Žinios

Renkantis tarp optinio sujungimo ir elektrinio sujungimo, nereikia paskelbti vienos technologijos greitesnei ar pažangesnei. Naudingas inžinerinis klausimas yra tai, kur kiekviena terpė telpa į reikalaujamą pralaidumo, pasiekiamumo, galios, tankio, delsos ir gyvavimo ciklo{1}}kaštų voką.

Elektrinės jungtys išlieka labai veiksmingos esant trumpam pasiekiamumui. Tiesą sakant, dabartinis OIF dirba toliau224 Gb/s-klasės elektrinės sąsajostaiko lusto-į-modulį, lustą-į-lustą ir galinio / vario-kabelio programas. Optiniai ryšiai tampa patrauklesni, nes didėja pasiekiamumas, bendras pralaidumas ir kabelių tankis, ypač kai elektros nuostoliai ir išlyginimas pradeda sunaudoti daugiau galios ir dizaino atsargos.

Šiame vadove abi lyginamos viso{0}}nuorodų lygmeniu ir pateikiami praktiniai perėjimo pavyzdžiai, o ne pasikliauti vienu universaliu atstumu.

Optinis ir elektrinis sujungimas trumpai

Kas yra elektros jungtis?

Elektrinis sujungimas perduoda duomenis per laidų kanalą, pvz., PCB pėdsaką, jungtį, galinę plokštę arba varinį kabelį. Siųstuvas paleidžia elektrinį signalą, o imtuvas atkuria duomenis, kai signalas praeina kanalu.

Elektrinis signalizavimas yra brandus ir gali būti labai efektyvus. Iššūkis yra tas, kad kanalu nėra taip pat lengva naudotis, nes didėja eismo juostų dažnis ir atstumas. Dėl slopinimo, varžos netolydumo, atspindžių, skersinio pokalbio ir triukšmo gali prireikti stipresnio siųstuvo išlyginimo, imtuvo išlyginimo, tiesioginės klaidos taisymo, pakartotinio nustatymo ar geresnių medžiagų.

OIF CEI-224G darbas aiškiai parodo esmę: elektra nėra mažo greičio sinonimas. CEI-224G-MR projektas nukreiptas į 144–232 Gb/s signalą per iki 500 mm PCB ir vieną jungtį, o CEI-224G-LR skirtas tam pačiam signalizacijos diapazonui iki 1000 mm galinėje plokštėje ir net dviejose jungtyse. Tai yra sąmoningai trumpi fiziniai kanalai, tačiau ypač dideli juostų rodikliai.

Įprastiems tinklo kabeliams varis išlieka naudingas ten, kur įdiegta sąsaja ir atstumas atitinka jo specifikacijas. HengtongoCat 6 pataisų laidų asortimentasyra vienas iš platesnės varinės ekosistemos, naudojamos trumpo nuotolio{0}}Ethernet ryšiui, pavyzdys.

Kas yra optinis sujungimas?

Optinė jungtis perduoda moduliuotą šviesą per skaidulą arba fotoninį bangolaidį. Praktinė sąsaja paprastai apima elektrinę sąsają, optinį siųstuvą arba moduliatorių, optinį kanalą, fotodetektorių ir imtuvo elektroniką:

Elektriniai duomenys → optinis siųstuvas → optinis kanalas → optinis imtuvas → elektriniai duomenys

Ta konversijos grandinė yra svarbi. Pačios skaidulos turi mažus nuostolius ir yra atsparios EMI, tačiau visas optinis ryšys vis tiek eikvoja energiją ir padidina diegimo sudėtingumą. Todėl teisingas palyginimas nėra varinis kabelis ir plikas pluoštas; tai viena ištisa siųstuvo-kanalo-imtuvo architektūra prieš kitą.

Įgyvendinimas taip pat keičiasi atsižvelgiant į atstumą.Daugiamodis pluoštasyra plačiai naudojamas trumpo{0}}pasiekimo optinėms nuorodoms, tuo tarpuvieno{0}}modo šviesolaidispalaiko ilgesnio-pasiekiamumo ir didelės{1}}pajėgumo architektūras. Įrangos lygiu optinės jungtys priklauso nuo tokių komponentų kaipdidelės spartos{0}}optiniai siųstuvai-imtuvai ir optiniai komponentai.

