Gwybodaeth

1.400G, mae yma mewn gwirionedd

Ddim yn bell yn ôl, ym mis Mawrth 2024, agorodd China Mobile gefnffordd ryng-daleithiol 400G holl-optegol gyntaf y byd (Beijing Inner Mongolia), sy'n cael ei ystyried yn ddigwyddiad carreg filltir bwysig.

Mae'r rheswm dros uwchraddio'r rhwydwaith asgwrn cefn i 400G yn amlwg.

Ar y naill law, mae twf traffig Rhyngrwyd defnyddwyr a ddaw yn sgil bywyd digidol preswylwyr (fideo diffiniad uchel, telegynadledda, darllediad byw ar-lein, gemau ar-lein, ac ati) yn dal i barhau.

Ar y llaw arall, mae'r diwydiant cyfan yn hyrwyddo trawsnewid digidol, ac mae'r ymchwydd mewn traffig o systemau digidol y diwydiant wedi dwysáu'r pwysau ar rwydweithiau asgwrn cefn.

Mae'r cynnydd sydyn yn y pwysau ar y rhwydwaith asgwrn cefn hefyd oherwydd rheswm allweddol - ffrwydrad AI.

Ar ôl cynnydd model mawr AIGC, ysgogodd don o AI. Er mwyn diwallu anghenion busnes AI, mae angen adeiladu nifer fawr o ganolfannau cyfrifiadurol deallus. Mae'r model wedi esblygu o biliynau o baramedrau i driliynau o baramedrau, ac mae clwstwr pŵer cyfrifiadurol GPU hefyd wedi symud o glwstwr mil o gardiau i glwstwr cerdyn deng mil neu hyd yn oed clwstwr can mil o gardiau.

Mae clwstwr pŵer cyfrifiadurol GPU mewn gwirionedd yn amrywiaeth o gardiau GPU enfawr (gweinyddion GPU) wedi'u cysylltu â'i gilydd trwy rwydweithiau perfformiad uchel fel InfiniBand a RoCEv2. Mae ganddo ofynion hynod o uchel ar gyfer perfformiad rhwydwaith a dibynadwyedd, sy'n effeithio'n uniongyrchol ar effeithlonrwydd a chost hyfforddi.

O ran cyflymder porthladd rhwydwaith gweinyddwyr GPU yn unig, mae eisoes wedi cychwyn o un porthladd o 400G, ac mae angen 800G neu uwch hyd yn oed.

Porthladdoedd rhwydwaith o weinyddion GPU

Yn flaenorol, roedd clystyrau pŵer cyfrifiadurol GPU yn perthyn i'r categori DCN (Rhwydwaith Canolfannau Data). Nawr, gydag ehangu parhaus maint clwstwr, rydym wedi dechrau ystyried cymhwyso canolfannau cyfrifiadura deallus gwasgaredig i fodelu hyfforddiant.

Hynny yw, bydd nifer o ganolfannau cyfrifiadura deallus mewn gwahanol leoliadau yn cael eu defnyddio gyda'i gilydd ar gyfer hyfforddiant.

Mae hyn yn cyflwyno gofynion uwch ar gyfer DCI (Rhwydwaith Rhyng-gysylltu'r Ganolfan Ddata), a rhaid i'r rhwydwaith asgwrn cefn cyfathrebu optegol allu bodloni'r galw hwn o ran perfformiad technegol.

Mae strategaeth ein gwlad mewn pŵer cyfrifiadurol yn dal i gadw at y syniad o "gydlynu cenedlaethol a chynllun cyffredinol". Gan ddechrau o fis Chwefror 2022, mae Tsieina wedi lansio Prosiect Cyfrifiadura Dwyrain y Gorllewin i greu system pŵer cyfrifiadurol integredig ledled y wlad.

Yn syml, ar y naill law, mae angen inni adeiladu nifer fawr o ganolfannau data (sy'n cyfateb i weithfeydd pŵer), ac ar y llaw arall, mae angen inni hefyd adeiladu rhwydwaith trawsyrru asgwrn cefn cadarn (sy'n cyfateb i grid pŵer) i'w ddosbarthu y pŵer cyfrifiadurol hwn a diwallu anghenion diwydiannau amrywiol.

Sut cafodd 400G ei gyflawni?

