大數據時(shí)代：邁進(jìn)高速光互連世界<

        ICCSZ訊 互聯(lián)網(wǎng)和智能終端的快速應用使全球數據量爆發(fā)式增長(cháng)，極大地推動(dòng)了以高速路由器，超級計算和存儲為核心的高性能超算中心（HPC）和數據中心市場(chǎng)的發(fā)展。

        隨著(zhù)提供40G/100G端口的服務(wù)器，交換機等設備在數據中心的逐步規模商用，對于高速光互連產(chǎn)品的需求也越來(lái)越多，當前國內器件廠(chǎng)商不斷研發(fā)和創(chuàng )新光互連技術(shù)，對高速集成并行光學(xué)模塊和高頻信號完整性技術(shù)進(jìn)行深入理解和研究。光互連產(chǎn)品的關(guān)鍵需求在于高速率、高密度、低成本、低功耗。目前市場(chǎng)主流高速光互連產(chǎn)品包括10Gbps SFP+ AOC、40Gbps QSFP+AOC、56G QSFP+AOC 和120Gbps CXP AOC等。

高速光互連技術(shù)的顯著(zhù)優(yōu)勢和應用

        數據中心/云計算系統在更高帶寬和更低功耗上的需求越來(lái)越迫切，AOC有源光纜是滿(mǎn)足此需求的最優(yōu)解決方案之一。AOC有源光纜與互聯(lián)銅纜相比擁有許多顯著(zhù)的優(yōu)勢，比如在系統鏈路上的傳輸功率更低，重量?jì)H為直連銅纜四分之一，體積略為銅纜的一半，并且在機房布線(xiàn)系統中具有更好的空氣流動(dòng)散熱性，光纜的彎折半徑比銅纜做得更小，傳輸距離更遠（可以達到100～300米），且產(chǎn)品傳輸性能的誤碼率也更優(yōu)，BER可以達到10^-15。與光收發(fā)模塊相比，AOC有源光纜由于存在不外露的光接口，不存在光接口清潔和被污染的問(wèn)題，系統穩定性和可靠性大大提升，并且降低機房維護成本。

        高速光互連產(chǎn)品40Gbps QSFP+ AOC 和120Gbps CXP AOC不再采納傳統可插拔收發(fā)器中TOSA/ROSA的結構設計，而使用高度集成的陣列光引擎核心器件技術(shù)。

        在PCBA上采用COB（Chip on Board）集成技術(shù)，實(shí)現一體化模式—封裝小、速率高、功耗低（QSFP+功耗低于1.5W，CXP功耗低于2.5W）。在發(fā)射端，陣列光學(xué)引擎同時(shí)處理多個(gè)高速電通道，將其轉換為多路光信號，再將這些光信號組合在一起，通過(guò)一條12芯（24芯）MPO高密度光纜將這些信息傳送到云計算系統或數據中心機房的下一個(gè)節點(diǎn)。在接收端，陣列光學(xué)引擎將MPO光纜內的光信號轉換回電信號，將多路電信號傳送至設備上處理. 這些產(chǎn)品完全適用infiniband互聯(lián)應用場(chǎng)景，同時(shí)符合以太網(wǎng)IEEE 802.3ba。在數據中心和云計算系統領(lǐng)域，陣列光學(xué)引擎技術(shù)已經(jīng)廣泛應用于有源光纜產(chǎn)品—服務(wù)器和交換機之間互聯(lián)。但是光學(xué)引擎技術(shù)也面臨很大的挑戰，核心的激光器被少數國際大廠(chǎng)商壟斷，價(jià)格不菲，且激光器的驅動(dòng)和限幅放大芯片之間焊接技術(shù)也影響著(zhù)制成效率，制約著(zhù)國內廠(chǎng)商大幅推廣?；谶@些原因，一體化集成的硅光子技術(shù)是未來(lái)光互連技術(shù)的發(fā)展趨勢—將整個(gè)光學(xué)引擎整合在硅晶平臺上，集成所有必要的功能，實(shí)現更低成本，更簡(jiǎn)單的制成工藝，建立起更高密度的光傳輸系統。

        同樣，高度集成的陣列光引擎會(huì )產(chǎn)生大量集中的熱量，因此良好的散熱能力是光器件廠(chǎng)商結構設計的難點(diǎn)之一。根據熱力學(xué)理論，散熱效果主要取決于散熱介質(zhì)的熱傳導系數和與外殼的接觸面積，散熱通道距離以及材料熱阻。性能優(yōu)異的散熱設計應該滿(mǎn)足3個(gè)要求：散熱介質(zhì)的熱傳導系數高（例如熱傳導系數高的鎢銅，260W/mK），散熱介質(zhì)最大橫截面與外殼的直接接觸、緊密結合，散熱通道做到最短垂直距離傳導熱能，可以使產(chǎn)品長(cháng)期穩定地工作在0～70度環(huán)境。易飛揚基于鎢銅熱沉工藝的散熱設計，將激光器芯片、驅動(dòng)芯片、接收光電二極管芯片等核心芯片直接與外殼充分接觸，達到最佳的散熱效率?；贑AE軟件進(jìn)行熱力模擬驗證，在以上3個(gè)方面達到理想效果。

