Siliciumfotonik er flyttet fra en længe-lovet teknologi til en almindelig mulighed i 400G og 800G pluggbare moduler. Det interessante spørgsmål er ikke længere, om det virker. Det er, hvilke dele af et modul, der rent faktisk bliver billigere, med hvilken mekanisme, og under hvilke forhold besparelsen forsvinder.
Denne artikel besvarer det spørgsmål først og dækker derefter, hvad skiftet betyder for det passive fiberanlæg, du skal købe sammen med optikken.
- Siliciumfotonik sænkeroptiskdel af modulomkostningerne ved at erstatte individuelt sammensatte diskrete dele med et enkelt litografisk defineret fotonisk integreret kredsløb (PIC).
- Det gør denikkefjern laseren, DSP'en, driveren, TIA'en eller den optiske emballage. Ved 800G dominerer disse emner - ikke fotonikken - sædvanligvis styklisten.
- Spareskalaerne med volumen og vognbanetal. Den er størst i kort-parallelle enkelt--tilstandsgrænseflader såsom DR4 og DR8, og mindst i multipleksede produkter med lav-volumen, lang-rækkevidde eller bølgelængde-.
- 800G er billigerepr. transmitteret bitend 400G, primært fordi DSP, pakken, stikket og kabelkanalen deles på tværs af dobbelt så mange baner - ikke fordi optikken i sig selv halveres i pris.
- Et billigere modul giver kun et billigere netværk, hvis fiberanlægget ikke skal bygges om for at acceptere det.
Hvad siliciumfotonik egentlig er
Siliciumfotonik bruger fotoniske integrerede kredsløb bygget på silicium-på-isolatorskiver til at udføre optiske funktioner: bølgestyring, opdeling, modulering, bølgelængdemultipleksing og detektion. Fordi strukturerne er defineret ved litografi på CMOS-kompatible 200 mm eller 300 mm linjer, produceres hundredvis af identiske optiske kredsløb i én omgang i stedet for at blive samlet del for del.
To grænser har betydning for enhver omkostningsdiskussion:
- Silicium laser ikke.Lys kommer stadig fra en III-V-kilde - indiumphosphid eller en kvante-punktlaser -, der er eksternt koblet, flip-chip-tilsluttet eller heterogent bundet. Det dyreste materiale i modulet forbliver uden for siliciumprocessen.
- En PIC er ikke et modul.En færdig transceiver indeholder stadig en DSP eller retimer, modulatordrivere, transimpedansforstærkere, termisk styring, en fiber-koblingsstruktur og en hermetisk eller semi-hermetisk pakke.
Siliciumfotonik forstås derfor bedst som en integreret optisk platform, der fjerner en klasse af monteringstrin, ikke som en erstatning for hele transceiveren.
Hvor pengene går i et 400G eller 800G modul
| Omkostningsblok | Hvad det dækker over | Effekt af siliciumfotonik |
|---|---|---|
| Fotonisk kredsløb | Bølgeledere, modulatorer, multipleksere, germanium fotodetektorer | Stor reduktion. Replikering af wafer-skala, antallet af dele falder kraftigt |
| Laserkilde | III-V lasermatrice, isolator, bølgelængdekontrol | Lidt til ingen. Stadig en III-V-komponent med sine egne udbytte- og forsyningsbegrænsninger |
| DSP eller retimer | PAM4 signalbehandling, FEC, udligning | Ingen direkte. Ofte den største enkeltpost på 800G |
| Elektriske IC'er | Chauffører, TIA'er, kontrol | Indirekte. Sam-design med PIC kan reducere parasitter og deleantal |
| Emballage og fiberkobling | Justering, fastgørelse, fiberarray, hermeticitet, termisk vej | Blandet. Færre justeringer generelt, men kobling til submikron siliciumbølgeledere er krævende |
| Test og kvalifikation | Wafertest, modultest, indbrænding-, interoperabilitet | Betydelig reduktion. Optisk test kan flyttes til wafer-niveau, så dårlige matricer kasseres før emballering |
Fem mekanismer, der sænker prisen pr. bit
- Del-reduktion.Funktioner, der engang krævede separat justerede komponenter, bliver til ét litografisk layout. Hver elimineret aktiv justering fjerner arbejdskraft, udstyrstid og mulighed for tab af udbytte.
