là mô-đun thu phát quang 100G QSFP28 đã trở thành xương sống của các giải pháp mạng tốc độ cao hiện đại.

Các thiết bị thu phát quang học phức tạp này thể hiện sự hội tụ của kỹ thuật chính xác, khoa học vật liệu tiên tiến và quy trình sản xuất cải tiến cho phép tốc độ truyền dữ liệu chưa từng có trong khi vẫn duy trì tính toàn vẹn và độ tin cậy của tín hiệu đặc biệt.

The Evolution Of Modern Data Center Infrastructure
 

 

 

Sự phát triển của công nghệ thu phát quang học

 
Kỷ nguyên 10G SFP+ (thập niên 2000)

Giới thiệu bộ thu phát có thể cắm thêm hệ số dạng nhỏ-cho phép tốc độ dữ liệu 10Gbps, cách mạng hóa khả năng kết nối của trung tâm dữ liệu.

 
Kỷ nguyên 40G QSFP+ (Đầu những năm 2010)

Bộ thu phát có thể cắm-có hệ số dạng bốn nhỏ cung cấp tốc độ 40Gbps bằng cách tổng hợp bốn kênh 10Gbps, cho phép kết nối mật độ cao hơn.

 
Kỷ nguyên 100G QSFP28 (Giữa những năm 2010-Hiện tại)

Bộ thu phát-thế hệ tiếp theo có tốc độ 25Gbps trên mỗi kênh trên bốn làn, cung cấp mật độ cao hơn và mức tiêu thụ điện năng thấp hơn so với các thế hệ trước.

 
400G trở lên (Mới nổi)

Sự phát triển hướng tới các bộ thu phát 400G và 800G sử dụng kỹ thuật điều chế tiên tiến và tích hợp quang tử cho các trung tâm dữ liệu thế hệ tiếp theo.

 

 

 

Công nghệ sản xuất cốt lõi và Kỹ thuật chính xác

 

Việc sản xuất mô-đun thu phát quang 100G QSFP28 bao gồm các quy trình sản xuất phức tạp đòi hỏi độ chính xác đặc biệt ở mọi giai đoạn.

Laser Diode Fabrication

Chế tạo điốt laser

Việc lắp ráp bộ thu phát quang học bắt đầu bằng việc chế tạo các điốt laze-hiệu suất cao sử dụng công nghệ Lắng đọng hơi hóa học hữu cơ (MOCVD) kim loại-, trong đó các lớp epiticular được phát triển với độ chính xác ở cấp độ nguyên tử{2}}để tạo ra các vùng hoạt động chịu trách nhiệm tạo ra ánh sáng.

Mỗi bộ thu phát quang kết hợp các tia laze phát ra bề mặt khoang-hộp{1}}dọc (VCSEL) hoặc phản hồi phân tán (DFB), tùy thuộc vào yêu cầu về khoảng cách truyền, với dung sai bước sóng được duy trì trong phạm vi ±0,5nm để đảm bảo tuân thủ các thông số kỹ thuật của Ghép kênh phân chia bước sóng dày đặc (DWDM).

 

Precision Component Integration

Tích hợp thành phần chính xác

Việc tích hợp các thành phần quang tử trong bộ thu phát quang đòi hỏi các kỹ thuật liên kết khuôn-cao cấp sử dụng liên kết eutectic bằng thiếc-vàng hoặc chất kết dính epoxy chứa đầy bạc-với độ chính xác vị trí tốt hơn ±1 micromet.

Quy trình sản xuất bộ thu phát quang học sử dụng hệ thống chọn{0}}và-đặt tự động được trang bị thuật toán căn chỉnh có hướng dẫn bằng thị giác- nhằm đảm bảo hiệu quả ghép nối tối ưu giữa điốt laze và ống dẫn sóng quang học

 

Quy trình sản xuất 100G QSFP28

Chế tạo wafer

Tăng trưởng lớp epitaxy bằng công nghệ MOCVD

chết hát

Cắt chính xác từng bộ phận riêng lẻ

Lắp ráp thành phần

Vị trí và liên kết khuôn có độ chính xác cao-

Căn chỉnh quang học

Căn chỉnh tích cực các thành phần quang tử

Kiểm tra & xác nhận

Xác minh hiệu suất toàn diện

 

 

Kiểm soát nhiệt độ và tối ưu hóa quy trình

 

Kiểm soát nhiệt độ trong quá trình lắp ráp là rất quan trọng, với cấu hình chỉnh lại dòng chảy được tối ưu hóa cẩn thận để ngăn chặn ứng suất nhiệt đồng thời đảm bảo các kết nối cơ học chắc chắn trong mô-đun thu phát quang.

