نعلم جميعًا أن وحدات الإرسال والاستقبال الضوئية QSFP 100G DR1 وFR1 وLR1 تنتمي إلى فئة وحدات الإرسال والاستقبال أحادية النطاق (Single Lambda)، والتي تستخدم شريحة ليزر واحدة من نوع 100G PAM4 داخليًا. ولكن لماذا تُستخدم أنواع ليزر مختلفة في كل منها؟ سنحلل ذلك من منظور تصميم وحدة الإرسال والاستقبال الضوئية، وسيناريوهات التطبيق، وخصائص الليزر نفسه.
ما هي 100G DR1، FR1، LR1؟
من خلال مقال " الفرق بين 100Gbase DR1 وFR1 وLR1 " ، نستنتج أن معايير QSFP 100G DR1 / FR1 الأساسية مُحددة من قِبل منظمة 100G Lambda MSA (بروتوكول المصادر المتعددة). والهدف الأصلي من تصميمها هو التعاون مع وحدة 400G DR4/FR4 لتوفير من 1 إلى 4 منافذ توصيل ، وذلك لخدمة مراكز البيانات الضخمة بشكل أساسي، وتزويدها بحل ربط فعال من حيث التكلفة.
على الرغم من أن وحدة QSFP28-LR1 بسرعة 100 جيجابت لا تتوافق فقط مع بروتوكول MSA، بل تتبع أيضًا معيار IEEE 802.3cu، إلا أنها تُعتبر بديلاً منخفض التكلفة لوحدة QSFP28 التقليدية بسرعة 100 جيجابت LR4 (ذات 4 قنوات بسرعة 25 جيجابت) لنقل البيانات عبر وصلة واحدة في المناطق الصناعية أو شبكات المناطق الحضرية.
| العناصر | 100 جرام DR1 (مسافة قصيرة) | 100 جرام FR1 (مسافة متوسطةe) | 100 جرام LR1 (المسافة الطويلة) |
| المسافة القصوى | 500،XNUMX م | 2 كم | 10 كم |
| ليزر نموذجي | الفوتونيات السيليكونية / DML | DML / EML | EML (عالي الجودة) |
| امتياز الاستقبال | ضعيف (-4.0 ديسيبل إلى -5.9 ديسيبل) | متوسط (-4.5 ديسيبل إلى -6.4 ديسيبل) | الأفضل (-6.1 ديسيبل إلى -7.7 ديسيبل) |
| ميزانية الربط | الحد الأدنى (حوالي 3.0 ديسيبل) | متوسط (حوالي 4.0 ديسيبل) | الحد الأقصى (حوالي 6.3 ديسيبل) |
| استهلاك الطاقة | حوالي 3.5 واط إلى 4.5 واط | حوالي 3.5 واط إلى 4.5 واط | حوالي 3.5 واط إلى 4.5 واط |
| طول الموجة العاملة | 1311 نانومتر (طول موجي واحد) | 1311 نانومتر (طول موجي واحد) | CWDM 1311nm (طول موجي واحد) |
| نوع الواجهة | دوبلكس LC | دوبلكس LC | دوبلكس LC |
| الربط البيني بسرعة 400 جيجابت | التكوين القياسي لوحدة التوزيع 400G DR4 | مطابق لـ 400G FR4 | بما يتوافق مع 400G LR4 (6 كم/10 كم) |
| التطبيقات الرئيسية | غرفة مجلس الوزراء / هندسة ورقة العمود الفقري | بين المباني في الحديقة | شبكة المنطقة الحضرية / العمود الفقري للمسافات الطويلة |
مقارنة بين طبقة الانبعاث الضوئي بتقنية CWDM وطبقة الانبعاث الضوئي بطول موجي 1311 نانومتر
قد تكون الرقائق الأساسية لـ CWDM EML و 1310nm EML عبارة عن ليزرات EML، ولكن نظرًا للاختلافات الكبيرة في ترتيب الطول الموجي وبيئة العمل ومتطلبات التحكم في درجة الحرارة ، فهناك اختلافات جوهرية بينهما.
