Az optikai összeköttetés és az elektromos összekapcsolás közötti választás nem azt jelenti, hogy egy technológiát gyorsabbnak vagy fejlettebbnek kell nyilvánítani. A hasznos mérnöki kérdés az, hogy az egyes médiumok hol férnek el a szükséges sávszélességen, elérésen, teljesítményen, sűrűségen, késleltetésen és életciklus{1}}költségen belül.
Az elektromos csatlakozások rendkívül hatékonyak maradnak rövid hatótávolságon is. Valójában a jelenlegi OIF tovább dolgozik224 Gb/s-osztályú elektromos interfészekchip-to-modul, chip-to-chip és hátlap/réz-kábel alkalmazásokat célozza meg. Az optikai kapcsolatok egyre vonzóbbá válnak az eléréssel, az összesített sávszélesség és a kábelsűrűség növekedésével, különösen akkor, ha az elektromos veszteség és a kiegyenlítés több energiát és tervezési tartalékot fogyaszt.
Ez az útmutató összehasonlítja a kettőt a teljes{0}}link szintjén, és gyakorlati keresztezési példákat ad, ahelyett, hogy egyetlen univerzális távolságra hagyatkozna.
Optikai és elektromos összekapcsolás egy pillantásra
| Tényező | Elektromos összeköttetés | Optikai összeköttetés |
|---|---|---|
| Átviteli közeg | PCB-nyomok, hátlapok, twinax, csavart érpár vagy egyéb vezető utak | Többmódusú szál, egy{0}}módusú szál vagy fotonikus hullámvezetők |
| Legismertebb-erősség | Rövid{0}}elérésű egyszerűség, kiforrott ökoszisztéma és alacsony komponensköltség | Nagy sávszélesség a hosszabb hatótávon, EMI-tűrés és nagy kábelsűrűség{0}}hatékonyság |
| Nagy{0}}sebességű elérési nyomás | Veszteség, visszaverődés és áthallás növekszik a frekvenciával és a csatorna hosszával | A Fiber támogatja a nagy sebességű{0}}kapcsolatokat az adatközponttól{1}}nagyobb távolságig |
| Jelkondicionálás | Szükség lehet kiegyenlítésre, időzítőkre, fejlett SerDekre és alacsony{0}}veszteségű anyagokra | E/O és O/E konverziót igényel; időzített vagy lineáris optikai architektúrák használhatók |
| EMI | Kezelni kell | Az optikai átviteli közeg immunis az elektromágneses interferenciára |
| Hatalom | Gyakran nagyon hatékony rövid hatótávolságon; a teljesítmény emelkedhet a kiegyenlítés és az újraszabályozás növekedésével | Tartalmazza a lézert, a modulátort, a vevőt és a konverziós rezsit; előnyre tehet szert, ha az elektromos elérés bitenkénti wattban drágává válik |
| Erőátvitel | A vezető infrastruktúra megfelelő architektúrákban képes hatalmat szállítani | Maga az optikai adatút nem szolgáltat elektromos áramot |
| Tipikus telepítés | Csomagok belsejében, táblák, alváz és rövid kábelek | Állvány, sor, fürt, adat{0}}központi és hosszabb{1}}elérési linkek; a fejlett architektúrákban egyre közelebb kerül a számításokhoz |
Mi az elektromos összeköttetés?
Az elektromos összeköttetés egy vezetőképes csatornán, például PCB nyomvonalon, csatlakozón, hátlapon vagy rézkábelen keresztül továbbítja az adatokat. Az adó elektromos jelet bocsát ki, a vevő pedig rekonstruálja az adatokat, miután a jel áthaladt a csatornán.
Az elektromos jelzés kiforrott és nagyon nagy teljesítményre képes. A kihívás az, hogy a csatorna nem marad egyformán könnyen használható a sávarány és a távolság növekedésével. A csillapítás, az impedancia folytonossági zavarai, a visszaverődések, az áthallás és a zaj erősebb adókiegyenlítést, vevőkiegyenlítést, továbbítási hibajavítást, újraszabályozást vagy jobb anyagokat igényelhetnek.