Các phương pháp kiểm soát quy trình thống kê theo dõi năng suất sản xuất bộ thu phát quang và xác định các biến thể của quy trình có thể ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm, đảm bảo hiệu suất nhất quán trong suốt quá trình sản xuất.

Temperature Control & Process Optimization

 

 

Công nghệ căn chỉnh và ghép quang tiên tiến

 

Hiệu suất ghép quang của bộ thu phát quang 100G QSFP28 ảnh hưởng trực tiếp đến đặc tính hiệu suất và mức tiêu thụ điện năng của nó.

 

Công nghệ quang tử silicon

Các thiết kế bộ thu phát quang học hiện đại sử dụng công nghệ quang tử silicon, trong đó ánh sáng được dẫn qua các ống dẫn sóng silicon được khắc với độ chính xác ở cấp độ nanomet-bằng cách sử dụng kỹ thuật quang khắc chùm tia điện tử-hoặc kỹ thuật quang khắc tia cực tím sâu.

Phương pháp ghép quang

Việc ghép nối giữa các bộ phận bên trong của bộ thu phát quang và các kết nối sợi bên ngoài sử dụng nhiều kỹ thuật khác nhau, bao gồm các phương pháp ghép-đối đầu, ghép ống kính-hoặc cách tử-, mỗi phương pháp được tối ưu hóa cho các yêu cầu ứng dụng cụ thể.

Thủ tục căn chỉnh tích cực

Quy trình căn chỉnh chủ động trong quá trình lắp ráp bộ thu phát quang liên quan đến việc giám sát công suất quang-theo thời gian thực trong khi điều chỉnh vị trí các bộ phận bằng cách sử dụng bộ truyền động áp điện có độ phân giải dưới{1} nanomet.

 

Hiệu suất ghép quang theo loại kết nối

 

Optical Coupling Efficiency by Connection Type
Quá trình căn chỉnh bộ thu phát quang thường đạt được hiệu suất ghép vượt quá 70% đối với các ứng dụng{1}chế độ đơn và 85% đối với cấu hình đa chế độ.

Quang học-định hình chùm tia tiên tiến trong bộ thu phát quang sẽ bù đắp cho sự không khớp đường kính trường-của chế độ giữa các thành phần quang học khác nhau, giảm thiểu tổn thất chèn và tối đa hóa biên ngân sách điện năng.

Các số liệu hiệu suất chính

Suy hao chèn: < 0,5 dB cho kết nối tối ưu

Suy hao phản hồi: > 40 dB đối với các ứng dụng-chế độ đơn

Độ ổn định bước sóng: ± 0,5 nm trên nhiệt độ hoạt động

 

Bố cục thành phần thu phát quang 100G QSFP28

 

100G QSFP28 Optical Transceiver Component Layout

 

 

Kiến trúc tích hợp điện tử và xử lý tín hiệu

 

Các hệ thống con điện tử trong bộ thu phát quang 100G QSFP28 kết hợp khả năng xử lý tín hiệu tinh vi cho phép hoạt động đáng tin cậy trong các điều kiện môi trường khác nhau.

 

Electronic Integration and Signal Processing Architecture

Phần phát và thu

Phần máy phát của bộ thu phát quang bao gồm bốn bộ chuyển đổi điện-kênh 25Gbps sang-quang, mỗi bộ chuyển đổi này có các mạch-nhấn mạnh trước để bù đắp cho những tổn thất phụ thuộc tần số-trong các đường điện. Phần thu kết hợp bộ tách sóng quang có độ nhạy-cao với bộ khuếch đại truyền trở kháng được tối ưu hóa để có hiệu suất nhiễu thấp.

Phục hồi đồng hồ và dữ liệu

Các mạch Đồng hồ và Khôi phục dữ liệu (CDR) trong bộ thu phát quang sử dụng kiến ​​trúc Pha-Vòng khóa (PLL) tiên tiến với băng thông vòng lặp được tối ưu hóa cho khả năng chịu rung và đặc tính truyền tải.

Xử lý tín hiệu số

Các thuật toán Xử lý tín hiệu số (DSP) được triển khai trong Ứng dụng-Mạch tích hợp cụ thể (ASIC) của bộ thu phát quang thực hiện các chức năng cân bằng thời gian thực, sửa lỗi chuyển tiếp và điều hòa tín hiệu.

