高速并行光互連技術(shù)及其應(yīng)用解析
光互連 VS 電互連
伴隨著數(shù)字化的進(jìn)程，數(shù)據(jù)的處理、存儲和傳輸?shù)玫搅孙w速的發(fā)展。高帶寬的需求使得短距互聯(lián)成了系統(tǒng)發(fā)展的瓶頸。受損耗和串?dāng)_等因素的影響，基于銅線的電互連的高帶寬情況下的傳輸距離受到了限制，成本也隨之上升。而且過多的電纜也會增加系統(tǒng)的重量和布線的復(fù)雜度。與電互連相比，基于多模光纖的光互連具有高帶寬、低損耗、無串?dāng)_和匹配及電磁兼容等問題，而開始廣泛地應(yīng)用于機(jī)柜間、框架間和板間的高速互連。
并行光互連通過多根光線并行傳輸，可以在高比特率的速率下實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)距離的傳輸，這就是為可采用并行光互連的一個(gè)原因。圖1是基于誤碼率小于10-12吉比特以太網(wǎng)聯(lián)接模型的傳輸距離與帶寬的關(guān)系曲線，光纖是500MHz.km，50/125vm多模光纖。可以看出，在2.5Gbps速率下傳輸距離可以達(dá)到300米；而在3.75Gbps速率下可以達(dá)到50m。
并行光模塊和帶狀光纜
并行光互連通過并行光模塊和帶狀光纜來實(shí)現(xiàn)。并行光模塊是基于VCSEL陣列和PIN陣列，波長850nm，適合多模光纖50/125vm和62.5/125vm。封裝上其電接口采用標(biāo)準(zhǔn)的MegArray連接器，光接口采用標(biāo)準(zhǔn)的MTP/MPO帶狀光纜。目前比較通用的并行光模塊有4路收發(fā)一體和12路收發(fā)分離模塊。
圖2是收發(fā)一體模塊的示意圖。它有4路發(fā)射和4路接收通道，每一通道的速率可達(dá)3.125Gbps，總互連容量可達(dá)12.5Gbps。
圖3和圖4分別是12路發(fā)射和接收模塊的示意圖。每個(gè)通道可提供2.725Gbps的傳輸速率，總互連容量可達(dá)32.6Gbps。無論4路收發(fā)一體模塊，還是12路收發(fā)分離模塊，模塊間的互連使用的都是12通道的MTP/MPO帶狀光纜。
并行光模塊的應(yīng)用
1.高速路由器的光背板
高速路由器采用光背板，極大地簡化了布線的復(fù)雜度，非常適合路由器容量的無限擴(kuò)展。
2.InfiniBand
InfiniBand的應(yīng)用如圖6。
3.超級計(jì)算機(jī)中的刀片服務(wù)器
由于超級計(jì)算機(jī)是由多個(gè)CPU并行計(jì)算，數(shù)據(jù)處理和交換容量大，光互連是其內(nèi)部連接的理想選擇。在超級計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，一般采用4路收發(fā)一體并行光模塊。
4.光纖通道
2X光纖通道一般采用2.125GbpsSFP模塊，其互連示意圖如圖7：
并行模塊和SFP模塊間通過fan-out(圖9)連接.采用并行模塊代替SFP模塊，可以節(jié)省板空間和功耗，從而降低成本。
光互連技術(shù)展望
光互連的發(fā)展將在未來的五年內(nèi)由機(jī)架間向板間互連普及，十年內(nèi)實(shí)現(xiàn)板內(nèi)，也就是芯片間的互連。并行光模塊在年內(nèi)就可實(shí)現(xiàn)每通道5Gbps的速率傳輸，同時(shí)由于用量的大幅提高，成本也會接近甚至低于電互連。
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