Rhaid i'r rhwydwaith asgwrn cefn cyfathrebu optegol presennol, fel sylfaen y gymdeithas ddigidol gyfan, feddu ar nodweddion lluosog megis lled band hynod fawr (400G, 800G yn y dyfodol neu hyd yn oed 1.6T), hwyrni uwch-isel (cylch hwyrni aml-lefel), tra mawr rhwydweithio ar raddfa (sy'n gwasanaethu clystyrau cyfrifiadura gwasgaredig ac AI y soniwyd amdanynt yn gynharach), sefydlogrwydd tra-uchel, dibynadwyedd hynod uchel, diogelwch tra-uchel, defnydd hyblyg iawn, rheoli gweithrediad a chynnal a chadw deallus, ac ati.

Heddiw, byddwn yn siarad yn bennaf am y lled band cyflymder pwysicaf.

Nid yw datblygiad technoleg cyfathrebu optegol hyd heddiw, er mwyn gwella cyflymder, yn ddim ond canolbwyntio ar yr agweddau canlynol:

Yn gyntaf, mae cyfradd baud.

Cyfradd trawsyrru, a elwir hefyd yn gyfradd didau, yw nifer y didau a drosglwyddir fesul uned amser, wedi'i fesur mewn didau yr eiliad.

Cyfradd didau=cyfradd baud wedi'i luosi â nifer y didau deuaidd sy'n cyfateb i gyflwr modiwleiddio sengl.

Y gyfradd baud yw nifer y symbolau a drosglwyddir fesul uned o amser. Po uchaf yw'r gyfradd baud, y mwyaf o symbolau a drosglwyddir yr eiliad, ac wrth gwrs, y mwyaf yw'r wybodaeth, gan arwain at gynnydd mewn cyflymder.

Mae'r gyfradd baud yn cael ei bennu gan allu'r ddyfais optegol. Po fwyaf datblygedig yw'r broses sglodion dyfais, yr uchaf yw'r gyfradd baud, a'r uchaf yw'r gyfradd didau.

Ar hyn o bryd, mae'r broses CMOS wedi cynyddu o 16nm i 7nm a 5nm, ac mae'r gyfradd baud wedi cynyddu'n raddol o 30+GBaud i 64+GBaud, 90+GBaud, a 128+). GBaud.

Mae'r 400G presennol ar gael yn fasnachol diolch i'w gyfradd baud gyrraedd 128Gbaud.

Gadewch i ni edrych eto ar y dull modiwleiddio.

Mae'r 'digidau deuaidd sy'n cyfateb i gyflwr modiwleiddio sengl' yn y fformiwla sydd newydd gael ei bennu gan y dull modiwleiddio.

Mae cynlluniau modiwleiddio technoleg 400G ar hyn o bryd yn bennaf yn cynnwys 16QAM, 16QAM-PCS (mae PCS yn dechnoleg siapio tebygolrwydd, a gyflwynir yn fanwl y tro nesaf), a QPSK, sy'n addas ar gyfer gwahanol senarios cais.

Mae cyfathrebu optegol yn wahanol i gyfathrebu diwifr gan nad yw'n mynd ar drywydd modiwleiddio lefel uchel yn ddall.

Po isaf yw'r gorchymyn modiwleiddio, yr isaf yw'r gofynion ar gyfer y llinell, a'r isaf yw cost adeiladu rhwydwaith. Felly, yng nghyfnod dylunio cynnar rhwydweithiau asgwrn cefn pellter hir, roedd y ffocws yn y bôn ar 16QAM a QPSK. Yn ddiweddarach, ymunodd 16QAM-PCS â'r gystadleuaeth hefyd.

Yn flaenorol, nid oedd unrhyw sôn am "Gyfrifiad Dwyrain y Gorllewin", ac roedd gweithredwyr yn credu na fyddai angen trosglwyddo pellter rhy hir ar 400G. Felly, mabwysiadu dyfeisiau cyfradd baud isel gyda thechnoleg fwy aeddfed a phrisiau is, ynghyd â 16QAM gyda gorchymyn modiwleiddio uwch, yw'r farn prif ffrwd yn y diwydiant.