Az OIF CEI-224G munkája egyértelműen rávilágít: az elektromosság nem egyet jelent az alacsony sebességgel. A CEI-224G-MR projekt 144-232 Gb/s jelzést céloz meg akár 500 mm-es PCB-n és egy csatlakozón keresztül, míg a CEI-224G-LR ugyanazt a jelzési tartományt célozza meg akár 1000 mm-es hátlapon és akár két csatlakozón keresztül. Ezek szándékosan rövid fizikai csatornák, de rendkívül magas sávarányok.
A hagyományos hálózati kábelezéshez a réz továbbra is hasznos, ha a telepített interfész és a távolság megfelel a specifikációnak. Hengtong-féleCat 6 patch kábelcsaládegy példa a tágabb réz ökoszisztémára, amelyet a rövid{0}}hatótávolságú Ethernet-kapcsolathoz használnak.
Mi az optikai összeköttetés?
Az optikai összeköttetés modulált fényt hordoz szálon vagy fotonikus hullámvezetőn keresztül. A gyakorlati kapcsolat általában tartalmaz egy elektromos interfészt, optikai adót vagy modulátort, optikai csatornát, fotodetektort és vevő elektronikát:
Elektromos adatok → optikai adó → optikai csatorna → optikai vevő → elektromos adatok
Ez a konverziós lánc számít. A Fiber önmagában alacsony veszteséggel rendelkezik, és immunis az EMI-re, de a teljes optikai kapcsolat továbbra is fogyaszt energiát, és bonyolultabbá teszi a megvalósítást. A helyes összehasonlítás tehát nem a rézkábel és a csupasz szál; ez egy teljes adó-csatorna-vevő architektúra a másikkal szemben.
A megvalósítás is változik a távolsággal.Multimódusú szálszéles körben használják rövid{0}}elérésű optikai linkekhez, mígegymódusú{0}}szálas száltámogatja a hosszabb-elérésű és nagy{1}}kapacitású architektúrákat. A berendezés szintjén az optikai kapcsolatok olyan alkatrészektől függenek, mint plnagy sebességű-optikai adó-vevők és optikai alkatrészek.
Hat különbség, ami számít a valós rendszertervezésben
1. A sávszélességet és az elérést együtt kell értékelni
A sávszélesség önmagában nem dönti el a közeget. A nagyon nagy sebességű{1}}elektromos sáv jól működik egy szigorúan szabályozott rövid csatornán, míg az optika képes fenntartani a nagy összesített sávszélességet sokkal nagyobb távolságokon.
Két szabványcsalád illusztrálja a skálakülönbséget. Az OIF CEI-224G elektromos projektjei 144–232 Gb/s-os jelzést adnak az al-méteres kártya/hátlap csatornáin keresztül. Az optikai oldalon az IEEE P802.3bs 400 GbE alapvonalai 400 GBASE-DR4-et tartalmaznak legalább 500 m egy-módusú optikai szálhoz, egy 2 km-es egy-módusú-szálas objektívet és egy 10 km-es egymódusú-objektívet. Ezek nem közvetlen, egy az egyért cserék, de megmutatják, miért félrevezető az univerzális „keresztezési távolság”: a válasz az interfész generációjától és a hivatkozási osztálytól függ.
| Szemléltető interfész osztály | Adat-díjosztály | Érje el a példát | Amit szemléltet |
|---|---|---|---|
| OIF CEI-224G-MR elektromos | 144–232 Gb/s jelzés sávonként | Akár 500 mm-es PCB, akár egy csatlakozó | A nagyon magas sávsebesség elektromos maradhat, ha az elérést szorosan korlátozzák |
| OIF CEI-224G-LR elektromos | 144–232 Gb/s jelzés sávonként | Akár 1000 mm-es hátlap, legfeljebb két csatlakozó | Az elektromos hatótávolság meghosszabbítható, de a csatorna költségvetését gondosan ellenőrzik |
| IEEE 400GBASE-DR4 optikai | 400 Gb/s összesített | Legalább 500 m SMF | Nagy összesített sávszélesség az adat{0}}központi-léptékű eléréshez képest |
| IEEE 400GbE optikai családok | 400 Gb/s összesített | 2 km és 10 km SMF célok | Az optikai hatótáv messze túlmutat a tábla és a passzív{0}}rézcsatorna osztályokon |
AIEEE P802.3bs alapvonal összefoglalóakkor hasznos, ha egy tervezőcsapatnak egy adatsebesség-célt kell összekapcsolnia egy tényleges elérési osztályhoz, ahelyett, hogy homályos kifejezéseket használna, például "nagy sebesség" vagy "nagy távolság".
