大數(shù)據(jù)時代：邁進高速光互連世界<

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

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

高速光互連技術的顯著優(yōu)勢和應用

        數(shù)據(jù)中心/云計算系統(tǒng)在更高帶寬和更低功耗上的需求越來越迫切，AOC有源光纜是滿足此需求的最優(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的優(yōu)勢，比如在系統(tǒng)鏈路上的傳輸功率更低，重量僅為直連銅纜四分之一，體積略為銅纜的一半，并且在機房布線系統(tǒng)中具有更好的空氣流動散熱性，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題，系統(tǒng)穩(wěn)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(tǒng)可插拔收發(fā)器中TOSA/ROSA的結(jié)構設計，而使用高度集成的陣列光引擎核心器件技術。

        在PCBA上采用COB（Chip on Board）集成技術，實現(xiàn)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，陣列光學引擎同時處理多個高速電通道，將其轉(zhuǎn)換為多路光信號，再將這些光信號組合在一起，通過一條12芯（24芯）MPO高密度光纜將這些信息傳送到云計算系統(tǒng)或數(shù)據(jù)中心機房的下一個節(jié)點。在接收端，陣列光學引擎將MPO光纜內(nèi)的光信號轉(zhuǎn)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)應用場景，同時符合以太網(wǎng)IEEE 802.3ba。在數(shù)據(jù)中心和云計算系統(tǒng)領域，陣列光學引擎技術已經(jīng)廣泛應用于有源光纜產(chǎn)品—服務器和交換機之間互聯(lián)。但是光學引擎技術也面臨很大的挑戰(zhàn)，核心的激光器被少數(shù)國際大廠商壟斷，價格不菲，且激光器的驅(qū)動和限幅放大芯片之間焊接技術也影響著制成效率，制約著國內(nèi)廠商大幅推廣?；谶@些原因，一體化集成的硅光子技術是未來光互連技術的發(fā)展趨勢—將整個光學引擎整合在硅晶平臺上，集成所有必要的功能，實現(xiàn)更低成本，更簡單的制成工藝，建立起更高密度的光傳輸系統(tǒng)。

        同樣，高度集成的陣列光引擎會產(chǎn)生大量集中的熱量，因此良好的散熱能力是光器件廠商結(jié)構設計的難點之一。根據(jù)熱力學理論，散熱效果主要取決于散熱介質(zhì)的熱傳導系數(shù)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足3個要求：散熱介質(zhì)的熱傳導系數(shù)高（例如熱傳導系數(shù)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(jié)合，散熱通道做到最短垂直距離傳導熱能，可以使產(chǎn)品長期穩(wěn)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(qū)動芯片、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軟件進行熱力模擬驗證，在以上3個方面達到理想效果。

        隨著云計算和數(shù)據(jù)中心大幅度增長，并行光學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(tǒng)的總和，意味著研發(fā)前期需要投入大量的資金，且提高了進入高速光互連市場的門檻。因而，具有高效、簡易、低成本等特點的高集成度的多通道測試平臺是衡量國內(nèi)外廠商是否能夠真正邁進光互連陣營的關鍵因素，整套集成系統(tǒng)會大幅度縮短產(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，與同類單通道國際知名品牌10G誤碼儀做GRR相關性和重復性的驗證，靈敏度GRR達到小于0.3，符合硬件認證要求。

        在數(shù)據(jù)中心機房中，提供各種高速光通信端口的設備（服務器、交換機和HBA等）之間需要通過線纜連接在一起，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(zhuǎn)4個SFP+AOC的光互連產(chǎn)品成為實現(xiàn)和解決QSFP+和SFP+設備互連的最佳方案。QSFP+轉(zhuǎn)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10Gbps SFP+接口，中間通過12芯的MPO高密度光纜連接，然后根據(jù)客戶對于兩端線纜長度的需求，在MPO線纜中間加入分支器，實現(xiàn)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)濟簡單的實現(xiàn)交換機端口轉(zhuǎn)換。傳輸長度達到1～100米的，對于分支器兩端的光纜長度可以自由選擇。同理，120G CXP轉(zhuǎn)3個40G QSFP+的互連產(chǎn)品可以解決CXP和QSFP設備互連的問題，需要提出的是中間通過24芯的MPO高密度光纜扇出3條4芯的產(chǎn)品，完成完美轉(zhuǎn)接。

結(jié)束語

        光互連產(chǎn)品的顯著優(yōu)勢使其成為數(shù)據(jù)中心集成商，設備商關注的重點，光互連產(chǎn)品大規(guī)模部署開始成為全球大數(shù)據(jù)，大密度、大容量數(shù)據(jù)中心和云計算的共同發(fā)展趨勢。

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

        國內(nèi)光互連還處于初級發(fā)展階段，研發(fā)技術和工藝的還不夠成熟，國內(nèi)極少光器件廠商能夠擁有一條完整的光互連產(chǎn)品線。深圳易飛揚是國內(nèi)最早進入光互連產(chǎn)品商業(yè)化的公司，自2010年起，易飛揚開始對光互連產(chǎn)品的基礎技術與工藝平臺進行深入細致的研究，通過3年的努力，終于建成了一條半自動化的光互連產(chǎn)品線，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)率先開發(fā)40GE QSFP+AOC模塊，陸續(xù)小批量供應海外市場，至2013年伊始已開始在國內(nèi)規(guī)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(nèi)廠商將在未來的數(shù)據(jù)中心與云計算舞臺上逐步發(fā)揮出更大的價值。