Quản lý nguồn điện

Các mạch quản lý nguồn trong bộ thu phát quang tự động điều chỉnh dòng điện phân cực và biên độ điều chế dựa trên điều kiện liên kết, đạt mức tiêu thụ điện năng dưới 3,5W trong khi vẫn duy trì tốc độ truyền tải tối đa 100Gbps.

 

 

Kỹ thuật quản lý nhiệt và độ tin cậy

Mô hình nhiệt nâng cao

Mô hình hóa nhiệt nâng cao sử dụng mô phỏng Động lực học chất lỏng tính toán (CFD) hướng dẫn thiết kế cơ khí của bộ thu phát quang, tối ưu hóa hình học tản nhiệt và mô hình luồng khí.

Vật liệu có độ dẫn điện-cao

Bộ thu phát quang kết hợp các vật liệu-dẫn nhiệt{1}}cao chẳng hạn như chất nền nhôm nitrit và bộ tản nhiệt vonfram-đồng giúp tản nhiệt hiệu quả từ các bộ phận quan trọng.

Kiểm soát nhiệt độ hoạt động

Bộ làm mát nhiệt điện (TEC) được tích hợp trong một số biến thể bộ thu phát quang nhất định giúp ổn định nhiệt độ tích cực cho các ứng dụng quan trọng-bước sóng, duy trì nhiệt độ tiếp giáp laser trong khoảng ±0,1 độ .

 

Phạm vi nhiệt độ hoạt động

 

Thiết kế nhiệt của bộ thu phát quang đảm bảo tuân thủ phạm vi nhiệt độ công nghiệp (-40 độ đến +85 độ ) trong khi vẫn duy trì các đặc tính quang phổ và công suất đầu ra quang được chỉ định.

Kiểm tra độ tin cậy của bộ thu phát quang bao gồm kiểm tra lão hóa gia tốc, chu kỳ nhiệt, sốc cơ học và kiểm tra độ rung theo tiêu chuẩn Telcordia GR-468-CORE.

Tuân thủ tiêu chuẩn Telcordia GR-468-CORE

 

 

Phương pháp kiểm tra và kiểm soát chất lượng

 

Quality Control and Testing Methodologies

 

  Đo công suất quang trong-quy trình

 Phân tích quang phổ và xác minh bước sóng

 Đánh giá sơ đồ mắt bằng máy hiện sóng băng thông-cao

 Kiểm tra tỷ lệ lỗi bit (BERT) trên các phạm vi nhiệt độ

Kiểm soát chất lượng sản xuất mô-đun thu phát quang 100G QSFP28 bao gồm thử nghiệm toàn diện ở nhiều giai đoạn sản xuất. Trong-quá trình thử nghiệm, các cụm lắp ráp bộ thu phát quang bao gồm các phép đo công suất quang, phân tích quang phổ và đánh giá sơ đồ mắt bằng cách sử dụng máy hiện sóng băng thông-cao và Bộ kiểm tra tỷ lệ lỗi bit (BERT).

Mỗi bộ thu phát quang đều trải qua quá trình thử nghiệm-đốt cháy ở nhiệt độ cao để xác định-các lỗi sớm trong vòng đời và đảm bảo độ tin cậy-lâu dài. Thiết bị kiểm tra tự động được thiết kế đặc biệt để mô tả đặc tính của bộ thu phát quang thực hiện các phép đo tham số bao gồm độ nhạy của máy thu, tỷ lệ tắt máy phát và tạo jitter.

Giao thức kiểm tra bộ thu phát quang bao gồm xác minh tính tuân thủ theo thông số kỹ thuật IEEE 802.3bm cho các ứng dụng 100GBASE-SR4, 100GBASE-LR4 và 100GBASE-ER4. Các phương pháp kiểm soát quy trình bằng thống kê theo dõi năng suất sản xuất bộ thu phát quang và xác định các biến thể của quy trình có thể ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm.

 

 

Kịch bản triển khai và trường hợp sử dụng

 

Bộ thu phát quang 100G QSFP28 cho phép kết nối-hiệu suất cao trên nhiều môi trường khác nhau, từ trung tâm dữ liệu đến mạng viễn thông.