Šeši skirtumai, kurie svarbūs realiame sistemos projekte

1. Pralaidumas ir pasiekiamumas turi būti vertinami kartu

Vien tik juostos plotis neapsprendžia terpės. Labai didelės spartos{1}}elektros juosta gali gerai veikti per griežtai kontroliuojamą trumpą kanalą, o optika gali išlaikyti didelį bendrą pralaidumą daug didesniais atstumais.

Dvi standartų šeimos iliustruoja masto skirtumą. OIF CEI-224G elektros projektai skirti 144–232 Gb/s signalizavimui per sub-metrio plokštės / galinės plokštės kanalus. Kalbant apie optinę pusę, IEEE P802.3bs 400 GbE bazinės linijos apima 400 GBASE-DR4 mažiausiai 500 m vieno-mode skaidulų, 2 km vieno-mode-pluošto objektyvą ir 10 km vienomo{{18}objektyvą{0}. Tai nėra tiesioginiai pakeitimai „vienas už vieną“, tačiau jie parodo, kodėl universalus „perėjimo atstumas“ yra klaidinantis: atsakymas priklauso nuo sąsajos kartos ir nuorodos klasės.

TheIEEE P802.3bs bazinė santraukayra naudinga, kai projektavimo komandai reikia susieti tikslinį duomenų-sugebėjimą su faktine pasiekiamumo klase, o ne naudoti neaiškias frazes, pvz., „didelis greitis“ arba „ilgas atstumas“.

2. Signalo vientisumas tampa kitokia problema

Elektros jungtys turi valdyti įterpimo praradimą, grąžinimo praradimą, atspindžius, perjungimą ir EMI. Didelės spartos kanalai dažnai priklauso nuo tikslaus varžos valdymo, jungties konstrukcijos, SerDes išlyginimo ir kanalo modeliavimo.

Šviesolaidis pašalina kelias elektros{0}}kanalo problemas. Jis nepraleidžia elektros srovės ir nėra jautrus EMI, kaip varis. Tai gali būti lemiama elektros triukšmingoje aplinkoje arba kai daug didelės spartos{3}}kanalų turi eiti per uždarą erdvę.

Optika nepanaikina inžinerinio sudėtingumo; tai keičia sudėtingumą. Optiniai dizaineriai turi valdyti lazerio ar šaltinio integravimą, sujungimo praradimą, jungties švarumą, išlygiavimą, fotodetekciją, šiluminį elgesį ir optinę pakuotę.

3. Power turi crossover, o ne visuotinį nugalėtoją

Trumpas elektros ryšys gali būti labai efektyvus{0}}, nes išvengiama optinio konvertavimo. Tačiau elektros kanalui kietėjant, gali prireikti daugiau išlyginimo, perreguliavimo arba aktyvios kabelinės elektronikos. Optinės jungtys suteikia savo lazerio, moduliatoriaus ir imtuvo galią.

Štai kodėl energija vienam bitui yra naudingesnė nei klausti, ar „pluoštas naudoja mažiau energijos“.OIF sistemos{0}}tiekėjo reikalavimai energiją taupančioms{1} sąsajomspateikite naudingų inžinerinių tikslų, o ne universalų teiginį: vienas priekinio-galinio optinio-sujungimo atvejis reikalauja mažiau nei 10 pJ/bit optiniam varikliui ir lazeriui, o užpakalinio-galinio sujungimo atvejis siekia gerokai mažiau nei 4 pJ/bit. Tai yra projektavimo reikalavimai ir tikslai, o ne kiekvieno optinio gaminio matavimai.

Tame pačiame OIF dokumente taip pat atskiriamos diegimo skalės: priekinių{0}}duomenų-centrų jungtys gali apimti maždaug 0–500 m, o kartais ir 2 km; galinės-galinės greitintuvo jungtys gali išsiplėsti iki maždaug 300 m; o vietinės skaičiavimo jungtys aprašytos 7–10 m diapazone. Tai praktiškesnis būdas galvoti apie krosoverį, nei ieškoti vieno stebuklingo atstumo.