1311 نانومتر EML / 1310 نانومتر EML: تقنية LAN-WDM (نوع التبريد)
في معيار IEEE، يُستخدم LAN-WDM (تقنية تعدد الإرسال بتقسيم الطول الموجي لشبكة المنطقة المحلية) لـ 100G LR4 / ER4يبلغ الطول الموجي المركزي للقناة الأولى (L0) 1310.92 نانومتر. يكتب بعض المصنّعين 1310 نانومتر في ورقة البيانات كمصطلح عام للأعداد الصحيحة، بينما يكتب آخرون 1311 نانومتر كتقريب. productالتبادل الأيوني والتقني لأجهزة الإرسال والاستقبال الضوئية، يشير مصطلحا EML 1311nm و EML 1310nm غالبًا إلى الليزر الموجود في نفس القناة (القناة 1)..
- الميزات التقنية: تتميز تقنية LAN-WDM بتباعد أطوال موجية ضيق للغاية (4.5 نانومتر فقط، مع أربع قنوات بأطوال موجية 1295.56، 1300.05، 1304.58، 1310.92 نانومتر). ونظرًا لازدحام القنوات، فإن أي انحراف طفيف في الطول الموجي بمقدار 1 نانومتر قد يتسبب في تداخل شديد. لذلك، يجب تزويد جهاز EML بطول موجي 1311 نانومتر (أو 1310 نانومتر) بـ مبرد حراري كهربائي (TEC) للتحكم الدقيق في درجة الحرارة، والذي ينتمي إلى ليزر من نوع التبريد.
CWDM EML: تقنية CWDM (تقسيم الطول الموجي غير المبرد/الخشن)
إن تباعد الطول الموجي لتقنية CWDM واسع جدًا، يصل إلى 20 نانومتر، مثل القنوات الأربع الشائعة: 1271، 1291، 1311، 1331 نانومتر.
- الميزات التقنيةبسبب التباعد الكبير الذي يبلغ 20 نانومتر، يُسمح بانحراف الطول الموجي مع تغير درجة الحرارة (يبلغ انحراف درجة حرارة الليزر عمومًا 0.08 نانومتر/درجة مئوية). لذلك، فإن ليزرات CWDM EML لا تتطلب رقائق تبريد TEC أثناء التصميم وينتمي إلى الليزر غير المبردتتمثل مهمتها الأساسية في العمل بدون غطاء في نطاق واسع من درجات الحرارة (عادةً من 0 درجة مئوية إلى 70 درجة مئوية أو حتى من الدرجة الصناعية من -40 درجة مئوية إلى 85 درجة مئوية)، وتحقيق تحمل عالٍ للتشتت من خلال مُعدِّل خارجي (EAM). يستخدم بشكل شائع في الإصدارات عالية الأداء من وحدات 100G CWDM4 (2 كم) أو 200G/400G FR4.
| نوع المرسل | 1310 نانومتر / 1311 نانومتر EML | كودم إمل |
| Wنظام متوسط الطول | LAN-WDM (IEEE 800-GHz) | CWDM (ITU-T G.694.2) |
| طول الموجة المركزي الدقيق | 1310.92 نانومتر (دقة فائقة) | اعتمادًا على القناة، مثل 1311 نانومتر عدد صحيح (يسمح بالانحراف يسارًا ويمينًا ± 6.5 نانومتر) |
| تباعد قنوات الطول الموجي | 4.5 نانومتر (ضيق للغاية، عرضة للتداخل) | 20 نانومتر (واسع للغاية، وتحمل عالٍ للأعطال) |
| هل يشمل ذلك تبريد TEC؟ | يجب إحضار (مبرد) | لا داعي لإحضار (غير مبرد) |
| مسافة الإرسال النموذجية | 10km-40km | 2km-10km |
| التكلفة واستهلاك الطاقة | تكلفة عالية واستهلاك عالٍ للطاقة (بسبب استهلاك الطاقة في نظام التبريد الحراري الكهربائي) | تكلفة منخفضة نسبياً واستهلاك منخفض للطاقة |
| وحدات التطبيق النموذجية | 100 جرام LR4 / ER4、200 جرام LR4400 غرام LR8 | 100 جرام CWDM4 200 غرام/400 جرام FR4 |
بعد فهم الاختلافات المحددة بين الوحدات الثلاث والاختلافات بين الليزرين، دعونا نلقي نظرة على نوايا تصميم الوحدات الثلاث:
لماذا يستخدم كل من DR1 و FR1 نطاق 1311 نانومتر (LAN-WDM)؟
✅ تكامل مثالي مع متطلبات 400G DR4/FR4 Breakout:
في مركز البيانات، تستخدم جميع الليزرات الأربعة الموجودة داخل وحدة 400G DR4 (4 ألياف مستقلة بسرعة 100G، تنقل 500 متر) طول موجة 1310.92 نانومتر (1311 نانومتر) وفقًا لمعيار IEEE 8002.3.
