Module quang 400G trong Kết nối Trung tâm dữ liệu (DCI)

Mô-đun quang 400G trong Kết nối Trung tâm Dữ liệu (DCI)

         Theo dữ liệu của IDC, đến năm 2025, gần 80% lưu lượng dữ liệu toàn cầu dự kiến sẽ được lưu trữ trong các máy chủ lõi và biên. Trong khi đó, tốc độ tăng trưởng của lưu lượng giao dịch nội bộ (east-west) trong các trung tâm dữ liệu sẽ cao hơn nhiều so với lưu lượng giao dịch từ trên xuống (north-south) và lưu lượng giữa các trung tâm dữ liệu. Các trung tâm dữ liệu truyền thống đang dần được thay thế bởi các trung tâm dữ liệu đám mây với sự phổ biến của điện toán đám mây, điều này đã kích thích đáng kể nhu cầu thị trường đối với các mô-đun quang 400G.

         Thông thường, nhu cầu của khách hàng điều chỉnh theo kịch bản ứng dụng. Đối với truyền dẫn WDM đường dài, hiệu suất mô-đun là yếu tố quan trọng đối với khách hàng theo đuổi dung lượng cao hơn và khoảng cách truyền xa hơn. Ngược lại, đối với truyền dẫn tầm ngắn trong các trung tâm dữ liệu, chi phí truyền dẫn quan trọng hơn.

Để đạt được dung lượng cao hơn, các mô-đun quang 400G có ba phương pháp chính để giảm chi phí trên mỗi bit:

 * Công nghệ PAM4: Công nghệ PAM4 giúp cải thiện hiệu quả sử dụng băng thông. Ở cùng tốc độ baud, tốc độ bit của tín hiệu PAM4 gấp đôi tín hiệu NRZ, do đó cải thiện hiệu quả truyền dẫn đồng thời giảm chi phí.

 * Đa làn (Multi-lane): So với truyền dẫn 4 làn, các giải pháp truyền dẫn 8 làn mang lại lợi thế trong việc cân bằng chi phí và tiêu thụ điện năng.

 * Chip quang tốc độ Baud cao hơn: Các chip này tăng tốc độ truyền dẫn mà không ảnh hưởng đến khoảng cách truyền. Các chip quang tốc độ baud 25G khác nhau (DML, EML, VCSEL) đang dần được nâng cấp lên chip tốc độ baud 56G.

          Các mô-đun quang 400G rất phổ biến trong các ứng dụng trung tâm dữ liệu. Ví dụ, mô-đun 400G QSFP-DD XDR4 có thể được sử dụng trong các ứng dụng phân tách 4x100G từ QSFP28-FR-100G. Đối với các ứng dụng DCI, mô-đun 400G QSFP-DD FR4 hỗ trợ truyền dẫn 2km trên sợi quang đơn mode. Các mô-đun 400G QSFP-DD LR8 và 400G QSFP-DD LR4 hỗ trợ chiều dài liên kết lên đến 10km bằng cách truyền bốn bước sóng CWDM. Ngoài ra, mô-đun 400G QSFP-DD ER8, được thiết kế cho khoảng cách xa hơn, có thể bao phủ 40km trên các liên kết sợi quang đơn mode G.652. Hình dưới đây cho thấy các giải pháp mô-đun quang cho mạng trung tâm dữ liệu 400G.

         Với hàng triệu mô-đun quang dự kiến sẽ được sử dụng trong các trạm gốc 5G, các nhà khai thác cần khẩn cấp giảm chi phí mô-đun quang trong các khoản đầu tư vào cơ sở hạ tầng mạng. Hơn nữa, các mô-đun quang trong mạng truyền tải viễn thông phải có tuổi thọ trên 10 năm và hỗ trợ khoảng cách truyền lên đến 80km, đặt ra các yêu cầu cao hơn về độ tin cậy và hiệu suất trong các kịch bản mạng truyền tải đô thị.

        Để đạt được tốc độ truyền dẫn cao hơn và chi phí sản xuất thấp hơn, các mô-đun 400G cho mạng truyền tải đô thị tích hợp áp dụng các công nghệ tương tự như các công nghệ được sử dụng trong mạng trung tâm dữ liệu:

 * Mô-đun có độ tin cậy cao hơn: Sử dụng đóng gói kín để đáp ứng yêu cầu về tuổi thọ 10 năm và phạm vi nhiệt độ hoạt động từ 0 đến 70°C.

 * Bộ thu APD hiệu suất cao: Cải thiện độ nhạy bộ thu.

 * Công nghệ Coherent: Để đạt được khoảng cách truyền vượt quá 80km, các giải pháp 400G sử dụng công nghệ coherent. Đồng thời, với sự phát triển của các công nghệ tích hợp SiP và InP cùng với sự phát triển liên tục của công nghệ CMOS, các mô-đun coherent đang có xu hướng thu nhỏ kích thước và giảm tiêu thụ điện năng. Mức tiêu thụ điện năng thấp và kích thước nhỏ của các mô-đun 400G ZR giúp chúng có khả năng ứng dụng rộng rãi trong các kịch bản truy cập biên đô thị.

Các mô-đun quang coherent đang phát triển theo ba hướng:

 * Hiệu quả phổ (Spectral Efficiency): Tận dụng những tiến bộ liên tục trong các thuật toán oDSP để cải thiện hiệu quả phổ và dung lượng trên mỗi sợi quang.

 * Tốc độ Baud: Tăng tốc độ baud trên mỗi bước sóng để đạt được băng thông trên mỗi cổng cao hơn, từ đó giảm chi phí và tiêu thụ điện năng trên mỗi bit.

 * Kích thước nhỏ hơn và tiêu thụ điện năng thấp hơn: Áp dụng các thành phần quang điện tích hợp, quy trình sản xuất tiên tiến và các thuật toán oDSP chuyên dụng để giảm kích thước và tiêu thụ điện năng của các mô-đun 400G.

Kết luận

        Các mô-đun quang 400G phổ biến hiện nay đã được sử dụng rộng rãi trong nhiều kịch bản mạng khác nhau, bao gồm mạng trung tâm dữ liệu, mạng truyền tải đô thị và mạng truyền dẫn dung lượng cao, đường dài. Nhu cầu về dung lượng cao hơn, chi phí trên mỗi bit thấp hơn và tiêu thụ điện năng thấp hơn đang thúc đẩy các mô-đun quang hướng tới tốc độ dữ liệu cao hơn nữa.