- Wafer--afskrivning.Maske- og procesudvikling er en fast omkostning fordelt over hele wafer-løbet, så enhedsomkostningerne falder med kumulativ volumen på en måde, som diskret samling ikke gør.
- Tidligere test.Kendt-god-matricescreening på waferen forhindrer dyr emballage og laservedhæftning i at blive brugt på dele, der vil svigte.
- Baneskalering.At gå fra fire baner til otte tilføjer bølgeledere og modulatorer på den samme matrice. Det fordobler ikke antallet af separat håndterede optiske samlinger.
- Indsnævring af forsyningskæden.Sammensat-halvlederindhold koncentreres i laseren i stedet for at blive spredt over modulatorer, detektorer og multipleksere.
Hvorfor 800G koster mindre pr bit end 400G
Forbedringen pr-bit i en 800G-port kommer for det meste fra deling, og delingen strækker sig forbi modulet:
- Én DSP, én pakke, én bur, én heatsink og én administrationsgrænseflade betjener nu 800 Gb/s i stedet for 400 Gb/s.
- Én switchport, én frontpanel-og ét strømbudget tjener dobbelt så meget trafik. Switch og strøminfrastruktur per bit er ofte den største besparelse.
- En kabelkanal har dobbelt så stor kapacitet. Et 800G-DR8-link over en 16-fiber-trunk flytter dobbelt så meget som en 400G-DR4-link over 8 fibre, ved hjælp af én termineringshændelse, én testpost og én patch-position.
Breakout ændrer regnestykket igen: En enkelt 800G-DR8-port opdelt i to 400G-DR4-links erstatter to 400G-porte på switchen, hvilket normalt er den billigere måde at betjene 400G-endepunkter på fra en moderne rygrad. Det er her, moduløkonomi, switch radix og kabeldesign holder op med at være separate budgetter - et punkt vi udvikler yderligere i vores guide tilsilicium fotoniske moduler og 400G fiberkabler.
To advarsler om offentliggjorte tal. For det første bevæger gadepriserne på transceivere sig hurtigt og varierer efter volumen, region og kvalifikationsstatus, så ethvert tal, der citeres i en artikel, er forældet, før det læses. For det andet er "pris pr. bit" kun sammenlignelig, når rækkeviddeklasse, vognbaneantal og formfaktor holdes konstant. Sammenlign tilbud for specifikke varenumre efter dit eget volumen, ikke overskriftsgennemsnit.
Når siliciumfotonik ikke er det billigere valg
Integration er et volumen-og-bane-argument. Hvor disse betingelser er fraværende, vinder de ældre tilgange ofte:
- Meget korte led inde i et stativ.Passive eller aktive kobberkabler og AOC'er forbliver billigere og lavere-strøm i nogle få meter. Vores sammenligning afkobber og fiber i AI-datacentredækker, hvor delefilteret sidder.
- Lang rækkevidde og høj ydeevne pr.-bane.EML- og tyndfilmslithiumniobatmodulatorer har stadig fordele med hensyn til båndbredde og udgangseffekt til nogle LR-, ER- og sammenhængende applikationer, hvor siliciums modulationseffektivitet og indføringstab er hårdere begrænsninger.
- Lavt-volumen eller nicheprodukter.Under en vis forsendelsesvolumen afskrives der aldrig faste maske- og kvalifikationsomkostninger, og en diskret opbygning er billigere.
- Termisk begrænsede udrulninger.Nogle siliciummodulatorer har brug for aktiv termisk kontrol. Hvor strøm og køling er den bindende begrænsning, kan en lavere modulpris være den forkerte optimering.
- Når fiberanlægget skal skiftes.Hvis flytning til en parallel enkelt-mode-grænseflade betyder nye trunks, nye paneler og et vedligeholdelsesvindue, kan genkablingen overstige modulbesparelsen i det første år.