2. A jel integritása más problémává válik
Az elektromos kapcsolatoknak kezelniük kell a beillesztési veszteséget, a visszatérési veszteséget, a visszaverődéseket, az áthallást és az EMI-t. A nagy-sebességű csatornák gyakran a pontos impedanciaszabályozáson, a csatlakozó kialakításán, a SerDes-kiegyenlítésen és a csatornaszimuláción múlnak.
Az üvegszál számos elektromos csatornával kapcsolatos problémát{0}}eltávolít. Nem vezet elektromos áramot, és a rézhez hasonlóan nem érzékeny az EMI-re. Ez döntő lehet elektromosan zajos környezetben, vagy amikor sok nagy sebességű-csatornának kell áthaladnia egy szűk helyen.
Az optika nem szünteti meg a mérnöki bonyolultságot; megváltoztatja a komplexitást. Az optikai tervezőknek kezelniük kell a lézer- vagy forrásintegrációt, a csatolási veszteséget, a csatlakozók tisztaságát, az igazítást, a fényérzékelést, a hőkezelést és az optikai csomagolást.
3. A hatalomnak keresztezése van, nem egyetemes győztese
Egy rövid elektromos kapcsolat nagyon energiahatékony lehet,{0}} mert elkerüli az optikai átalakítást. Ahogy azonban az elektromos csatorna keményebbé válik, több kiegyenlítésre, újraszabályozásra vagy aktív kábelelektronikára lehet szükség. Az optikai linkek saját lézer-, modulátor- és vevőteljesítményt vezetnek be.
Ez az oka annak, hogy a bitenkénti energia hasznosabb, mint azt kérdezni, hogy „a szál kevesebb energiát használ-e”.Az OIF rendszer{0}}szállítói követelményei az energiahatékony{1} interfészekre vonatkozóanaz univerzális állítás helyett adjon hasznos mérnöki célokat: az egyik elülső-optikai-összeköttetési eset kevesebb mint 10 pJ/bitet igényel az optikai motor és a lézer esetében, míg a hátsó-végű összekapcsolási eset jóval 4 pJ/bit alatti. Ezek tervezési követelmények és célok, nem garantált mérések minden optikai termék esetében.
Ugyanez az OIF-dokumentum szétválasztja a telepítési skálákat is: az elülső-adat- a hátulsó-gyorsító összeköttetések körülbelül 300 m-ig terjedhetnek; és a helyi számítási összeköttetéseket a 7–10 m-es tartományban írják le. Ez praktikusabb módja a crossover gondolkodásának, mint egyetlen varázstávolság keresése.
4. A késleltetés a teljes hivatkozástól függ
Az optikai értéket nem szabad automatikusan alacsonyabb-késési időként kezelni. A terjedés csak egy része a végétől-végéig-végig tartó várakozási időnek. Az optikai kapcsolat tartalmazhat modulációt, elektromos -optikai átalakítást, fényérzékelést, FEC-et és vevőfeldolgozást. Egy elektromos kapcsolat tartalmazhat sorozást, kiegyenlítést, FEC-et és újrakapcsolókat.
Ha a késleltetés tervezési megkötés, hasonlítsa össze az adótól a vevőig tartó teljes utat, beleértve az összes időmérő, DSP és FEC fokozatot. A nehezebb feldolgozással rendelkező rövidebb fizikai út elveszítheti az egyszerűbb adatúttal rendelkező hosszabb utat.
5. A sűrűség, a kábelek tömege és a légáramlás rendszerkorlátokká válnak
Méretben nem csak az a kérdés, hogy egy link hány gigabitet hordoz. Ez azt jelenti, hogy mekkora sávszélesség tud áthaladni egy előlapon, kábeltálcán, állványon vagy kapcsolócsomagon anélkül, hogy akadályozná a légáramlást vagy túl sok teret vesz fel.
