大數(shù)據(jù)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(yīng)用使全球數(shù)據(jù)量爆發(fā)式增長(zhǎng)，極大地推動(dòng)了以高速路由器，超級(jí)計(jì)算和存儲(chǔ)為核心的高性能超算中心（HPC）和數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)的發(fā)展。

        隨著提供40G/100G端口的服務(wù)器，交換機(jī)等設(shè)備在數(shù)據(jù)中心的逐步規(guī)模商用，對(duì)于高速光互連產(chǎn)品的需求也越來(lái)越多，當(dāng)前國(guó)內(nèi)器件廠商不斷研發(fā)和創(chuàng)新光互連技術(shù)，對(duì)高速集成并行光學(xué)模塊和高頻信號(hào)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)的顯著優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用

        數(shù)據(jù)中心/云計(jì)算系統(tǒng)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(shì)，比如在系統(tǒng)鏈路上的傳輸功率更低，重量?jī)H為直連銅纜四分之一，體積略為銅纜的一半，并且在機(jī)房布線系統(tǒng)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(yuǎn)（可以達(dá)到100～300米），且產(chǎn)品傳輸性能的誤碼率也更優(yōu)，BER可以達(dá)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(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性大大提升，并且降低機(jī)房維護(hù)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(gòu)設(shè)計(jì)，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(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(xué)引擎同時(shí)處理多個(gè)高速電通道，將其轉(zhuǎn)換為多路光信號(hào)，再將這些光信號(hào)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(jì)算系統(tǒng)或數(shù)據(jù)中心機(jī)房的下一個(gè)節(jié)點(diǎn)。在接收端，陣列光學(xué)引擎將MPO光纜內(nèi)的光信號(hào)轉(zhuǎn)換回電信號(hào)，將多路電信號(hào)傳送至設(shè)備上處理. 這些產(chǎn)品完全適用infiniband互聯(lián)應(yīng)用場(chǎng)景，同時(shí)符合以太網(wǎng)IEEE 802.3ba。在數(shù)據(jù)中心和云計(jì)算系統(tǒng)領(lǐng)域，陣列光學(xué)引擎技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于有源光纜產(chǎn)品—服務(wù)器和交換機(jī)之間互聯(lián)。但是光學(xué)引擎技術(shù)也面臨很大的挑戰(zhàn)，核心的激光器被少數(shù)國(guó)際大廠商壟斷，價(jià)格不菲，且激光器的驅(qū)動(dòng)和限幅放大芯片之間焊接技術(shù)也影響著制成效率，制約著國(guó)內(nèi)廠商大幅推廣?；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(shì)—將整個(gè)光學(xué)引擎整合在硅晶平臺(tái)上，集成所有必要的功能，實(shí)現(xiàn)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(tǒng)。

        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商結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)之一。根據(jù)熱力學(xué)理論，散熱效果主要取決于散熱介質(zhì)的熱傳導(dǎo)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(shè)計(jì)應(yīng)該滿足3個(gè)要求：散熱介質(zhì)的熱傳導(dǎo)系數(shù)高（例如熱傳導(dǎo)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(dǎo)熱能，可以使產(chǎn)品長(zhǎng)期穩(wěn)定地工作在0～70度環(huán)境。易飛揚(yáng)基于鎢銅熱沉工藝的散熱設(shè)計(jì)，將激光器芯片、驅(qū)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(dá)到最佳的散熱效率。基于CAE軟件進(jìn)行熱力模擬驗(yàn)證，在以上3個(gè)方面達(dá)到理想效果。

        隨著云計(jì)算和數(shù)據(jù)中心大幅度增長(zhǎng)，并行光學(xué)模塊的多通道測(cè)試成本和效率面臨嚴(yán)峻的考驗(yàn)。多通道并行傳輸測(cè)試平臺(tái)可以簡(jiǎn)單的理解為4套（QSFP+產(chǎn)品）或者12套（CXP產(chǎn)品）獨(dú)立的10G測(cè)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(jìn)入高速光互連市場(chǎng)的門檻。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(cè)試平臺(tái)是衡量國(guó)內(nèi)外廠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(tǒng)會(huì)大幅度縮短產(chǎn)品測(cè)試周期，可以提升產(chǎn)品品質(zhì)，并且提高設(shè)備資源和空間的利用率。易飛揚(yáng)自主研制了120G誤碼測(cè)試儀，與同類單通道國(guó)際知名品牌10G誤碼儀做GRR相關(guān)性和重復(fù)性的驗(yàn)證，靈敏度GRR達(dá)到小于0.3，符合硬件認(rèn)證要求。

        在數(shù)據(jù)中心機(jī)房中，提供各種高速光通信端口的設(shè)備（服務(wù)器、交換機(jī)和HBA等）之間需要通過(guò)線纜連接在一起，共同運(yùn)作。那么如何解決任意兩種設(shè)備的互連呢？比如10G SFP+和40G QSFP+的設(shè)備。有源光纜QSFP+轉(zhuǎn)4個(gè)SFP+AOC的光互連產(chǎn)品成為實(shí)現(xiàn)和解決QSFP+和SFP+設(shè)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(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(jù)客戶對(duì)于兩端線纜長(zhǎng)度的需求，在MPO線纜中間加入分支器，實(shí)現(xiàn)一路40G光信號(hào)分為4路10G信號(hào)。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(jì)簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)交換機(jī)端口轉(zhuǎn)換。傳輸長(zhǎng)度達(dá)到1～100米的，對(duì)于分支器兩端的光纜長(zhǎng)度可以自由選擇。同理，120G CXP轉(zhuǎn)3個(gè)40G QSFP+的互連產(chǎn)品可以解決CXP和QSFP設(shè)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(zhuǎn)接。

結(jié)束語(yǔ)

        光互連產(chǎn)品的顯著優(yōu)勢(shì)使其成為數(shù)據(jù)中心集成商，設(shè)備商關(guān)注的重點(diǎn)，光互連產(chǎn)品大規(guī)模部署開(kāi)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(jì)算的共同發(fā)展趨勢(shì)。

        國(guó)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(jìn)有源光纜SFP+AOC、QSFP+AOC、CXP AOC的整體解決方案。

        國(guó)內(nèi)光互連還處于初級(jí)發(fā)展階段，研發(fā)技術(shù)和工藝的還不夠成熟，國(guó)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(yáng)是國(guó)內(nèi)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(yáng)開(kāi)始對(duì)光互連產(chǎn)品的基礎(chǔ)技術(shù)與工藝平臺(tái)進(jìn)行深入細(xì)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，用于多模40/100G光模塊和有源光纜（AOC）的生產(chǎn)。易飛揚(yáng)在2011年已經(jīng)率先開(kāi)發(fā)40GE QSFP+AOC模塊，陸續(xù)小批量供應(yīng)海外市場(chǎng)，至2013年伊始已開(kāi)始在國(guó)內(nèi)規(guī)模布署10G和40G有源光纜，當(dāng)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(guó)內(nèi)廠商將在未來(lái)的數(shù)據(jù)中心與云計(jì)算舞臺(tái)上逐步發(fā)揮出更大的價(jià)值。