Samlede ejeromkostninger, ikke modulpris
Fire varer uden for indkøbsordren flytter normalt flere penge end modulrabatten:
- Strøm pr. bit.Modulstrøm er en tilbagevendende driftsomkostning ganget med køling. Industrikøreplaner behandler nu lineær pluggbar optik (LPO) og lineær modtageoptik (LRO) -, som reducerer eller fjerner retimer-DSP - som det næste vigtige skridt i reduktion af moduleffekt; deEthernet Alliance Ethernet køreplanbaner hvor disse passer mod 800G og 1.6T. Form-faktoreffektkonvolutter er defineret iOSFP MSA specifikationer.
- Havnetæthed.Højere-radix-omskiftning reducerer antallet af switche, optik og kabler, der er nødvendige for det samme stof. Dette forbindelser; modulpris ikke.
- Omarbejde og nedetid.En polaritetsfejl eller en forurenet ferrule opdaget under turnup- koster ingeniørtimer på præcis det tidspunkt, de er dyrest.
- Opgraderingsforstyrrelse.Fiber installeret én gang og genbrugt på tværs af tre modulgenerationer er dramatisk billigere end fiber installeret tre gange.
Hvad det betyder for fiberplanten
Et billigere modul skaber ikke et fungerende link. Transceiveren skal matches til fibertype, stikgrænseflade, polaritet og tabsbudget.
Enkelt-tilstand bliver standard
De fleste fotoniske grænseflader i silicium på 400G og 800G med kort-rækkevidde er parallelle single-tilstande. G.652.D fiber, kablet som OS2 og specificeret iITU-T-anbefaling G.652, understøtter DR-, FR- og LR-grænseflader over de afstande, der findes i en datahal eller campus, og binder ikke installationen til én multimode-generation. For baggrund om selve fiberen, se vores oversigt overenkelt-fiberkarakteristika.
Konnektoren skal matche interfacet, ikke linjehastigheden
| Interface | Baner | Typisk modulstik | Fibre i brug |
|---|---|---|---|
| 400G-DR4 | 4 × 100G | MPO-12 | 8 |
| 400G-FR4 / LR4 | 4 bølgelængder, 1 fiberpar | Duplex LC | 2 |
| 800G-DR8 | 8 × 100G | MPO-16 | 16 |
| 800G-2×DR4 | 2 × 4 × 100G | To MPO-12 | 16 |
| 800G-2×FR4 | 2 × 4 bølgelængder | To duplex LC | 4 |
To moduler begge mærket 800G kan derfor have brug for helt forskellige kabelsamlinger. Interfacedefinitioner kommer fra IEEE 802.3-arbejdet:P802.3dffor 400G og 800G ved 100G pr. bane, ogP802.3djfor 200G pr. bane og 1,6T. Formfaktor er en separat akse igen - se vores noter omQSFP-DD DR4-modulog videre800G OSFP, og på16-fiber MPO brugt til 800G.
Et bearbejdet eksempel
Overvej et 400G-DR4-blad-til-link, 120 m, der løber gennem to patch-paneler:
- Kanal: modul → udstyrsledning → panel → OS2 12-fiber MPO-stamme → panel → udstyrsledning → modul. Det er fire parrede MPO-par.
- Fiberdæmpning: 120 m ved cirka 0,35 dB/km ved 1310 nm giver cirka 0,04 dB. Ubetydelig i denne længde.
- Forbindelsestab: fire parrede par ved 0,35 dB giver typisk 1,4 dB; ved en 0,5 dB værste-karakter, 2,0 dB.
- I forhold til en DR-klasse-kanaltillæg i området 4 dB har designet margen -, men et femte patching-punkt i værste fald-tab ville forbruge det meste af det.
Den generelle regel eksemplet illustrerer: ved 400G og 800G betyder antallet af parrede par mere end længden. Bekræft godtgørelsen i forhold til det specifikke moduldataark og IEEE-klausulen i stedet for et generisk tal, og angiv lav-tabssamlinger, hvor kanalen har tre eller flere parrede par.
Polaritet og renlighed
Polariteten skal planlægges på tværs af hele kanalen - trunks, kassetter, seler, udskæringer og udstyrsledninger sammen -, fordi en kanal, der er samlet af individuelt korrekte komponenter, stadig kan være forkert fra ende til anden. Dokumenter polaritetsmetoden før bestilling, ikke efter stammerne ankommer.
