同調光學技術促進資料中心互連網路轉型

頁數 1如需聯絡我們，請上網查詢 www.keysight.com 白皮書同調光學技術促進資料中心 互連網路轉型整合式光學技術和新標準，掀起了下一代資料中 心彼此互連的浪潮市場對網路傳輸之資料量與速度的要求持續成長。雲端服務、視訊串流、物聯網（IoT）、5G 連線等技術，則讓通訊網路面臨極大的壓力。特別是用於資料中心互連（DCI）的網路基礎設施，必須經過改進和轉變，才能支援前述技術的要求。現今的資料中心互連網路必須能提供更高的頻寬傳輸率，以確保能源效率。同調光學技術已被廣泛用於長距離通訊網路，但其成本過高，而且也不適合應用在 DCI 等短距離技術。不過隨著 400ZR 等整合式光學技術和標準持續演進，資料中心互連速度將可更上一層樓。利用同調光學技術，DCI 可在單一光纖線路上傳輸高達數 TB 的資料，並能針對日益增加的資料需求，提供更為靈活的處理方式。本文將探討下列三個重要趨勢：• 從同調光學轉換成資料中心互連• 整合式光學技術可支援 Tb 傳輸速度• 400ZR 提供經濟有效的替代方案 頁數 2如需聯絡我們，請上網查詢 www.keysight.com 從同調光學轉換成資料中心互連分散在不同地點的資料中心必須彼此溝通，以分享資料、平衡工作負載、提供備份，並在必要時提高資料中心容量。資料中心互連間的距離，通常不到 80 公里。採用開關鍵控 （OOK）調變技術與光學信令的傳統資料傳輸方式，可提供最高每秒 100 Gigabit（Gb/s）的傳輸速度。現在許多園區或都會區的分散式資料中心，皆需大幅提高互連容量，因而帶來對更快速、更有效率之資料中心互連傳輸的要求。同調光學傳輸技術可實現最快速且最有效的 DCI 互連傳輸。過去，同調光學技術僅適用於長距離通訊網路，在這樣的距離考量下，每位元的傳輸成本是可接受的。全新整合式光學和 400ZR 標準的發展，則讓同調光學技術成為建立高速資料中心互連架構的理想解決方案。更快速、更有效率的同調光學對網路供應商來說，安裝光纖線路往往是一筆十分大的開銷。同調光學運用正交振幅調變（QAM）等高階調變，在相同的光纖線路中提供極高的資料傳輸速率。QAM 會對光波的振幅和相位進行調變，以傳送信號，因此可藉由提升相關頻譜效率，大幅提高光纖線路容量。QAM 是一種二維格式，可對相位和振幅進行調變，執行方式為結合兩個光學頻率相同但相位偏移 90° 的載波。這些載波稱為同相（I）和正交（Q），其振幅需分別進行調變。標準表示法是 2n-QAM，代表每個符號傳送 n 個位元。例如，16-QAM 代表一個符號傳送 4 個位元，64-QAM 代表一個符號傳送 6 個位元。您可透過下列公式求得位元速率：位元速率 = 符號速率（符號/秒）x 編碼（位元/符號）x 極化（通常是 2）使用 16-QAM 和 64 gigabaud（GBaud）符號速率（或無負載的 50 GBaud），單一光載波的傳輸速率可達 400 Gb/s。 QAM 等高階調變可以讓您達成下列目標：• 更快速的資料傳輸速率• 更高的頻譜效率 頁數 3如需聯絡我們，請上網查詢 www.keysight.com 整合式光學可提供 Tb 傳輸速度光學技術通常使用各個單獨的離散元件，並透過各種耦合程序來進行互動，以建立完整的光學電路。整合式光學技術利用光學整合式電路（PIC）來簡化此程序。與電子整合電路相似，PIC 將多種光學功能整合在單一裝置中，並以光取代電來進行信號傳送。PIC 提供許多勝過傳統電路的優點，包含高頻寬、延伸波長分波多工、體積小巧、低功耗，以及更高的可靠度。PIC 和摩爾定律的尾聲摩爾定律觀察到，積體電路矽晶中可容納的電晶體數，每兩年就會增加一倍，但許多人認為此定律已接近尾聲。傳統晶片技術在縮小體積方面已達一定極限，也無法跟上資料中心處理速度的指數成長，以支援 5G、IoT 和自動駕駛汽車等新興技術。而 PIC 被視為因應矽晶技術限制的替代方案。製造 PIC 時會運用晶圓級技術和微影製程，來建立矽晶、磷化銦、二氧化矽或鈮酸鋰等基板材料上電路的三維影像。