Yn ddiweddarach, ar y naill law, oherwydd y gofynion cynyddol ar gyfer pellter trosglwyddo, cynyddodd o dros 1000 km i filoedd o km. Ar y llaw arall, aeddfedodd dyfeisiau cyfradd baud 128GBaud yn gyflym (yn y senario DCN, cododd 800G yn gyflym, gan ysgogi a hyrwyddo cadwyn y diwydiant), gan greu amodau i QPSK sefyll allan.

Mae gan QPSK oddefgarwch uwch ar gyfer aflinolrwydd a gall gynyddu'r pŵer mewnbwn yn briodol o'i gymharu â 16QAM-PCS. Yn ail, mae trothwy OSNR cefn wrth gefn QPSK wedi'i optimeiddio o'i gymharu â 16QAM-PCS. Ar ben hynny, mae gosod bylchau sianel QPSK i 150GHz yn sicrhau bron dim cost hidlo wrth drosglwyddo.

Mae'r manteision hyn yn raddol wedi gwneud QPSK yn ddewis dewisol y diwydiant ar gyfer rhwydweithiau asgwrn cefn a DCI.

Cymhariaeth fras o dri opsiwn

Nawr, mae'r ddau opsiwn cyntaf yn cael eu hystyried yn fwy cyffredin ar gyfer cymwysiadau trefol neu daleithiol.

Yn drydydd, mae i ehangu'r band amledd.

Mae'r gyfradd baud a modiwleiddio yn effeithio'n bennaf ar y gyfradd tonnau sengl. Gall cebl ffibr optig gael tonnau lluosog, cyn belled â bod yr ystod sbectrol yn ddigon mawr.

Lled band ton sengl x rhif ton ffibr sengl=lled band ffibr sengl.

Fel y nodwyd yn y tabl blaenorol, mae bylchiad sianel QPSK 400G yn cyrraedd 150GHz. Mae band C traddodiadol a band C estynedig yn annigonol i ateb y galw am led band sbectrwm.

Felly, mae'r dull C6T + L6T yn cael ei fabwysiadu'n raddol, gyda chyfanswm lled band sbectrwm o 12THz. Cyfrifwch, gydag 80 tonnau a thon sengl o 400G, cyfanswm cynhwysedd ffibr sengl yw 32T. Os byddwn yn aberthu peth pellter ac yn ei ddefnyddio i arbed costau, gall defnyddio QPSK neu 16QAM-PCS gynyddu'r capasiti hyd yn oed ymhellach, gan gyrraedd 48T.

I gael cyflwyniad manwl i fandiau amledd, gallwch weld yma: Beth yw'r bandiau amledd ar gyfer cyfathrebu optegol?

Y broblem fwyaf gydag ymestyn y band amledd yw a all y ddyfais ei gefnogi ac a yw'r gost yn un y gellir ei rheoli. Mae'r dyfeisiau y cyfeirir atynt yma yn cynnwys ITLA, CDM, ICR, EDFA, a WSS, sy'n cynnwys trosglwyddo a derbyn golau, yn ogystal â chyfnewid ac ehangu llwybrau optegol.

O ran ehangu bandiau, mae yna broblem hefyd, sef integreiddio.

Mae'r estyniad band presennol mewn gwirionedd yn debycach i rwymiad syml o ddwy system (C ac L). Mae dwy system yn gweithredu'n annibynnol, yn trosglwyddo trwy amlblecsio, ac yna'n hollti yn y pen arall, pob un yn parhau i brosesu.

Os oes dwy system, bydd y gyfaint yn fwy, bydd y defnydd o bŵer yn uwch, a bydd y dyluniad yn fwy cymhleth. Felly, mae angen i'r diwydiant astudio sut i integreiddio dyfeisiau a gwneud system wirioneddol sy'n cefnogi gwahanol fandiau estynedig ar yr un pryd. Hynny yw, cyflawni gwir integreiddio.

Mae cyfathrebu ffibr optig, yn ogystal â modiwlau ac offer optegol, hefyd yn gofyn am sylw i ffibr optig.

Y ffibr optig prif ffrwd presennol yw ffibr optig G.652D. Gall 400G QPSK hefyd drosglwyddo 1500km ar G.652D gyda mwyhad EDFA.

Ar ôl blynyddoedd o ddilysu, mae'r diwydiant wedi nodi ffibr G.654E fel olynydd newydd. Os ydych chi'n defnyddio'r G.654E sy'n perfformio'n well, o dan yr un amodau, gellir cynyddu'r pellter trosglwyddo o 400G QPSK fwy na 30%.