Triển khai trung tâm dữ liệu

Cho phép kết nối mật độ-cao giữa các bộ chuyển mạch-của-giá trên cùng, các lớp tổng hợp và cơ sở hạ tầng định tuyến cốt lõi.

Viễn thông

Hỗ trợ triển khai mạng đô thị và mạng đường dài-với các biến thể mạch lạc cho phép khoảng cách truyền vượt quá 1000km.

Cơ sở hạ tầng HPC & AI

Cung cấp các kết nối có độ trễ thấp,{1}băng thông cao giữa các nút điện toán và hệ thống lưu trữ để đào tạo AI.

Doanh nghiệp & Biên giới

Hỗ trợ các ứng dụng sử dụng nhiều băng thông-trong mạng của trường và hoạt động đáng tin cậy trong môi trường biên khắc nghiệt.

 

Kịch bản triển khai trung tâm dữ liệu

 

Trong các trung tâm dữ liệu siêu quy mô hiện đại, mô-đun thu phát quang 100G QSFP28 cho phép kết nối-mật độ cao giữa-các thiết bị chuyển mạch-trên giá, các lớp tổng hợp và cơ sở hạ tầng định tuyến cốt lõi.

Việc triển khai bộ thu phát quang trong các môi trường này phải đáp ứng các khoảng cách liên kết khác nhau, từ các kết nối-phạm vi ngắn trong giá đỡ cho đến các liên kết phạm vi tiếp cận-mở rộng trải rộng trên nhiều phòng dữ liệu. Thuật toán cân bằng tải phân phối lưu lượng trên nhiều kênh thu phát quang, tối đa hóa băng thông tổng hợp trong khi vẫn đảm bảo tính dự phòng.

Việc lựa chọn bộ thu phát quang cho các ứng dụng trung tâm dữ liệu sẽ xem xét các yếu tố bao gồm mức tiêu thụ điện năng, độ trễ và khả năng tương thích với cơ sở hạ tầng hiện có. Cấu hình đột phá cho phép chia một cổng thu phát quang 100G thành bốn kết nối 25G, mang lại sự linh hoạt trong thiết kế cấu trúc liên kết mạng.

Data Center Deployment Scenarios

 

100GBASE-SR4

Khoảng cách-tiếp cận ngắn đối với các ứng dụng đa chế độ lên tới 100m với sợi OM4

100GBASE-LR4

Dài-tiếp cận các ứng dụng ở chế độ đơn{1}}lên đến 10 km

100GBASE-ER4

Mở rộng-tiếp cận các ứng dụng ở chế độ đơn{1}}lên đến 40 km

 

 

Telecommunications and Service Provider Applications

 

Định dạng điều chế nâng cao

DP-QPSK

Kép-Pha cầu phương phân cực-Khóa dịch chuyển cho phép 2 bit/ký hiệu

16-QAM

Điều chế biên độ cầu phương đạt 4 bit/ký hiệu

Ứng dụng của nhà cung cấp dịch vụ và viễn thông

 

Các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông sử dụng công nghệ thu phát quang 100G QSFP28 trong triển khai mạng đô thị và đường dài-, trong đó các biến thể của bộ thu phát quang kết hợp cho phép khoảng cách truyền vượt quá 1000 km.

Các mô-đun thu phát quang chuyên dụng này kết hợp các định dạng điều chế nâng cao như DP-QPSK (Khóa dịch chuyển pha cầu phương kép-Phân cực kép-) hoặc 16-QAM (Điều chế biên độ cầu phương), đạt được hiệu suất phổ lên tới 4 bit/ký hiệu.

Các nhà khai thác mạng sử dụng các mô-đun thu phát quang với tia laser có thể điều chỉnh có thể được cấu hình từ xa tới các kênh DWDM cụ thể, đơn giản hóa việc quản lý hàng tồn kho và cho phép phân bổ bước sóng động. Việc tích hợp bộ thu phát quang với bộ điều khiển-Mạng được xác định bằng phần mềm (SDN) cho phép cung cấp tự động và-tối ưu hóa thời gian thực của các đường dẫn quang dựa trên nhu cầu lưu lượng truy cập.

 

-Cơ sở hạ tầng AI và điện toán hiệu suất cao

 

Các cụm Điện toán hiệu suất cao (HPC) và hệ thống đào tạo Trí tuệ nhân tạo (AI) dựa trên mô-đun thu phát quang 100G QSFP28 để cung cấp các kết nối liên thông có độ trễ thấp, băng thông cao- giữa các nút điện toán và hệ thống lưu trữ.

