Кремниевая фотоника и лазеры 100G QSFP28

Сетевая архитектура 100G постепенно становится основной в сегодняшнем развертывании сети центров обработки данных, стимулируя бум на рынке 100G QSFP28. В долгосрочной перспективе все еще существует необходимость в обновлении центра обработки данных. В отрасли принято считать, что сеть будет развиваться в направлении архитектуры сети 400G и будет стимулировать спрос на рынке и технические инновации модуля 400G. Между тем, кремниевая фотоника, новая идея, которая будет использовать принципы оптического волокна внутри устройств, была выбита крупнейшими игроками отрасли, включая Intel, IBM и HP.

Лазер оптических модулей

Лазеры являются основными устройствами оптического модуля, которые вводят ток в полупроводниковые материалы и вводят лазерный свет через колебания и усиления фотонов в резонаторе. Учитывая 60% стоимость модуля, лазер тесно связан с расстоянием передачи модулей. Типичные типы лазеров на рынке включают VCSEL, FP, DFB, DML и EML. В таблице ниже приведены их длины волн, рабочие схемы и области применения.

Кремниевая фотоника и лазеры QSFP28 100G

Лазер VCSEL отличается небольшими размерами, высокой скоростью связи, низким энергопотреблением и низкой ценой, поэтому его предпочитает 100G QSFP28 -SR4 QSFP28, который в основном используется в многомодовой оптоволоконной сети 100G.

EML имеет меньшую дисперсию длины волны и стабильную длину волны при работе на высокой скорости. Частотная характеристика EML зависит от емкости секции EAM и может достигать высоких рабочих скоростей даже выше 40 ГГц. Он часто применяется в 100G QSFP28 -ER4 и 100G-LR4 QSFP28, которые предназначены для применений по одномодовому волокну (SMF) с расстояниями передачи до 10 км.

DML в основном используются для относительно более низких скоростей (≤25 Гбит / с) и более коротких расстояний (2–10 км) в приложениях связи и передачи данных из-за таких ограничений, как большая хроматическая дисперсия, более низкая частотная характеристика и относительно низкий коэффициент экстинкции по сравнению с EML. Модуль 100G-CWDM4 QSFP28 для программ CWDM более 2 км часто использует лазер DML.

Что касается 100G QSFP28 -PSM4 QSFP28, то существует новый прорыв в технологии микросхем, поскольку Intel реализовала объемные поставки оптических модулей PSM4 100 Гбит/с, использующих технологию кремниевой фотоники. Более того, конкурентное ценовое преимущество позволяет трансиверу занимать 80% доли рынка товаров PSM4.

Преимущества и проблемы кремниевой фотоники в индустрии 100G QSFP28

В настоящее время технологический маршрут оптической интеграции коммерческих продуктов в основном делится на InP и Si. Такие лазеры, как DFB, DML, EML, принадлежат InP, который является относительно зрелым в технологии, но имеет высокую стоимость и несовместим с процессом CMOS, а материал его подложки удваивается каждые 2,6 года. Кремниевое фотонное устройство может быть интегрировано в больших масштабах с помощью пассивных оптоэлектронных устройств и интегральных микросхем с процессом CMOS. Он отличается высокой плотностью, а материал подложки удваивается каждый год.

В настоящее время 100G модуль увидел блестящее будущее в кремниевой фотонике с дебютом кремниевого фотонного модуль, но столкнулся с некоторыми проблемами в разработке.

Должен быть достигнут подход к интеграции фотоники с кремниевой микроэлектроникой. Кремний является непрямым полупроводником с запрещенной зоной, неспособным эффективно излучать свет, поэтому требуется независимый свет, который, однако, не соответствует закону Мура. Чем больше сопряженная интеграция, тем выше стоимость, что в конечном итоге компенсирует ценовые преимущества кремниевых материалов и интеграцию процессов.

Кроме того, кремниевый фотонный модуль сложен в упаковке, с низким выходом. Упаковка кремниевого фотонного интерфейса находится на начальной стадии, причем загадка лежит в упаковке оптического интерфейса, образованного оптоэлектронным чипом и оптоволоконной решеткой, которая требует высокой точности, но показывает низкую эффективность. Современные технологии трудно достичь высокого качества, низкая стоимость упаковки. Что еще хуже, выход продукта препятствует массовому производству кремниевого фотонного модуль.

Будет ли кремниевая фотоника доминировать в 400G модулях для ЦОД?

Кремниевая фотоника является непреодолимой тенденцией в индустрии 100G QSFP28 в долгосрочной перспективе и может пробиться на рынок модуль 400G.

Учитывая потребность в высокоскоростной сети 400G, хотя предложенная многоканальная когерентная технология снижает потребность в лазерном чипе, общая стоимость выше. Однако одноканальная технология предъявляет гораздо более высокие требования к чипам. В случае 100G QSFP28 традиционный лазер близок к пределу пропускной способности, а единственный возможный лазер EML имеет относительно высокую стоимость. Учитывая это, кремниевая фотоника может стать основным направлением в эпоху 400G, если решить вышеуказанные загадки.

Заключение

Хотя кремниевая фотоника модулей могут стать основным направлением в эпоху модуля 400G, в настоящее время сеть 100G все еще преобладает. В лазерном чипе 100G QSFP28 QSFP28 по-прежнему доминируют VCSEL, EML и DML. Развертывание дата-центра 100G Ethernet привлекло большое внимание к кремниевой фотонике; Многие из 100G QSFP28 сделаны по технологии кремниевой фотоники.