4. Vėlavimas priklauso nuo visos nuorodos

Optinis neturėtų būti automatiškai traktuojamas kaip mažesnė{0}}delsos parinktis. Platinimas yra tik dalis nuo pabaigos-iki-pabaigos delsos. Optinis ryšys gali apimti moduliavimą, elektros{5}}į-optinį konvertavimą, fotodetekciją, FEC ir imtuvo apdorojimą. Elektrinė jungtis gali apimti nuoseklumą, išlyginimą, FEC ir remerius.

Jei delsa yra konstrukcijos apribojimas, palyginkite visą kelią nuo siųstuvo iki imtuvo, įskaitant kiekvieną reterio, DSP ir FEC etapą. Trumpesnis fizinis kelias su sunkesniu apdorojimu gali prarasti ilgesnį kelią su paprastesniu duomenų keliu.

5. Tankis, kabelių masė ir oro srautas tampa sistemos apribojimais

Kalbant apie mastą, problema yra ne tik tai, kiek gigabitų neša viena nuoroda. Tai, kiek pralaidumo gali praeiti pro priekinę plokštę, kabelių dėklą, stovą ar jungiklių paketą, neužblokuodamas oro srauto ir neužimdamas per daug vietos.

Šviesolaidis gali perduoti didelį bendrą pralaidumą palyginti mažame kabelio skerspjūvyje{0}}. Lygiagrečios-optikos architektūrose taip pat naudojamas kelių-pluošto ryšys, pvzMPO/MTP produktai, kurie yra įprasti didelio{0}}tankio duomenų-centrų kabeliuose.

6. Kaina keičiasi, kai nuo komponentų kainos pereinate prie gyvavimo ciklo sąnaudų

Elektrinės jungtys dažnai laimi dėl pradinių komponentų kainos, esant trumpam pasiekiamumui. Optinės nuorodos papildo siųstuvus-imtuvus, optines sąsajas ir skaidulinio{1}}valdymo reikalavimus. Tai nereiškia, kad optika automatiškai turi mažesnę bendrą kainą.

Naudingas TCO palyginimas turėtų apimti:

• kabelio, jungties ir siųstuvo-imtuvo kaina;
• laikmatis, AEC arba signalo{0}}kondicionavimo elektronika;
• jungiklio ir NIC prievado maitinimas;
• aušinimas, susijęs su jungties elektronika;
• prievado tankis ir priekinės plokštės apribojimai;
• įrengimo ir priežiūros pastangos;
• atnaujinimo ciklai ir ar įdiegta laikmena gali palaikyti būsimas sąsajas.

Užuot manydami, kad vienos terpės TCO yra mažesnė, palyginkite faktinį prievadų skaičių, pasiekiamumą ir numatomą atnaujinimo horizontą.

Kai elektros sujungimas paprastai yra geresnis pasirinkimas

Elektros jungtis paprastai teikiama pirmenybė, kai kanalas yra fiziškai trumpas, o pasirinkta elektrinė sąsaja turi patogią signalo{0}}vientisumo ribą.

• Pakuotės, lentos arba važiuoklės viduje:elektros jungtys išvengia nereikalingos optinės konversijos ir naudoja brandžią dizaino ekosistemą.
• Trumpas kabelis eina pagal nustatytą vario standartą:varis gali būti paprastas, nebrangus ir lengvai aptarnaujamas.
• Maitinimas turi eiti su jungtimi:vis dar reikalinga laidžioji infrastruktūra. Jei projektui reikia ir optinių duomenų, ir galios vienoje kabelio konstrukcijoje, afotoelektrinis kompozitinis kabelisgali sujungti šviesolaidžius ir elektros laidininkus, tačiau pačios optinės skaidulos neperduoda elektros energijos.
• Reikalingas pralaidumas yra patogiai mažesnis už elektros kanalo ribą:optikos pridėjimas nesukuria vertės, jei esama elektros jungtis jau atitinka pasiekiamumo, galios ir tankio tikslus.