لكي يتم توصيل منفذ 400G على المحول مباشرةً بأربعة منافذ 100G قياسية عبر كابل تفرع من 1 إلى 4، يجب أن تكون أطوال موجات هذه الوحدات الأربع 100G (أي 100G DR1 ) مطابقة تمامًا لطول موجة 400G DR4. لذا، فإن اختيار طول موجة 1311 نانومتر لـ DR1 و FR1 هو لأغراض التوافق البيئي فقط، لضمان إمكانية اتصال وحدات 100G والمنافذ المتوازية 400G/800G بسلاسة.
لماذا يختار LR1 تقنية CWDM EML؟
في مرحلة LR1 التي يبلغ طولها 10 كيلومترات، تغير هدف التوافق الخاص بها. لم تعد مهمتها هي التفاعل مع تقنية DR4 متعددة الألياف المتوازية، بل التفاعل مع تقنية تعدد الإرسال بتقسيم الطول الموجي أحادية الألياف 400G FR4 /LR4.
لماذا نختار 1311 نانومتر CWDM EML لـ LR1؟
لأن طول الموجة 1311 نانومتر يُمثل القناة الثالثة من بين قنوات CWDM الأربع (متوافقة مع الإصدارات السابقة). عند ترقية شبكتك من 100 جيجابت، أو عند الحاجة إلى ربط قناة واحدة مع أنظمة CWDM بسرعة 400 جيجابت، أو حتى عند استخدام تقنية تقسيم الطول الموجي (WDM) منخفضة التكلفة، يُمكن دمج شريحة CWDM الخاصة بجهاز LR1 بسلاسة في أجهزة CWDM MUX/DEMUX الحالية دون الحاجة إلى تخصيص مرشحات خاصة لجهاز LR1.
ماذا سيحدث لو تم توحيد ثلاثة أنواع في نوع واحد من الليزر؟
من التحليل السابق، يتضح أن باعث الضوء (EML) بطول موجي 1311 نانومتر في جهاز DR1/FR1 مُبرّد بتقنية التبريد الكهروحراري (TEC) ، وطوله الموجي ثابت عند 1310.92 نانومتر ±1 نانومتر. يتميز هذا الباعث بخط طيفي ضيق للغاية ودقة عالية جدًا. أما باعث الضوء (EML) بطول موجي 1311 نانومتر بتقنية CWDM في جهاز LR1 فهو غير مُبرّد بتقنية التبريد الكهروحراري (TEC) . ويُسمح لطوله الموجي بالتغير بحرية مع تغير درجة الحرارة الخارجية (من 0 إلى 70 درجة مئوية) بين 1304.5 و1317.5 نانومتر وفقًا للمعيار.
① إذا تم استخدام شريحة DR1 لـ LR1 : يجب إضافة شرائح التبريد TEC باهظة الثمن والتي تستهلك الكثير من الطاقة إلى LR1، مما يؤدي إلى زيادة كبيرة في استهلاك الطاقة وتكلفة وحدة LR1، وفقدان القدرة التنافسية في السوق.
٢- في حال استخدام شريحة LR1 لتقنية DR1/FR1 : نظرًا لعدم وجود تبريد كافٍ في شريحة CWDM الخاصة بشريحة LR1، سينحرف الطول الموجي بشكل ملحوظ عند تغير درجة الحرارة (قد يصل إلى ١٣٠٦ نانومتر أو ١٣١٥ نانومتر). بمجرد انحرافه، سيتعامل مرشح الدقة في مستقبل 400G DR4 معه مباشرةً على أنه "ضوء شارد" أو سيقوم بتصفيته، مما يؤدي إلى انقطاع وصلة Breakout تمامًا.
خاتمة
- إن اختيار تقنية 1311 نانومتر (LAN-WDM) لـ QSFP 100G DR1/FR1 يهدف إلى ضمان التوافق التام من واحد إلى أربعة مع واجهة 400G/800G المتوازية عالية السرعة الداخلية لمركز البيانات.
- يهدف اختيار ليزر CWDM 1311nm والطول الموجي لـ LR1 إلى إعادة استخدام سلسلة صناعة CWDM الضخمة وأجهزة تقسيم الطول الموجي 400G FR4/LR بشكل مباشر على مسافة طويلة تبلغ 10 كيلومترات.