Forurening er den anden fejltilstand, der skalerer dårligt med vognbaneantal, fordi en MPO ferrule koncentrerer 12 eller 16 fibre i den ene endeflade, og en enkelt partikel kan tage ned i en bane. Inspicer før parring, rengør, når inspektionen mislykkes, inspicér igen og behandl sekvensen som et installationstrin frem for et fejlfindingstrin. VoresMPO inspektions- og rengøringsvejledningdækker den praktiske procedure og IEC 61300-3-35 acceptkriterierne.
FAQ
Spørgsmål: Er et fotonisk siliciummodul altid billigere end et EML-baseret modul?
A: Nej. Det er normalt billigere i produkter med høj-volumen, kort-rækkevidde, høj-bane-, såsom DR4 og DR8. Til lang rækkevidde, lav volumen eller applikationer, der kræver høj optisk ydeevne pr.-bane, kan EML og andre arkitekturer stadig være mere økonomiske.
Q: Hvad er den dyreste del af et 800G-modul?
A: Typisk DSP, efterfulgt af laseren og den optiske emballage. Siliciumfotonik adresserer det fotoniske kredsløb og en del af montageomkostningerne, hvorfor modulpriserne falder, men ikke kollapser.
Q: Reducerer siliciumfotonik strømforbruget?
A: Indirekte. Integration forkorter elektriske veje og reducerer parasitter, men retimer DSP dominerer moduleffekt ved 800G. De større strømreduktioner på nuværende køreplaner kommer fra lineær pluggbar og lineær modtageoptik, som reducerer eller fjerner denne DSP.
Q: Har silicium fotoniske moduler brug for specielle fibre?
Sv: Ingen speciel fibertype, men de fleste designs med kort-rækkevidde er parallelle enkelt-tilstande, så de har brug for OS2 i stedet for multimode, med det korrekte fiberantal og stik til grænsefladen.
Sp.: Kan jeg genbruge mine eksisterende 400G MPO-12 trunks til 800G?
A: Nogle gange. Et 800G-2×DR4-modul, der bruger to MPO-12-grænseflader, kan genbruge dem. Et 800G-DR8-modul, der bruger en enkelt MPO-16, kan ikke, fordi banekortlægningen og fiberantallet er forskellige.
Spørgsmål: Er 800G det dobbelte af prisen på 400G?
A: Generelt nej. Fordi DSP, pakken, switch-porten og kabelkanalen deles på tværs af det dobbelte af kapaciteten, falder prisen pr. bit, selv når enhedsprisen på modulet stiger.
Spørgsmål: Hvordan sammenligner jeg leverandøromkostningskrav retfærdigt?
A: Ret rækkeviddeklassen, vognbaneantal og formfaktor, og sammenlign derefter på en pr-portbasis, inklusive modul, switchport, strøm og kabler. Sammenligning af en 800G-DR8 med en 400G-FR4 fortæller dig meget lidt.
Bundlinjen
Siliciumfotonik ændrer reelt omkostningsstrukturen for 400G- og 800G-optik, men den gør det ved at komprimere en del af materialelisten - det fotoniske kredsløb og samlingstrinene omkring det -, mens laseren, DSP'en og emballagen stort set efterlades intakt. Sammensætningsbesparelserne viser sig på systemniveau: Færre porte, færre kabler, lavere strøm pr. bit og et fiberanlæg, der overlever den næste opgradering.
Den sidste vare er den, købere kontrollerer mest direkte. Modulet er en tre-årig beslutning; stammen er ti-årig.
At få den passive side rigtigt
Tilpasset kabling er værd at specificere, når kanalen involverer breakout, blandede konnektorformater, stramme tabsbudgetter eller en trinvis migrering - tilfælde, hvor en katalogsamling ikke vil matche banekortet. Hvis det beskriver dit projekt, så send transceiver-modellen, grænsefladen, linkafstanden og breakout-kravet, og vi kan arbejde tilbage fra dataarket til entilpasset fiberoptisk kabelsamlingmed matchende polaritet og indsættelses-tabstestposter.