В условиях цифровизации высокоскоростная передача и обработка данных стали движущей силой технологического развития. Оптическая связь, являясь ключевым средством передачи информации, продолжает развиваться, удовлетворяя стремительный рост спроса на полосу пропускания. Среди этих достижений – оптический модуль LPO, обладающий уникальными технологическими преимуществами и ставший прорывом в области оптической связи.
I. Определение оптического модуля LPO
LPO означает
Сменная оптика с линейным приводом
, что переводится на китайский как «线性驱动可插拔光模块». Его основные особенности заключаются в сочетании
технология линейного привода
и
сменные характеристики
.
-
Подключаемые характеристики
: Подобно USB-устройствам, он поддерживает гибкую технологию plug-and-play, что значительно повышает удобство установки, обслуживания и модернизации оборудования, а также существенно сокращает эксплуатационные расходы и время простоя в таких сценариях, как центры обработки данных.
-
Технология линейного привода
: В этом заключается основное отличие LPO от традиционных оптических модулей. Традиционные оптические модули используют для обработки сигналов микросхемы цифровой обработки сигналов (ЦОС), которые потребляют много энергии и имеют высокую стоимость. В отличие от этого, в оптических модулях LPO микросхемы ЦОС не используются, а используется линейная аналоговая технология для прямого управления оптоэлектронными устройствами, что упрощает обработку сигналов и оптимизирует энергоэффективность.
II. Принцип работы оптического модуля LPO
Основная функция оптического модуля LPO — реализация эффективного преобразования электрических и оптических сигналов, при этом его рабочий процесс ориентирован на «упрощенную обработку»:
-
Передающий конец:
После получения электрического сигнала он обрабатывается высоколинейной микросхемой драйвера с функцией CTLE (Continuous Time Linear Equalization) для компенсации высокочастотного затухания при передаче. Затем лазер напрямую преобразует электрический сигнал в оптический, который передаётся по оптоволокну.
-
Принимающая сторона:
Оптический детектор преобразует полученный оптический сигнал в слабый электрический, который усиливается и выравнивается трансимпедансным усилителем (ТИА) с функцией эквализации (EQ). После восстановления целостности сигнала он передаётся на оконечное оборудование.
Весь процесс заменяет традиционно сложную обработку DSP простой компенсацией сигнала, что значительно снижает энергопотребление и затраты, обеспечивая при этом качество передачи.
III. Технические преимущества оптического модуля LPO
По сравнению с традиционными оптическими модулями преимущества LPO сосредоточены в трех измерениях: «низкое потребление, низкая стоимость и высокая эффективность»:
-
Низкое энергопотребление:
После удаления чипа DSP энергопотребление модуля 400G LPO может быть снижено до уровня ниже 4 Вт, что примерно на 50% ниже, чем у традиционных решений, что напрямую снижает счета за электроэнергию и расходы на охлаждение в центрах обработки данных.
-
Бюджетный:
Устранение дорогостоящего DSP-чипа снижает затраты на материалы на 15–20%. При этом упрощенная структура также снижает производственные затраты, закладывая основу для крупномасштабного применения.
-
Низкая задержка:
Благодаря исключению звена обработки DSP задержка сокращается с уровня наносекунд до уровня субнаносекунд, т.е. более чем на 30%, что идеально соответствует строгим требованиям реального времени для обучения ИИ, высокочастотной торговли и других сценариев.
-
Совместимость и гибкость:
Он сохраняет традиционный подключаемый корпус, обеспечивая полную совместимость с существующим сетевым оборудованием. Более того, он поддерживает скорости передачи данных от 100 до 800 Гбит/с и даже выше, адаптируясь к различным сценариям.
IV. Сценарии применения оптического модуля LPO
Благодаря своим уникальным техническим преимуществам оптические модули LPO демонстрируют высокую конкурентоспособность в следующих сценариях:
-
Внутренние соединения центра обработки данных:
В сценариях с короткими расстояниями от 100 метров до 2 километров его низкое энергопотребление и низкая стоимость позволяют эффективно удовлетворять потребности в соединениях между серверами и коммутаторами, повышая общую эффективность работы центров обработки данных.
-
Кластеры вычислительной мощности ИИ:
Функция низкой задержки точно соответствует интенсивным моделям связи при обучении ИИ, обеспечивая быструю передачу данных в кластерах на уровне 10 000 карт, избегая узких мест в сети и повышая общую производительность вычислительной мощности кластера.
V. Проблемы и меры противодействия оптическому модулю LPO
Несмотря на свои существенные преимущества, оптические модули LPO все еще нуждаются в преодолении следующих узких мест:
-
Ограничение дальности передачи:
Из-за отсутствия цифровой обработки сигналов дальность связи ограничена, и в настоящее время она применима в основном на средних и коротких расстояниях. Меры противодействия включают: внедрение технологии интеграции кремниевой фотоники и передовых процессов корпусирования для повышения стабильности сигнала, а также внедрение интеллектуальных алгоритмов компенсации для оптимизации характеристик передачи.
-
Высокие требования к точности изготовления:
Строгие требования к точности соответствия оптических устройств и параметров схем вынуждают предприятия совершенствовать возможности прецизионного производства и укреплять сотрудничество по всей производственной цепочке для унификации стандартов.
-
Вопросы стандартизации:
Отсутствие единых отраслевых стандартов влияет на совместимость и взаимодействие продукции разных производителей. В настоящее время отраслевые ассоциации и организации по стандартизации ускоряют разработку соответствующих технических спецификаций для содействия индустриализации.
VI. Перспективы развития оптического модуля LPO
С технологической итерацией постепенно проясняется направление развития оптических модулей LPO:
-
Постоянные технологические инновации:
Разработка более производительных оптических устройств, оптимизация схемотехнических решений и алгоритмов компенсации, а также интеграция новых технологий, таких как ИИ, для реализации интеллектуального управления и адаптивной настройки модулей.
-
Расширение областей применения:
Охватывая центры обработки данных и кластеры искусственного интеллекта, связь 5G, высокопроизводительные вычисления, интеллектуальный транспорт и другие сферы, мы помогаем различным отраслям достичь цифровой трансформации.
-
Многотехническое сотрудничество:
Формирование дополнительных преимуществ с помощью таких технологий, как CPO (Co-packaged Optics) и когерентная оптическая связь, для создания комплексных решений оптической связи, охватывающих короткие, средние и большие расстояния, удовлетворяя разнообразные потребности в передаче данных.
Упрощая технологию для достижения баланса производительности и стоимости, оптические модули LPO меняют технический ландшафт области оптической связи. Ожидается, что по мере постепенного решения существующих проблем они станут основным решением для высокоскоростной связи на короткие расстояния в будущем, обеспечивая ключевую поддержку развития цифровой экономики.