G. Mae gan y cebl ffibr optig 654E y gallu i gynhyrchu ar raddfa fawr a bydd yn cael ei ddefnyddio ar gefnffyrdd pellter hir ar raddfa fawr. G. Mae rhai ffibrau optegol colled isel o'r gyfres 654 hefyd wedi dod yn ddewis a ffefrir ar gyfer trosglwyddo pellter hir ar draws cefnforoedd mewn systemau cebl tanfor.

Ar wahân i opteg ffibr traddodiadol. Mae'r diwydiant hefyd yn credu bod gan ffibrau aml-graidd a ffibrau gwag ragolygon cymhwyso eang.

Mae ffibr aml-graidd yn fath o amlblecsio rhaniad gofodol, lle mae mwy o greiddiau ffibr yn cael eu gosod mewn un ffibr ac ychydig o foddau a ddefnyddir i gynyddu cynhwysedd y ffibr yn sylweddol.

Mae ceblau ffibr optig gwag hyd yn oed yn fwy trawiadol. Yn syml, gwnewch y cebl ffibr optig yn wag a disodli'r craidd ffibr gwydr ag aer.

Profwyd bod ffibr gwag yn dod â mwy o gapasiti, hwyrni is, colled trawsyrru llai, ac aflinolrwydd tra-isel, ac fe'i hystyrir yn eang fel un o'r technolegau mwyaf addawol mewn cyfathrebu optegol gan y diwydiant.

Y cam nesaf ar gyfer 400G, 800G neu 1.6T?

Ar ôl y raddfa fasnachol swyddogol o 400G, bydd y diwydiant cyfan yn canolbwyntio ar y system safon dechnegol y tu hwnt i 400G.

Mae'r diwydiant yn dal i drafod yn ddwys a ddylid bwrw ymlaen ag 800G, 1.2T, neu 1.6T.

Os ydych chi am gyflawni cyflymderau uwch, rhaid i chi barhau i weithio ar "dull modiwleiddio + cyfradd baud". 130GBd, neu hyd yn oed yn uwch ar 260GBd, yw'r cyfeiriad anochel. Mae cyfradd baud uwch yn golygu bod yn rhaid i ddyfeisiau cysylltiedig gadw i fyny a ffurfio cadwyn ddiwydiannol aeddfed.

Y tu hwnt i 400G, ni allwn ddibynnu ar QPSK mwyach. Mae modiwleiddio 16QAM ar hyn o bryd yn opsiwn a gydnabyddir yn eang yn y diwydiant.

Mae angen ehangu'r band amledd ymhellach hefyd. Ar sail ehangu C ac L, ystyriwch ehangu i fand S, band U, E-band, ac ati. Os mai C+L+S ydyw, yna 12T+5T ydyw, gan gyflawni lled band o 17THz.

Gyda'r cyfuniad o ffactorau lluosog, gall cyfradd trosglwyddo ffibr sengl i un cyfeiriad fod yn fwy na 100Tbps, sydd ychydig o gwmpas y gornel.

O fewn y ganolfan ddata, mae 800G (yn seiliedig ar gyfraddau baud uwch na 100GBd, sianel sengl 100G) wedi bod ar gael yn fasnachol. Sianel sengl 200G, 400G, 800G, dim ond mater o amser ydyw. Yn hyn o beth, mae cynnydd yn gyflymach dramor.

Gyda'r cynnydd parhaus mewn gallu, mae'r heriau technolegol a ddaw yn ei sgil hefyd yn cynyddu. Mewn geiriau eraill, mae datblygiad cyfathrebu optegol yn dibynnu ar ddyfeisiau, sglodion, prosesau a deunyddiau.

Er mwyn bodloni gofynion defnydd pŵer, diogelwch, gweithredu a chynnal a chadw a grybwyllwyd yn gynharach, mae hefyd yn dibynnu ar gyfres o arloesiadau megis technoleg, pensaernïaeth, pecynnu, deallusrwydd artiffisial, ac efeilliaid digidol. Mae llawer o waith i'w wneud o hyd yn y rhannau i fyny'r afon ac i lawr yr afon o'r gadwyn ddiwydiannol. Mae'r ffordd o'ch blaen yn dal yn hir.