400G可插拔光模塊與相干DWDM結合實(shí)現長(cháng)距離DCI

  DWDM和路由技術(shù)的結合是400G可插拔DWDM光模塊長(cháng)期合作的關(guān)鍵。相干DWDM產(chǎn)品準備與400G相干DWDM可插拔光模塊的引入保持同步。

  相干DWDM發(fā)展

  在不到10年的時(shí)間里，DWDM模塊取得了長(cháng)足的進(jìn)步，光器件變得越來(lái)越小，速率越來(lái)越高。它在同一時(shí)間段內速率增長(cháng)了10倍：從2011年的40G增長(cháng)到今天的400G，在不久的將來(lái)還會(huì )有800G的可插拔光模塊出現。

  圖1： 相干DWDM模塊的演變

  相干光學(xué)技術(shù)的引入是DWDM系統開(kāi)發(fā)中最重要的創(chuàng )新之一。相干光學(xué)設備利用先進(jìn)的光學(xué)器件和數字信號處理器(DSP)來(lái)發(fā)送和接收復雜的光波調制，從而實(shí)現高速數據傳輸。在非常高的水平上，相干調制仍然是高速光學(xué)設備(包括400G及更高版本)背后的驅動(dòng)力。

  第一個(gè)可商用的相干DWDM系統是40G，緊隨其后的是100G。這些系統是基于線(xiàn)卡和機箱的，能夠在每個(gè)系統中支持許多線(xiàn)卡，并且與10G速率產(chǎn)品占用相同的空間，是一項重大進(jìn)步，現在已可以傳輸100G速率以及更長(cháng)的傳輸距離。隨著(zhù)時(shí)間的推移，線(xiàn)卡速度已提高到200G甚至更高，但是隨著(zhù)云提供商的出現，行業(yè)正接近一個(gè)拐點(diǎn)。

  隨著(zhù)云提供商網(wǎng)絡(luò )開(kāi)始呈指數級增長(cháng)，制造商創(chuàng )建甚至更小，更快和更便宜的網(wǎng)絡(luò )組件的壓力也越來(lái)越大。正是這一拐點(diǎn)促使創(chuàng )建了“比薩盒” DWDM系統。

  “比薩盒”系統取消了機箱和線(xiàn)路卡。它是一個(gè)物理上很小的獨立系統，是一個(gè)小型數據中心交換機，高度為1或2RU(1.5”-3”)?！氨人_盒”封裝可行性的工程關(guān)鍵是將相干光傳輸中的兩個(gè)主要組件分離：光器件(激光、接收器、調制器等)和DSP(數字信號處理器)，直到現在它們都位于安裝在線(xiàn)卡上的大型模塊。

  光學(xué)方面的創(chuàng )新導致了需要更低功耗和更小尺寸的組件。這些創(chuàng )新產(chǎn)生了可插拔的CFP2-ACO(模擬相干光學(xué)器件)，這是一種尺寸相對較小的CFP2的可插拔DWDM模塊。DSP技術(shù)也不斷發(fā)展，使一個(gè)DSP芯片可以支持多個(gè)CFP2-ACO模塊。

  通過(guò)在可為多個(gè)CFP2-ACO服務(wù)的“比薩盒”中放置多個(gè)DSP，制造商生產(chǎn)了能夠在2個(gè)機架單元(3英寸)內傳輸2Tbps(20x100G客戶(hù)端連接)的系統。相反，基于機箱的系統將需要12個(gè)機架單元。除了節省空間外，它們還更加節能。

  為什么將CFP2-ACO稱(chēng)為“模擬”，難道這些系統不是數字的1和0? 這就是相干技術(shù)的光輝之處，它可以將1和0調制為模擬波形，從而將更多數據打包到每個(gè)波形中，然后在另一端進(jìn)行準確解碼。

  當然，這是對相干信號傳輸的非常簡(jiǎn)單的解釋?zhuān)_(kāi)發(fā)商的目的關(guān)鍵是需要將數字信號轉換為模擬信號以傳輸數據，并在另一端將模擬信號轉換回數字信號。CFP2-ACO僅可處理模擬信號，它從DSP接收要發(fā)送的相干模擬信號，或者將接收到的相干模擬信號傳遞到DSP以轉換為數字信號，如圖所示。