        隨著(zhù)云計算和數據中心大幅度增長(cháng)，并行光學(xué)模塊的多通道測試成本和效率面臨嚴峻的考驗。多通道并行傳輸測試平臺可以簡(jiǎn)單的理解為4套（QSFP+產(chǎn)品）或者12套（CXP產(chǎn)品）獨立的10G測試系統的總和，意味著(zhù)研發(fā)前期需要投入大量的資金，且提高了進(jìn)入高速光互連市場(chǎng)的門(mén)檻。因而，具有高效、簡(jiǎn)易、低成本等特點(diǎn)的高集成度的多通道測試平臺是衡量國內外廠(chǎng)商是否能夠真正邁進(jìn)光互連陣營(yíng)的關(guān)鍵因素，整套集成系統會(huì )大幅度縮短產(chǎn)品測試周期，可以提升產(chǎn)品品質(zhì)，并且提高設備資源和空間的利用率。易飛揚自主研制了120G誤碼測試儀，與同類(lèi)單通道國際知名品牌10G誤碼儀做GRR相關(guān)性和重復性的驗證，靈敏度GRR達到小于0.3，符合硬件認證要求。

        在數據中心機房中，提供各種高速光通信端口的設備（服務(wù)器、交換機和HBA等）之間需要通過(guò)線(xiàn)纜連接在一起，共同運作。那么如何解決任意兩種設備的互連呢？比如10G SFP+和40G QSFP+的設備。有源光纜QSFP+轉4個(gè)SFP+AOC的光互連產(chǎn)品成為實(shí)現和解決QSFP+和SFP+設備互連的最佳方案。QSFP+轉4×SFP+高速有源光纜產(chǎn)品，一端是40Gbps的QSFP+接口，另一端是4個(gè)10Gbps SFP+接口，中間通過(guò)12芯的MPO高密度光纜連接，然后根據客戶(hù)對于兩端線(xiàn)纜長(cháng)度的需求，在MPO線(xiàn)纜中間加入分支器，實(shí)現一路40G光信號分為4路10G信號。光纜一端采用40G QSFP連接頭，符合SFF-8436要求；另一端采用4路10G SFP+連接頭，符合SFF-8432要求，是最經(jīng)濟簡(jiǎn)單的實(shí)現交換機端口轉換。傳輸長(cháng)度達到1～100米的，對于分支器兩端的光纜長(cháng)度可以自由選擇。同理，120G CXP轉3個(gè)40G QSFP+的互連產(chǎn)品可以解決CXP和QSFP設備互連的問(wèn)題，需要提出的是中間通過(guò)24芯的MPO高密度光纜扇出3條4芯的產(chǎn)品，完成完美轉接。

結束語(yǔ)

        光互連產(chǎn)品的顯著(zhù)優(yōu)勢使其成為數據中心集成商，設備商關(guān)注的重點(diǎn)，光互連產(chǎn)品大規模部署開(kāi)始成為全球大數據，大密度、大容量數據中心和云計算的共同發(fā)展趨勢。

        國外主要的有源光纜廠(chǎng)商Avago、FCI、Finisar、Mellanox、Molex、Siemon、Sumitomo、TE Connectivity和Volex，已經(jīng)大規模推進(jìn)有源光纜SFP+AOC、QSFP+AOC、CXP AOC的整體解決方案。

        國內光互連還處于初級發(fā)展階段，研發(fā)技術(shù)和工藝的還不夠成熟，國內極少光器件廠(chǎng)商能夠擁有一條完整的光互連產(chǎn)品線(xiàn)。深圳易飛揚是國內最早進(jìn)入光互連產(chǎn)品商業(yè)化的公司，自2010年起，易飛揚開(kāi)始對光互連產(chǎn)品的基礎技術(shù)與工藝平臺進(jìn)行深入細致的研究，通過(guò)3年的努力，終于建成了一條半自動(dòng)化的光互連產(chǎn)品線(xiàn)，用于多模40/100G光模塊和有源光纜（AOC）的生產(chǎn)。易飛揚在2011年已經(jīng)率先開(kāi)發(fā)40GE QSFP+AOC模塊，陸續小批量供應海外市場(chǎng)，至2013年伊始已開(kāi)始在國內規模布署10G和40G有源光纜，當前已經(jīng)能小批量提供56G QSFP+AOC和120G CXP高集成，高密度、低功耗、低成本產(chǎn)品。相信國內廠(chǎng)商將在未來(lái)的數據中心與云計算舞臺上逐步發(fā)揮出更大的價(jià)值。