Kai optinis sujungimas tampa stipresniu pasirinkimu

Optikos atvejis sustiprėja, kai vienu metu atsiranda keli apribojimai, o ne tada, kai vienas skaičius peržengia fiksuotą slenkstį.

• Pasiekiamumas juda nuo plokštės / važiuoklės skalės link stovo, eilės ar duomenų{0}}centro skalės.
• Bendras pralaidumas auga greičiau nei turima elektros kanalo riba.
• Laiko nustatymas, išlyginimas arba aktyvioji varinė elektronika sunaudoja nepriimtiną energijos biudžeto dalį.
• EMI, perjungimo ar įžeminimo apribojimus sunku valdyti.
• Uosto tankis, kabelio tūris arba oro srautas tapo fizine projektavimo riba.
• Tikimasi, kad kabelių gamykla palaikys kelias ateities kartos didelės spartos{0}} sąsajas.

Šios sąlygos būdingos didelio{0}}tankio skaičiavimams irduomenų{0}}centro ryšį, kur ta pati sistema gali naudoti elektrinius ryšius serveriuose ir optinius ryšius tarp stovų arba perjungimo sluoksnių.

Perėjimo taškas: naudokite pasiekiamumo – pralaidumo – galios matricą

Nėra universalaus atstumo, kur sustoja varis ir prasideda optika. Geresnis būdas yra klasifikuoti ryšį pagal fizinį mastelį ir tada patikrinti, ar elektrinis diegimas vis dar turi atsargų.

Konkrečiai dirbtinio intelekto / HPC atveju OIF energiją{0}}efektyvios-sąsajos reikalavimai pateikia priekinės-galinės-galinės ir vietinio skaičiavimo nuorodas skirtingose ​​pasiekiamumo ir galios kategorijose. Hengtongo vadovasvario ir pluošto AI duomenų centruosegali būti naudojamas kaip tolesnis-skaitymas, kai sprendimas yra susietas su AI klasterio architektūra, o ne su bendruoju tinklu.

Optinės ir elektrinės jungtys paprastai veikia kartu

Daugelis šiuolaikinių sistemų yra hibridinės. Elektrinis signalizavimas išlieka efektyvus šalia procesorių, atminties, jungiklių ASIC ir kitos elektronikos. Nuoroda pereina į optiką, kur atstumas, pralaidumo tankis arba signalo vientisumo slėgis pateisina konversiją.

Perėjimo taškas taip pat juda. OIF ko-pakavimo darbas apibrėžia 3,2 Tb/s ko-supakuotą modulį Ethernet perjungimo programoms ir siekia maždaug 140 Gb/s vienam krašto pralaidumo milimetrui. Platesnė pramonės kryptis yra sumažinti didelės spartos{6}}elektrinio kelio tarp ASIC ir optinio variklio ilgį, o ne visiškai panaikinti elektrinį signalizavimą.

TheOIF 3.2T bendro -pakavimo diegimo sutartisyra naudinga nuoroda norint suprasti, kodėl „optinis ir elektrinis“ vis dažniau tampa architektūrinio išdėstymo klausimu.

Dažnos klaidingos nuomonės

"Optinė visada yra greitesnė."

Ne. Optinė turi didelių pralaidumo ir pasiekiamumo pranašumų, tačiau našumas nuo galo priklauso nuo siųstuvo, imtuvo, DSP, FEC ir protokolo. Trumpa elektrinė sąsaja gali atitikti tuos pačius taikymo reikalavimus su mažiau konversijos etapų.

"Optinė visada naudoja mažiau energijos."

Ne. Trumpa elektros jungtis gali būti itin efektyvi. Optinis tampa patrauklesnis, kai visam elektriniam diegimui reikia esminio išlyginimo, perreguliavimo ar aktyvios kabelinės elektronikos. Palyginkite pJ/bit, kad gautumėte visą nuorodą.

"Varis yra pasenęs".