A szál nagy összesített sávszélességet képes szállítani viszonylag kis kábelkeresztmetszetben{0}}. A párhuzamos-optikai architektúrák többszálas-kapcsolatot is használnak, mint plMPO/MTP termékek, amelyek gyakoriak a nagy-sűrűségű adat-központi kábelezésben.
6. A költségek megváltoznak, amikor az alkatrészárról az életciklus-költségre vált
Az elektromos kapcsolatok gyakran nyernek a kezdeti alkatrész költségén, rövid elérhetőségnél. Az optikai linkek adó-vevőket, optikai interfészeket és száloptikai{1}}kezelési követelményeket adnak hozzá. Ez nem jelenti azt, hogy az optika méretarányos összköltsége automatikusan alacsonyabb.
A hasznos TCO-összehasonlításnak tartalmaznia kell:
- kábel, csatlakozó és adó-vevő költsége;
- időkapcsoló, AEC vagy jel{0}}kondicionáló elektronika;
- kapcsoló és NIC port tápellátása;
- linkelektronikához kapcsolódó hűtés;
- a portsűrűség és az előlap korlátozásai;
- telepítési és karbantartási erőfeszítések;
- frissítési ciklusokat, és azt, hogy a telepített adathordozó támogatni tudja-e a jövőbeni interfészeket.
Ahelyett, hogy azt feltételeznénk, hogy egy médium alacsonyabb TCO-val rendelkezik, építse fel az összehasonlítást a tényleges portszám, elérés és a várható frissítési horizont köré.
Amikor általában az elektromos összekapcsolás a jobb választás
Az elektromos csatlakozást általában akkor részesítik előnyben, ha a csatorna fizikailag rövid, és a kiválasztott elektromos interfésznek kényelmes jel{0}}integritási határa van.
- Csomag, tábla vagy alváz belsejében:Az elektromos kapcsolatok elkerülik a szükségtelen optikai átalakítást, és kiforrott tervezési ökoszisztémát használnak.
- Rövid kábelek a bevett réz szabvány szerint:A réz lehet egyszerű, olcsó és könnyen szervizelhető.
- Az áramnak a csatlakozással együtt kell haladnia:vezető infrastruktúrára továbbra is szükség van. Ha egy projektnek optikai adatokra és tápellátásra is szüksége van egy kábelkonstrukcióban, afotoelektromos kompozit kábelkombinálni tud szálas és elektromos vezetőket, de maguk az optikai szálak nem hordoznak elektromos áramot.
- A szükséges sávszélesség kényelmesen az elektromos csatorna határértéke alatt van:az optika hozzáadása nem teremt értéket, ha a meglévő elektromos kapcsolat már teljesíti az elérési, teljesítmény- és sűrűségcélokat.
Amikor az optikai összekapcsolás lesz a legerősebb választás
Az optika esete erősebbé válik, ha több kényszer jelenik meg egyszerre, nem pedig akkor, ha egy szám átlép egy rögzített küszöböt.
- Az elérés a tábla/váz skálájáról a rack-, sor- vagy adatközponti{0}}skála felé halad.
- Az összesített sávszélesség gyorsabban növekszik, mint a rendelkezésre álló elektromos csatorna határértéke.
- Az újraidőzítés, a kiegyenlítés vagy az aktív réz elektronika elfogadhatatlan részét fogyasztja az energiaköltségvetésből.
- Az EMI, az áthallás vagy a földelési korlátok nehezen kezelhetők.
- A portsűrűség, a kábelek tömege vagy a légáramlás fizikai tervezési korláttá vált.
- A kábelgyártó üzem várhatóan támogatni fogja a nagy sebességű{0}}interfészek több jövőbeli generációját.
Ezek a feltételek gyakoriak a nagy-sűrűségű számítástechnikában ésadatközpont{0}}kapcsolat, ahol ugyanaz a rendszer használhat elektromos kapcsolatokat a szervereken belül, és optikai kapcsolatokat az állványok vagy kapcsolórétegek között.
