400G可插拔光模塊與相干DWDM結合實現長距離DCI

  DWDM和路由技術的結合是400G可插拔DWDM光模塊長期合作的關鍵。相干DWDM產品準備與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年的時間里，DWDM模塊取得了長足的進步，光器件變得越來越小，速率越來越高。它在同一時間段內速率增長了10倍：從2011年的40G增長到今天的400G，在不久的將來還會有800G的可插拔光模塊出現。

  圖1： 相干DWDM模塊的演變

  相干光學技術的引入是DWDM系統(tǒng)開發(fā)中最重要的創(chuàng)新之一。相干光學設備利用先進的光學器件和數字信號處理器(DSP)來發(fā)送和接收復雜的光波調制，從而實現高速數據傳輸。在非常高的水平上，相干調制仍然是高速光學設備(包括400G及更高版本)背后的驅動力。

  第一個可商用的相干DWDM系統(tǒng)是40G，緊隨其后的是100G。這些系統(tǒng)是基于線卡和機箱的，能夠在每個系統(tǒng)中支持許多線卡，并且與10G速率產品占用相同的空間，是一項重大進步，現在已可以傳輸100G速率以及更長的傳輸距離。隨著時間的推移，線卡速度已提高到200G甚至更高，但是隨著云提供商的出現，行業(yè)正接近一個拐點。

  隨著云提供商網絡開始呈指數級增長，制造商創(chuàng)建甚至更小，更快和更便宜的網絡組件的壓力也越來越大。正是這一拐點促使創(chuàng)建了“比薩盒” DWDM系統(tǒng)。

  “比薩盒”系統(tǒng)取消了機箱和線路卡。它是一個物理上很小的獨立系統(tǒng)，是一個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鍵是將相干光傳輸中的兩個主要組件分離：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卡上的大型模塊。

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

  通過在可為多個CFP2-ACO服務的“比薩盒”中放置多個DSP，制造商生產了能夠在2個機架單元(3英寸)內傳輸2Tbps(20x100G客戶端連接)的系統(tǒng)。相反，基于機箱的系統(tǒng)將需要12個機架單元。除了節(jié)省空間外，它們還更加節(jié)能。

  為什么將CFP2-ACO稱為“模擬”，難道這些系統(tǒng)不是數字的1和0? 這就是相干技術的光輝之處，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波形中，然后在另一端進行準確解碼。

  當然，這是對相干信號傳輸的非常簡單的解釋，但開發(fā)商的目的關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(tǒng)

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

  自從引入基于CFP2-ACO的系統(tǒng)以來，供應商就引入了新的，更快的“比薩盒”系統(tǒng)，該系統(tǒng)不依賴于DWDM可插拔設備。光器件和DSP位于小型現場可更換模塊或小型線卡上，這些系統(tǒng)每個波長可支持600Gbps+。

  在同一時間，隨著CFP2-DCO的推出，可插拔相干DWDM光學器件繼續(xù)得到發(fā)展。“D”代表數字相干光學中的“數字”。相干光學的開發(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。

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

  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，但尺寸更小。如此緊湊的封裝容納400G相干DWDM光器件，確實為路由和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)網絡論壇(OIF)，它創(chuàng)建了400ZR標準。400ZR的目標是邊緣和相對短距離(120km以內)數據中心互連應用。大約在同一時間，OpenROADM多源協(xié)議也定義了400G DWDM可插拔的規(guī)范，規(guī)范集中在服務提供商網絡將需要的內容上。例如長距離光傳輸(>120km)，高級前向糾錯(稱為oFEC)和可選數據速率(100G、200G、300G或400G)。盡管可以實現附加功能，但所需功率要比ZR規(guī)定的15W多。因此，OpenROADM的規(guī)范被稱為ZR+。

  最終，在兩個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，并稱為OpenZR +。通過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，調制類型和傳輸距離，可能會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便性和分段路由的路徑冗余性，我們有望在傳輸網絡體系結構方面發(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年初正式投資進入相干光模塊開發(fā)，開放性地與上游供應鏈進行戰(zhàn)略合作，在低功耗設計、信號調制模型上進行優(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超長距離光傳輸，兩款產品皆可支持最高2000km鏈路傳輸。并將在后續(xù)依次推出嚴格遵循OpenZR+標準的200G、400G和800G數字相干DWDM光模塊，助力下一代光網絡。