  圖2：ACO DWDM傳輸系統

  CFP2-ACO系統在縮小占位面積，降低功耗和降低光網(wǎng)絡(luò )設備(特別是轉換器)的成本方面一直在進(jìn)步。這些平臺已在整個(gè)行業(yè)中被廣泛采用，并已成為幾乎每個(gè)云提供商網(wǎng)絡(luò )中光傳輸的標準形式。

  自從引入基于CFP2-ACO的系統以來(lái)，供應商就引入了新的，更快的“比薩盒”系統，該系統不依賴(lài)于DWDM可插拔設備。光器件和DSP位于小型現場(chǎng)可更換模塊或小型線(xiàn)卡上，這些系統每個(gè)波長(cháng)可支持600Gbps+。

  在同一時(shí)間，隨著(zhù)CFP2-DCO的推出，可插拔相干DWDM光學(xué)器件繼續得到發(fā)展?！癉”代表數字相干光學(xué)中的“數字”。相干光學(xué)的開(kāi)發(fā)人員再次縮小了組件的尺寸和功耗，因此光器件和DSP都置于CFP2中。

  這樣就無(wú)需使用機架來(lái)容納DSP，從而可以直接從路由器或交換機進(jìn)行相干DWDM傳輸，這是DWDM和路由器真正融合的轉折點(diǎn)。

  圖3：路由器或交換機內的DCO DWDM傳輸

  現在，相干光模塊發(fā)展到400G ZR和400G ZR+，采用QSFP-DD封裝，與CFP2-DCO采用相同的技術(shù)，但尺寸更小。如此緊湊的封裝容納400G相干DWDM光器件，確實(shí)為路由和DWDM的融合提供了可行的解決方案。

  400G標準

  400G發(fā)展到現在，已有多項標準。包括400ZR、400G ZR+、400G OpenROADM、400G OpenZR+，它們的方向略有不同。

  首先是光互聯(lián)網(wǎng)絡(luò )論壇(OIF)，它創(chuàng )建了400ZR標準。400ZR的目標是邊緣和相對短距離(120km以?xún)?數據中心互連應用。大約在同一時(shí)間，OpenROADM多源協(xié)議也定義了400G DWDM可插拔的規范，規范集中在服務(wù)提供商網(wǎng)絡(luò )將需要的內容上。例如長(cháng)距離光傳輸(>120km)，高級前向糾錯(稱(chēng)為oFEC)和可選數據速率(100G、200G、300G或400G)。盡管可以實(shí)現附加功能，但所需功率要比ZR規定的15W多。因此，OpenROADM的規范被稱(chēng)為ZR+。

  最終，在兩個(gè)組織和各種光器件制造商之間，他們同意采用OIF和OpenROADM結合的最佳標準，并稱(chēng)為OpenZR +。通過(guò)以相同的封裝組合每種器件的特性，可以提供一種高度通用的相干DWDM光器件，如圖4所示。

  圖4：400ZR和OpenRoadm標準的組合

  借助封裝，功能和數據速率，我們可以看到光傳輸范圍， 像任何相干DWDM模塊一樣，數據速率越高，傳輸距離越短。而使用OpenZR +標準，可實(shí)現1400km傳輸距離，是400ZR傳輸距離的10倍以上。圖5顯示了數據速率，調制類(lèi)型和傳輸距離，可能會(huì )有特定的供應商差異，但這是基于供應商和標準數據的可靠估計。

  圖5：400G DWDM速率和距離

  考慮到400G OpenZR+與高密度路由平臺相結合的功能，DWDM和路由的融合非常有必要。最明顯的應用是數據中心互連，但這里的情況要大得多。 借助路由器中的高密度DWDM，再加上流量工程的簡(jiǎn)便性和分段路由的路徑冗余性，我們有望在傳輸網(wǎng)絡(luò )體系結構方面發(fā)生重大轉變。

  20年11月，易飛揚受邀成為OpenZR+ MSA首位貢獻者成員，易飛揚于2018年初正式投資進(jìn)入相干光模塊開(kāi)發(fā)，開(kāi)放性地與上游供應鏈進(jìn)行戰略合作，在低功耗設計、信號調制模型上進(jìn)行優(yōu)化創(chuàng )新，取得了重大成果?，F已推出100G CFP-DCO和100G CFP2-DCO數字相干光模塊，適用于數據中心互連和城域網(wǎng)超長(cháng)距離光傳輸，兩款產(chǎn)品皆可支持最高2000km鏈路傳輸。并將在后續依次推出嚴格遵循OpenZR+標準的200G、400G和800G數字相干DWDM光模塊，助力下一代光網(wǎng)絡(luò )。