應(yīng)用在數(shù)據(jù)中心10G及更高帶寬的OM3光纖技術(shù)

    10G光網(wǎng)絡(luò)以激光優(yōu)化50um多模光纖(OM3)作為首選的傳輸介質(zhì)，在數(shù)據(jù)中心和局域網(wǎng)骨干網(wǎng)絡(luò)得以悄然應(yīng)用。OM3光網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化了光纖通信路由與空間利用率，簡(jiǎn)化了安裝施工與系統(tǒng)測(cè)試，在降低能耗和制冷方面表現(xiàn)不俗，并且支持系統(tǒng)設(shè)備與配線面板的高密度部署。事實(shí)上，2芯光纖的串行傳輸已經(jīng)成為用于以太網(wǎng)和光纖通道技術(shù)達(dá)到10G速率的傳輸方式。而OM3并行光學(xué)技術(shù)已成為支持未來(lái)在100米到300米短距離傳輸中達(dá)到32G到100G以及更高速率的傳輸方式。

    本文旨在闡述10G光學(xué)連接的益處，以及對(duì)OM3光纖在以太網(wǎng)、光纖通道和InfiniBand應(yīng)用中的并行光學(xué)傳輸技術(shù)方面提供建議。 

    OM3光纖
    2002年3月份頒布了激光優(yōu)化50um多模光纖標(biāo)準(zhǔn)：TIA/EIA-492AAAC。該光纖經(jīng)850nm波長(zhǎng)激光優(yōu)化，包括最小2000MHz-km有效模式帶寬。采用850nmVCSEL(波長(zhǎng)垂直腔體表面發(fā)光)激光器傳輸系統(tǒng)相對(duì)1300nm波長(zhǎng)系統(tǒng)則具有更為可觀的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。OM3光纖最初在ISO/IEC-11801標(biāo)準(zhǔn)的第二版中命名，目前被TIA標(biāo)準(zhǔn)采用，可參閱TIA-568, Rev C。除OM3光纖之外，OM1和OM2光纖被分別命名為標(biāo)準(zhǔn)的62.5nm和50nm多模光纖。詳見表一。 

 

 

    10G光學(xué)連接
    相比較10GBASE-T六類和超六類銅纜連接的網(wǎng)絡(luò)，以850nm的OM3光纖連接的10GBASE-SR網(wǎng)絡(luò)可為數(shù)據(jù)中心提供更為可觀的巨大價(jià)值。

    能夠支持更遠(yuǎn)的傳輸距離
    OM3光纖的有效模式帶寬2000MHz-km，可以支持10G數(shù)據(jù)速率傳輸距離達(dá)到300米，而10GBASE-T的超六類銅纜限定在100米以內(nèi)。按照行業(yè)專家的說(shuō)法，OM3光纖可支持諸如16G和32G光纖通道和100G以太網(wǎng)乃至更高數(shù)據(jù)速率的平滑演進(jìn)，而六類和超六類銅纜無(wú)法超越10G的數(shù)據(jù)傳輸速率。 

    能夠支持更高密度的設(shè)備接口
    SFP+ 850nm光收發(fā)器可輕而易舉支持交換機(jī)網(wǎng)卡高達(dá)48以上端口。對(duì)UTP/STP銅纜而言，傳輸距離可達(dá)到100米的網(wǎng)口密度最大設(shè)計(jì)為8個(gè)端口。當(dāng)距離小于30米，可建議16個(gè)端口。銅纜系統(tǒng)中不斷提高的工作頻率和模擬數(shù)字信號(hào)的精確處理需要額外的電源來(lái)支持，過高的能耗決定了傳統(tǒng)的銅纜端口密度不可能大。

    能耗與制冷
    10G光交換機(jī)與服務(wù)器光網(wǎng)卡在運(yùn)行時(shí)能耗方面，比10G的UTP/STP的銅設(shè)備要少得多。相比而言，10G的SFP+光收發(fā)器的每端口功率典型值為0.5瓦，而10GBASE-T的傳統(tǒng)交換機(jī)每端口要消耗15瓦。顯然，10G光網(wǎng)絡(luò)以其低能耗和二氧化碳的低排放量實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)中心的”綠色”。制冷能耗隨網(wǎng)絡(luò)元件耗能而增長(zhǎng)。圖一呈現(xiàn)了10GBASE-SR和10GBASE-T在節(jié)電方面的整體比較。 