以矽光學技術為例，它會直接在矽晶片上部署光學功能。矽光學是一項令人振奮的技術，它善用成熟 CMOS 製程技術的高生產良率和傳輸速率，來提供平價且已量產的光學元件。Facebook、Google、Microsoft 等建構了超大規模資料中心的企業，紛紛計畫將速度提升為 Terabit。這些企業還需積極探尋可降低所需功率的方法，以維持資料中心運作，並有效地散熱。園區或都會區的資料中心更是如此。整合式光學技術運用 PIC 和 QAM 等光學調變技術，讓資料中心能在轉瞬間內以 Terabit 速率交換，並同時減少功耗。 頁數 4如需聯絡我們，請上網查詢 www.keysight.com 400ZR 提供經濟有效的替代方案過去只有在長距離時，光學同調技術才能發揮經濟效益，例如長距離交通運輸網路等。但隨著 400ZR 和 400GBASE-ZR 等新標準問世，使得同調光學技術得以運用於資料中心互連。光互連論壇（OIF）正在著手擬定 400ZR 網路部署合約。未來將可利用高密度分波多工（DWDM）和高階調變，透過最長 80 km 的資料中心互連鏈路，進行 400 gigabit Ethernet（GE）傳輸。400ZR 建議規格採用 16-QAM 和 60 GBaud 的符碼率。為了在最大功耗 15 W 和設備空間限制下達到此速率，光收發器需要緊密的光電整合，讓所有元件的規格和效能邊限變得更嚴格。為了讓尺寸變小，就需要小元件和低功耗。這些限制對數位信號處理器（DSP）和元件供應商形成挑戰。雖然 400ZR 規格並未加以定義，但光收發器的設計多半符合小型用戶端裝置的格式，例如小型可插拔（OSFP）或雙密度小型可插拔（DD-QSFP）規格。美國電機電子工程師學會（IEEE）正持續針對有線乙太網路實體層和資料鏈路層制定標準。IEEE 802.3ct 將運用 OIF 400ZR 規格來建立 400GBASE-ZR 標準，以實現於 DWDM 系統中，以最高 80 km 的單一波長達到 400 Gb/s 傳輸速率。OIF 400ZR 和 IEEE 802.3ct 標準皆有助於降低高頻寬資料中心互連的成本和複雜性，並確保光學模組製造商間的互通性。 400ZR 和 400GBASE-ZR 等新標準，讓網路業者能透過同調光學技術，邁向資料中心互連新 時代。 頁數 5如需聯絡我們，請上網查詢 www.keysight.com 本文件資訊如有修改，恕不另行通知。© Keysight Technologies, 2019, Published in USA, September 11, 2019, 5992-3899ZHA詳細資訊，請上網查詢：www.keysight.com有關是德科技電子量測產品、應用及服務的詳細資訊，可查詢我們的網站或來電洽詢。是德科技聯絡窗口：www.keysight.com/find/contactus資料中心互連的光明未來對資料中心互連來說，目前的銅纜佈線和使用 OOK 調變的光資料傳輸技術勉強夠用。但隨著 5G 和 IoT 等新興技術突飛猛進，網路訊務每年都在不斷增加。因此資料中心互連必須不斷進化，才能支援更高的資料傳輸速率，並確保分散式互連資料中心間的能源效率。對通常分隔距離小於 80 km 的資料中心互連來說，過去的同調光學技術成本過於高昂。新式光學整合電路和 400ZR 與 IEEE 802.3ct 等標準，可讓實體分離的資料中心以經濟有效方式，將速率提升到 400 Gb/s。這些標準將可確保分享資源、平衡工作負載和提高容量時的效率。然而，對元件和裝置製造商而言，相關測試是一大挑戰。驅動光學收發器的高速矽元件，其開發速度比光學元件慢一年左右。產生和分析具光缺損 16-QAM 64 GBaud 信號的測試設備，讓製造商得以測試其 Terabit 應用的元件與裝置。若想了解是德科技解決方案能如何幫助您處理光學與光子測試挑戰，請參閱以下資訊：• 請閱讀案例研究，了解同調光學元件測試如何讓 1.2 Tb 應用成為現實。• 若想準確且有效地測試收發器，以設計下一代高速互連時，請瀏覽光學和光子學網頁。