Việc triển khai bộ thu phát quang trong các môi trường này ưu tiên độ trễ tối thiểu và các đặc tính hiệu suất xác định cần thiết cho khối lượng công việc tính toán song song. Cấu trúc chuyển mạch không chặn sử dụng kết nối bộ thu phát quang cho phép tất cả các mẫu giao tiếp mà thuật toán máy học phân tán yêu cầu.

Nền tảng điện toán tăng tốc GPU- tận dụng công nghệ thu phát quang để truy cập bộ nhớ trực tiếp giữa các tài nguyên GPU được phân phối, cho phép mở rộng hiệu quả khối lượng công việc đào tạo deep learning. Mô-đun thu phát quang hỗ trợ các giao thức Truy cập bộ nhớ trực tiếp từ xa (RDMA), bỏ qua các ngăn xếp mạng truyền thống để đạt được độ trễ ở mức micro giây{2}}.

High-Performance Computing and AI Infrastructure

 

Enterprise Campus and Edge Computing Deployments

Tính năng của trường doanh nghiệp

Miễn nhiễm EMI cho môi trường văn phòng

Hỗ trợ sợi đa mode OM4 và OM5

Khả năng tương thích ngược với cơ sở hạ tầng 40G/25G

Yêu cầu điện toán biên

Hoạt động phạm vi nhiệt độ mở rộng

Độ ẩm và khả năng chống rung

Tiêu chuẩn về độ tin cậy cấp công nghiệp-

Triển khai điện toán biên và khuôn viên doanh nghiệp

 

Mạng khuôn viên doanh nghiệp ngày càng áp dụng công nghệ thu phát quang 100G QSFP28 để hỗ trợ các ứng dụng-cần nhiều băng thông như hội nghị truyền hình, dịch vụ đám mây và triển khai Internet of Things (IoT).

Việc lựa chọn bộ thu phát quang cho môi trường trong khuôn viên trường xem xét các yếu tố bao gồm khả năng chống nhiễu điện từ, tính linh hoạt trong lắp đặt và khả năng tương thích với các hệ thống cáp có cấu trúc hiện có. Các biến thể của bộ thu phát quang đa chế độ hỗ trợ các loại sợi OM4 và OM5 cho phép triển khai-hiệu quả về mặt chi phí trên những khoảng cách điển hình của các kết nối liên kết trong tòa nhà trong khuôn viên trường.

Cơ sở hạ tầng điện toán biên sử dụng các mô-đun thu phát quang học để tổng hợp lưu lượng truy cập từ các nút biên phân tán trong khi vẫn duy trì độ trễ thấp cho các ứng dụng-thời gian thực. Việc triển khai bộ thu phát quang ở các vị trí rìa phải đáp ứng các thách thức về môi trường bao gồm nhiệt độ, độ ẩm và khả năng làm mát hạn chế. Các biến thể bộ thu phát quang cấp công nghiệp-có xếp hạng nhiệt độ mở rộng và lớp phủ phù hợp mang lại khả năng hoạt động đáng tin cậy trong môi trường khắc nghiệt.

 

 

So sánh các biến thể bộ thu phát 100G QSFP28

 

Các loại máy thu phát khác nhau được tối ưu hóa cho các yêu cầu và ứng dụng khoảng cách khác nhau

 

tham số 100GBASE-SR4 100GBASE-LR4 100GBASE-ER4 100GBASE-ZR4
Loại sợi Đa chế độ OM4/OM5 Chế độ đơn{0}} Chế độ đơn{0}} Chế độ đơn{0}}
Khoảng cách tối đa 100m (OM4)
150m (OM5)
10 km 40km 80km+
Loại laze VCSEL (850nm) DFB (1310nm) DFB (1310nm) DFB có thể điều chỉnh
Tiêu thụ điện năng < 3.5W < 3.5W < 5.0W < 7.0W
Ứng dụng điển hình Kết nối trung tâm dữ liệu, trong tủ rack Trung tâm dữ liệu metro, liên kết khuôn viên trường Liên kết trung tâm dữ liệu đường dài Viễn thông đường dài, liên-thành phố
Hỗ trợ FEC Không bắt buộc Yêu cầu Yêu cầu FEC nâng cao
Phạm vi nhiệt độ hoạt động 0 độ đến 70 độ -40 độ đến 85 độ -40 độ đến 85 độ -40 độ đến 85 độ
Send Inquiry