                                               

    康寧，創(chuàng)新之路永無(wú)止境。
    層出不窮的套娃，被普遍認(rèn)為是充分?jǐn)U展能力的一種完美表現(xiàn)形式。對(duì)于數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)架構(gòu)來(lái)說(shuō)更是如此，不僅要滿足當(dāng)前的需要而且同樣能夠適應(yīng)即將到來(lái)的情形?，F(xiàn)實(shí)的數(shù)據(jù)應(yīng)用，對(duì)帶寬的需求會(huì)永無(wú)止境地上升，數(shù)據(jù)中心底層設(shè)施應(yīng)該支持無(wú)論是10G，40G還是甚至100G的帶寬要求?？祵幑饫|系統(tǒng)LANscape® PretiumTM 解決方案涵蓋了支持?jǐn)?shù)據(jù)中心100G傳輸速率的產(chǎn)品線。Plug & PlayTM通用系統(tǒng)組件已經(jīng)過工廠測(cè)試和業(yè)界驗(yàn)證，具備支持100G傳輸速率的卓越性能。一個(gè)具備高可擴(kuò)展性的100G就位的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)能夠滿足當(dāng)前和未來(lái)需要，這樣的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)來(lái)自康寧光纜系統(tǒng)。

    線纜路由與機(jī)柜空間，更少的擁塞
    光纜能夠達(dá)到非常高的布線密度從而最大化路由和空間內(nèi)的利用率。例如，一根216芯的帶狀光纜和兩根超六類的銅纜，具有相同的0.7英寸的典型有效線徑，但是光纜能夠支持108個(gè)10G串行線路而銅纜僅能支持2個(gè)10G線路。小型化的光纜線徑同時(shí)也增強(qiáng)了數(shù)據(jù)中心內(nèi)的制冷效果。詳見圖二。 

                                    

    超越10G速率的并行光學(xué)技術(shù)
    諸如視頻應(yīng)用、虛擬化和I/O融合等未來(lái)眾多行業(yè)對(duì)帶寬的渴求正在推動(dòng)著網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸速率朝著10G以上迅速發(fā)展。為順應(yīng)市場(chǎng)需求，IEEE802.3ba工作組已被任命從事40G和100G以太網(wǎng)數(shù)據(jù)速率的研發(fā)指導(dǎo)工作。項(xiàng)目授權(quán)申請(qǐng)(PAR)的宗旨之一是實(shí)現(xiàn)OM3光纖傳輸距離達(dá)到100米。OM3光纖是PAR中唯一指定的一種多模光纖。在40G/100G數(shù)據(jù)速率時(shí)OM3光纖的傳輸距離能夠達(dá)到150米至200米是預(yù)期目標(biāo)，這樣能夠符合數(shù)據(jù)中心綜合布線對(duì)長(zhǎng)度的要求。該標(biāo)準(zhǔn)的完成時(shí)間定在2010年中期。光纖通道技術(shù)已經(jīng)完成FC-P14標(biāo)準(zhǔn)的制定，這其中包括對(duì)使用OM3光纖的限制性收發(fā)器和線性收發(fā)器在8G速率時(shí)分別達(dá)到150米和300米傳輸距離的指導(dǎo)。表二給出了光纖通道的路標(biāo)細(xì)節(jié)。

                               

    采用OM3光纖的直接調(diào)制850nm的VCSEL(垂直腔體表面發(fā)光激光器)雙工串行傳輸，已被用于高達(dá)10G的數(shù)據(jù)速率并有望用于16G速率的光纖通道中。考慮到可靠性因素，850nm的VCSEL經(jīng)直接調(diào)制需要達(dá)到極限工作溫度，在數(shù)據(jù)中心內(nèi)采用雙工光纖串行傳輸顯得不合時(shí)宜。因此，16G以上數(shù)據(jù)速率的以太網(wǎng)最有可能采用OM3光纖的并行光學(xué)技術(shù)實(shí)現(xiàn)短距離傳輸達(dá)到100米至300米。