A keresztezési pont: Használjon elérés-sávszélesség-teljesítmény mátrixot
Nincs univerzális távolság, ahol a réz megáll és az optika elkezdődik. Jobb megközelítés, ha a kapcsolatot fizikai skála szerint osztályozzuk, majd megvizsgáljuk, hogy az elektromos megvalósításnak van-e még tartaléka.
| Csatlakozási skála | Elektromos tok | Amikor az optika hízik |
|---|---|---|
| Csomag/tábla, centimétertől kb. 1 m-ig | Általában erős; Az OIF kifejezetten ezekhez a csatornákhoz definiál 112G{1}} és 224G-osztályú elektromos interfészt | Az I/O-sűrűség esetén a bitenkénti energia vagy a csomagkilépés válik az elsődleges korláttá |
| Belső rack / szomszédos állványok, több méter | A DAC, AEC és más elektromos opciók működhetnek az interfésztől és az energiatakarékosságtól függően | Amikor az összesített sávszélesség, a tömeges kábel vagy az aktív{0}}kábel teljesítménye nehezen skálázható |
| Klaszter / sor, több tíz-száz méter | Az elektromos választási lehetőségek szűkülnek a hatótávolság növekedésével | Az optikát gyakran előnyben részesítik a sávszélesség-sűrűség, az EMI-tűrés és az elérés szempontjából |
| Adatközpont{0}}elülső rész, több száz métertől kilométerig | Nem a nagy sebességű{0}}kártya/réz összeköttetések szokásos tartománya | Az optikai Ethernet családokat 500 m, 2 km, 10 km és hosszabb elérési osztályokhoz tervezték |
Kifejezetten a mesterséges intelligencia/HPC esetében az OIF energiahatékony-hatékony-interfész-követelményei különböző elérési és teljesítménykategóriákba helyezik a front-back- és a helyi számítási hivatkozásokat. Hengtong útmutatójaréz versus szál az AI adatközpontokbanolvasásaként használható, ha a döntés az AI-fürt architektúrához kötődik, nem pedig az általános hálózathoz.
Az optikai és elektromos összeköttetések általában együtt működnek
Sok modern rendszer hibrid kialakítású. Az elektromos jelzések hatékonyak maradnak a processzorok, a memória, a kapcsoló ASIC-k és más elektronikák közelében. A kapcsolat áttér az optikára, ahol a távolság, a sávszélesség-sűrűség vagy a jel{2}}integritási nyomás indokolja az átalakítást.
Az átmeneti pont is mozog. Az OIF ko-csomagolási munkája egy 3,2 Tb/s sebességű ko-csomagolt modult határoz meg az Ethernet kapcsolóalkalmazásokhoz, és nagyjából 140 Gb/s per milliméter peremsávszélességet céloz meg. A szélesebb iparági irány az ASIC és az optikai motor közötti nagysebességű elektromos út hosszának csökkentése- az elektromos jelzések teljes megszüntetése helyett.
AOIF 3.2T társ-csomagolási megvalósítási megállapodáshasznos referencia annak megértéséhez, hogy az "optikai versus elektromos" miért egyre inkább építészeti elhelyezési kérdés.
Gyakori tévhitek
"Az optikai mindig gyorsabb."
Nem. Az optikai nagy sávszélesség- és elérési előnyökkel rendelkezik, de a végpontok közötti teljesítmény az adótól, a vevőtől, a DSP-től, az FEC-től és a protokolltól is függ. Egy rövid elektromos interfész kevesebb átalakítási fokozattal teljesítheti ugyanazt az alkalmazási követelményt.
"Az optikai mindig kevesebb energiát fogyaszt."
Nem. Egy rövid elektromos kapcsolat rendkívül hatékony lehet. Az optikai akkor válik vonzóbbá, ha a teljes elektromos megvalósítás jelentős kiegyenlítést, újraszabályozást vagy aktív kábelelektronikát igényel. Hasonlítsa össze a pJ/bit értékét a teljes hivatkozáshoz.
– A réz elavult.
Nem. Az OIF aktívan meghatározza a 224 Gb/s-osztályú elektromos interfészeket a következő-generációs rendszerek számára. Az elektromos kapcsolatok továbbra is elengedhetetlenek a számítástechnika közelében és a berendezéseken belül.