Ne. OIF aktyviai apibrėžia 224 Gb/s-klasės elektrines sąsajas naujos-kartos sistemoms. Elektros jungtys išlieka būtinos šalia skaičiavimo ir įrangos viduje.

"Optinis sujungimas reiškia tik šviesolaidį."

Ne. Optinė nuoroda apima elektro-optinius komponentus, pakuotę ir elektroniką. Šviesolaidis gali būti mažiausio{3}}praradimo kanalo dalis, tačiau tai nėra visa sistema.

Dažnai užduodami klausimai

Kokiu atstumu elektrinis sujungimas turėtų būti pakeistas optiniu?

Universalaus atstumo nėra. Esant labai dideliam eismo juostų dažniui, elektros standartai gali būti optimizuoti mažesniem Sprendime turėtų būti derinamas pasiekiamumas, eismo juostos dažnis, bendras pralaidumas, galia, tankis ir kaina.

Ar optinis ryšys geresnis AI duomenų centrams?

Dažnai tai svarbu siekiant išplėsti-ir didelio-tankio jungtis, tačiau elektrinės jungtys vis tiek dominuoja daugelyje trumpų jungčių, esančių šalia greitintuvų ir jungiklio silicio. Dabartiniuose OIF reikalavimuose priekinės-galinės, galinės-galinės ir vietinės skaičiavimo jungtys aiškiai laikomos skirtingomis dizaino erdvėmis.

Ar optinis sujungimas sumažina delsą?

Ne automatiškai. Optinis sklidimas yra tik viena delsos dalis. Konversija, DSP ir FEC gali būti svarbūs tiek pat, kiek terpė. Palyginkite visą duomenų kelią.

Ar optinis sujungimas tiekia elektros energiją?

Optinis pluoštas neturi. Reikalingas atskiras laidininkas. Hibridinis arba fotoelektrinis kompozitinis kabelis gali įdėti optines skaidulas ir elektros laidininkus į tą pačią kabelio konstrukciją, kai reikia duomenų ir maitinimo.

Kokia metrika yra naudingiausia norint palyginti galią?

Naudokite visą{0}}nuorodos energiją vienam bitui kartu su visa prievado galia ir aušinimo poveikiu. Vien tik komponentų galia gali paslėpti retimerio, DSP, lazerių ar aktyviosios kabelinės elektronikos išlaidas kitur.

Ar kartu supakuota optika{0}} pakeis prijungiamą optiką ir elektros jungtis?

Ne kaip universalus pakaitalas. Supakuota optika yra viena architektūra, skirta optiniam varikliui priartėti prie perjungimo arba skaičiavimo silicio. Prijungiama optika, aktyvūs elektros kabeliai, pasyvūs variniai ir plokštės{3}}lygio elektros jungtys ir toliau atitiks skirtingus pasiekiamumo, tinkamumo, kainos ir galios reikalavimus.

Final Takeaway

Elektrinis sujungimas stipriausias ten, kur fizinis kanalas trumpas, sąsaja turi pakankamą signalo{0}}vientisumo ribą ir svarbu paprastumas arba maža pradinė kaina. Optinis sujungimas tampa patrauklesnis, nes pasiekiamumas, bendras pralaidumas, EMI atsparumas ir dažnių juostos pločio tankis stumia elektros kanalą link didesnio išlyginimo, perreguliavimo ar aktyvios{2}}kabelio galios.

Todėl krosoveris nėra fiksuotas metrų skaičius. Tai taškas, kai visa elektros jungtis nebeatitinka reikiamo pralaidumo, pasiekiamumo, galios, tankio, delsos ir gyvavimo ciklo{1}}kaštų su patogia marža.

Pirmiausia apibrėžkite tuos apribojimus. Tada palyginkite visas elektrines ir optines architektūras ta pačia duomenų perdavimo sparta ir pasiekiamumu. Daugelyje didelio našumo{2}}sistemų geriausias dizainas nėra optinis ar elektrinis atskirai; tai sąmoningas perėjimas nuo elektrinio signalizavimo šalia silicio prie optinio signalizavimo, kai tai pateisina atstumas ir pralaidumo tankis.