    InfiniBand傳輸正開始引領(lǐng)金融領(lǐng)域數(shù)據(jù)中心服務(wù)器集群在電子商務(wù)、運(yùn)算建模和高端交易業(yè)務(wù)等應(yīng)用。InfiniBand的最大價(jià)值在于服務(wù)器I/O接口的高度融合與虛擬化，同時(shí)具有低反應(yīng)時(shí)間和高帶寬。InfiniBand光學(xué)傳輸是并行光學(xué)解決方案的一種特定應(yīng)用。

    以850nm的VCSEL陣列和OM3光纖為代表的并行光學(xué)技術(shù)為以太網(wǎng)、光纖通道、InfiniBand提供低成本高速率的解決方案。并行光學(xué)傳輸技術(shù)通過空分復(fù)用將高數(shù)據(jù)速率信號(hào)在多個(gè)光纖中進(jìn)行分配，保證發(fā)送端和接收端嚴(yán)格同步。在接收端，通過解復(fù)用信號(hào)被還原成發(fā)送前的高數(shù)據(jù)速率信號(hào)。MTP連接技術(shù)應(yīng)用于整個(gè)并行光學(xué)鏈路，并作為與收發(fā)模塊的接口。

    OM3光纖及成纜的質(zhì)量設(shè)計(jì)和端接方式等各個(gè)方面均要求降低光學(xué)時(shí)延指標(biāo)。光學(xué)時(shí)延實(shí)際上是在并行傳輸系統(tǒng)中不同光纖形成的多個(gè)路徑之間光信號(hào)傳輸?shù)臅r(shí)間差，不加控制則會(huì)導(dǎo)致傳輸錯(cuò)誤的發(fā)生。采用帶狀光纖能夠有效控制光學(xué)偏移，保證光纜組件在并行光學(xué)應(yīng)用中達(dá)到所需性能，而這一切，傳統(tǒng)的單根光纖無(wú)法勝任。

    目前，InfiniBand的四倍數(shù)據(jù)傳輸速率對(duì)10G多徑速率光纜組件的光學(xué)時(shí)延要求不超過0.75ns。這里的光纜組件是要求包括光纜及其各端MTP光纖連接器在內(nèi)的整套組件。以太網(wǎng)和光纖通道對(duì)其并行光學(xué)技術(shù)在光學(xué)時(shí)延方面的需求仍在持續(xù)開發(fā)。IEEE 802.3ba 40/100G以太網(wǎng)工作組已在商討1ns以內(nèi)光學(xué)時(shí)延的具體需求，但最終決議仍未達(dá)成。

    40G以太網(wǎng)技術(shù)預(yù)期會(huì)采用4個(gè)10G通道發(fā)送4個(gè)10G通道接收的方式實(shí)現(xiàn)；同理，100G以太網(wǎng)預(yù)期會(huì)采用10個(gè)10G通道來(lái)收發(fā)的方式實(shí)現(xiàn)(詳見圖三和圖四)。 
                                

    OM3光纖為數(shù)據(jù)中心實(shí)現(xiàn)了10G網(wǎng)絡(luò)的最佳運(yùn)行，這為實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)、光纖通道和InfiniBand并行光學(xué)達(dá)到32G-128G數(shù)據(jù)傳輸速率提供了演進(jìn)之路。OM3連接技術(shù)優(yōu)化的路徑空間利用率，便捷的安裝測(cè)試，能耗制冷所帶來(lái)的價(jià)值以及易于支持高密度安裝網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和配線面板方面表現(xiàn)卓著?，F(xiàn)在，數(shù)據(jù)中心已步入OM3光纖時(shí)代了！

    Doug Coleman，美國(guó)康寧通信企業(yè)網(wǎng)技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化經(jīng)理。

    Doug Coleman擁有豐富的專業(yè)背景，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、光纖光纜的材料、加工、設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)、應(yīng)用等諸多領(lǐng)域有著淵博的專業(yè)知識(shí)。