"Az optikai összeköttetés csak üvegszálat jelent."
Nem. Az optikai link elektro-optikai alkatrészeket, csomagolást és elektronikát tartalmaz. Lehet, hogy a szál a csatorna legalacsonyabb -veszteségű része, de nem ez az egész rendszer.
Gyakran Ismételt Kérdések
Milyen távolságban kell az elektromos összeköttetést optikaira cserélni?
Nincs egyetemes távolság. Nagyon magas sávarány esetén az elektromos szabványok optimalizálhatók a -subméteres tábla és a hátlap csatornáira, míg az optikai Ethernet szabványok több száz métert vagy kilométert támogatnak. A döntésnek kombinálnia kell az elérést, a sávszélességet, az összesített sávszélességet, a teljesítményt, a sűrűséget és a költségeket.
Jobb az optikai összekapcsolás az AI adatközpontokhoz?
Gyakran fontos a méretezési-kilépési és a nagy-sűrűségű kapcsolatokhoz, de az elektromos kapcsolatok továbbra is dominálnak sok rövid csatlakozásnál a gyorsítók és a kapcsolószilícium közelében. Az OIF jelenlegi követelményei kifejezetten eltérő tervezési terekként kezelik az elülső-háttér- és a helyi számítási összekapcsolásokat.
Az optikai összeköttetés csökkenti a késleltetést?
Nem automatikusan. Az optikai terjedés csak egy része a késleltetésnek. Az átalakítás, a DSP és a FEC ugyanolyan fontosak lehetnek, mint a médium. Hasonlítsa össze a teljes adatútvonalat.
Az optikai összeköttetés szállít elektromos áramot?
Az optikai szál nem. Külön vezeték szükséges. A hibrid vagy fotoelektromos kompozit kábel optikai szálakat és elektromos vezetőket helyezhet ugyanabban a kábelkonstrukcióban, amikor adatra és tápellátásra van szükség.
Mi a leghasznosabb mérőszám a teljesítmény összehasonlításához?
Használja a teljes-kapcsolati energiát bitenként, a teljes portteljesítménnyel és a hűtési hatással együtt. A komponensek teljesítménye önmagában elrejti az időzítők, a DSP, a lézerek vagy az aktív kábelelektronika költségeit máshol.
A csomagolt optika felváltja a dugaszolható optikát és az elektromos összeköttetéseket?
Nem univerzális helyettesítőként. A co-csomagolt optika egy olyan architektúra, amely közelebb hozza az optikai motort a kapcsolási vagy számítási szilíciumhoz. A dugaszolható optika, az aktív elektromos kábelek, a passzív réz és a kártya{3}}szintű elektromos csatlakozók továbbra is megfelelnek a különböző hatótávolságú, szervizelhetőségi, költség- és teljesítménykövetelményeknek.
Utolsó elvitel
Az elektromos összekapcsolás ott a legerősebb, ahol a fizikai csatorna rövid, az interfész megfelelő jelintegritási tartalékkal- rendelkezik, és az egyszerűség vagy az alacsony kezdeti költség számít. Az optikai összekapcsolás egyre vonzóbbá válik, mivel az elérési távolság, az összesített sávszélesség, az EMI-tűrés és a sávszélesség-sűrűség az elektromos csatornát erősebb kiegyenlítés, újraszabályozás vagy aktív{2}}kábelteljesítmény felé tolja.
A crossover tehát nem fix méterszám. Ez az a pont, ahol a teljes elektromos kapcsolat már nem éri el a szükséges sávszélességet, elérést, teljesítményt, sűrűséget, késleltetést és életciklus-
Először határozza meg ezeket a megszorításokat. Ezután hasonlítsa össze a teljes elektromos és optikai architektúrákat azonos adatsebességgel és eléréssel. Sok nagy teljesítményű{2}}rendszerben a legjobb kialakítás nem az optikai vagy elektromos izoláció; ez egy szándékos átmenet a szilícium közelében lévő elektromos jelzésről az optikai jelzésre, ahol a távolság és a sávszélesség sűrűsége ezt indokolja.