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未來數據中心的選擇:寬帶多模光纖(WBMMF)

多模光纖自上世紀80年代進入市場以來,經歷了從OM1、OM2、OM3到OM4的演進。其中,OM3是針對垂直腔面發射激光(VCSEL)光源優化的多模光纖,有效模式帶寬(EMB)達到2000MHZ.Km,支持100GBase-SR10距離達到100米,而OM4有效模式帶寬(EMB)相比OM3提高了1倍多,達到4700MHZ.Km,然而支持100GBase-SR10距離僅有150米,相對于OM3光纖,100G以太網傳輸距離僅僅增加了50%,仍然無法滿足未來網絡的需求。

作為未來數據中心的選擇,寬帶多模光纖(WBMMF)在光纖有效模式帶寬(EMB)方面遠超傳統的OM4多模光纖,這也意味著能夠為未來可能出現的更高速的以太網提供余量空間。為了進一步了解寬帶多模光纖,我們還需仔細來看一下單模光纖和多模光纖的發展歷程。

▋   單模光纖和多模光纖的區別與選擇

單模光纖主要用在多頻數據傳輸應用中,傳輸模式通常采用波分復用(WDM,Wave-Division-Multiplexing)的傳輸模式,經過復用的光信號只需要用一根單模光纖就能實現數據傳輸。2010年發布的100GBase-LR4,采用2芯單模光纖1收1發,能夠在一芯光纖上同時復用4個波長,每個波長傳輸25Gbps。

單模光纖的傳輸速率比多模光纖要高,而且傳輸距離也比多模光纖要高出50倍不止,因此,其價格也高于多模光纖。與多模光纖相比,單模光纖的芯徑要小得多,小芯徑和單模傳輸的特點使得在單模光纖中傳輸的光信號不會因為光脈沖重疊而失真。在所有光纖種類中,單模光纖的信號衰減率低,傳輸速度大。

然而,單模光纖需要采用高成本的激光(LD)光源收發器,單模光纖的激光收發器價格至少是多模光纖收發器的3倍以上,功耗至少2倍以上。

傳統的多模光纖一般采用串行傳輸模式,在這種模式下增加以太網的傳輸速率必須增加每芯光纖/通道的傳輸速率。目前以太網串行傳輸速率可達10Gbps/通道,IEEE正在制定25Gbps/通道,50Gbps/通道的網絡標準,以400G以太網為例,會有25Gbps/通道,50Gbps/100Gbps通道3個不同的版本,光纖芯數分別需要32芯/16芯/8芯。400G以太網采用的編碼方式有NRZ,PAM4,DMT,更高級的編碼方式意味著更復雜的電路和功耗,因而成本更高。

而多模光纖提高網絡傳輸速率的另外一種方法是采用并行傳輸模式,即通過增加光纖芯數來增加傳輸速率。2010年發布的100GBase-SR10采用10Gbps/通道的傳輸方式,10通道接收10通道發送,總共需要20芯光纖。

在以往的實際應用中,選擇多模還是單模的常見決定因素是距離。如果只有兒英里,首選多模,因為LED發射/接收機比單模需要的激光便宜得多。如果距離大于5英里,單模光纖較好。另外一個要考慮的問題是帶寬;如果將來的應用可能包括傳輸大帶寬數據信號,那么單模將是較好的選擇。

▋   未來數據中心的選擇:寬帶多模光纖(WBMMF)

進入2010年代,隨著100G-NG,200G/400G以太網乃至1T以太網的提出,傳統的多模光纖在芯數和距離上成為阻礙未來以太網絡發展的瓶頸,而寬帶多模光纖(WBMMF)的出現打破了傳統多模光纖的技術瓶頸。它借鑒了單模光纖的波分復用(WDM)技術,延展了網絡傳輸時的可用波長范圍,能夠在一芯多模光纖上支持4個波長,把需要的光纖芯數降低為之前的1/4。

短波波分復用這一技術利用性價比較高的短波的垂直腔面發射激光(VCSEL)光源,優化的寬帶多模光纖(WBMMF)能夠在一芯多模光纖上支持4個波長,把需要的光纖芯數降低為之前的1/4,同時提高了有效模式帶寬(EffectiveModalBandwidth,EMB),延長了40/100G的傳輸距離到300米左右。

目前全球96%的數據中心,網絡核心區骨干(Spine)交換機到服務器機柜分支(Leaf)交換機的距離在300米以內,因此短波波分復用技術(SWDM)和寬帶多模光纖(WBMMF)未來會繼續延續多模光纖作為數據中心40/100/400G以太網的主流傳輸介質的傳統。未來通過短波波分復用(SWDM)和并行傳輸技術相結合,只需要8芯寬帶多模光纖(WBMMF),就能夠支持更高速的應用,比如200/400G以太網。
(文章引自網絡)

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