데이터센터에서 대량으로 싱글모드 광모듈 사용 시작

PSM4 (병렬 싱글모드 4 채널 -Parallel Single Mode 4-channel) 광모듈은

최대 2km의 도달 거리와

기존의 100 미터의 짧은 도달 거리 4 채널 (Short Reach 4-channel -SR4) 멀티모드 광모듈의 한계를 초과하는 싱글모드 광모듈입니다.

PSM4광모듈은 저비용 및 높은 가능성으로 인해 싱글모드 광섬유가 차세대 데이터 센터에서 대중화 될 수있게 해주는 트랜시버가 될 것입니다.

PSM4는 하나의 레이저 (4 개 대신)를 사용하여 제작되었으며, 4 개의 경로 또는 채널로 분할되고 전기 데이터 신호로 개별적으로 변조됩니다. 각 채널은 자체 섬유가 있으며 링크 전체에서 분리되어 있습니다.

PSM4는 전송 용 4 개 파이버와 수신 용 4 개 파이버가있는 8 개 파이버를 사용합니다. 8 Core MPO (Multiple Push On) 광 커넥터가 사용됩니다.

100Gb/s PSM4 Transceiver

PSM4 광모듈은 시장에서 가장 낮은 비용의 100Gb / s 트랜시버로 싱글모드 광케이블로 최대 2km의 장거리 통신할 수 있습니다.

가장 이상적인 사용 사례는 500 미터 미만입니다. 더 긴 도달 거리의 비용을 계산할 때, 8 개의 광섬유 비용을 각각의 미터로 합산계산 합니다.

CWDM4는 2 개의 섬유를 사용하여보다 경제적이됩니다.

데이터센터 네트웍 길이가 2km 나 되나요?

대부분의 데이터 센터 네트웍 길이는 2km (1.2 마일) 이내 이지만

2km 사양은 레이저의 광 출력을 나타내는 또 다른 방법으로 PSM4는 dBs (데시벨)라고 불리는 10 배의 전력으로 측정하여 약 3.3dB의 광 출력을 제공하므로 오염 및 / 또는 오 정렬 된 광 커넥터, 점퍼, 광학 패치 패널로 구성된 손실이 많은 광섬유 인프라를 수백 미터까지 확장할 수 있습니다.

광 경로에 대한 다른 간섭을 포함한다. 거리가 비교적 짧지 만 잡목가지, 나뭇가지, 잎이 우거진 울창한 숲을 비추는 데 매우 강력한 플래시 라이트가 필요한 것과 비슷한 이유입니다.

싱글모드 광케이블은 멀티모드 보다 저렴하지만
싱글모드 광모듈은 멀티모드 보다 비쌉니다.

흥미롭게도 멀티모드 (50um 직경이 큰 코어) 광섬유는 싱글모드 (9um 코어 직경) 파이버보다 비싸지만 광모듈은 그 반대입니다!

싱글모드 광케이블은 통신 업계에서 사용하며 연간 수십만 마일 주문되므로 저렴한 비용으로 이용할 수 있으나 멀티모드 광케이블은 데이터 센터에서만 사용하므로 제작량이 적으므로 약 3 배 더 비쌉니다.

다른 한편, 멀티모드 코어 직경은 크고 VCSEL 레이저 및 검출기와 정렬하기 쉽습니다. 9um 싱글모드 광섬유는 트랜시버 구성 요소를 구축하고 정렬하기가 매우 어려우며 매우 고가의 정렬 장치가 필요합니다. 따라서 싱글모드 송수신기는 항상 멀티모드 송수신기보다 훨씬 비쌉니다. 멀티모드 송수신기는 싱글모드 송수신기보다 저렴합니다.

일반적으로 싱글모드 송수신기는 기계적으로 서브 마이크론 허용 오차에 맞춰 정렬해야하는 10-20 개의 작은 부품을 사용합니다. 이것은 많은 수작업 노동, 값 비싼 테스트 및 정렬 장비를 요구하며 높은 불량률을 초래합니다.

Silicon Photonics 기술로 제조상의 문제를 해결하였다

Silicon Photonics는 이러한 문제의 대부분을 해결하고 CMOS 반도체 전자 칩을 제조하는 데 사용 된 것과 동일한 기본 기술인 실리콘 웨이퍼에 광학 부품과 도파관을 통합하였으며

이것이 싱글모드 트랜시버가 결국 멀티모드 트랜시버와 가격 경쟁력을 갖게되는 이유입니다. Mellanox는 캘리포니아 남부에 위치한 자사 내부에서 개발 된 Silicon Photonics 기술을 사용하여 PSM4를 구축했으며,이 기술은 거의 10 년 간 트랜시버 및 가변 광 감쇠기 (VOAs)로 사용되는 Silicon Photonics 제품을 제작 및 공급했습니다.

Mellanox Designed PSM4 Silicon Photonics and Control ASICs

Numerous PSM4 Applications and Configurations for Any Need.

PSM4에는 여러 가지 구성 애플리케이션 용도가 있습니다.

2km가 넘는 100Gb / s 지점 간 통신을 버스로 연결하거나 서버, 스토리지 및 기타 하위 시스템에 연결하기 위해 듀얼 50Gb / s 또는 쿼드 25Gb / s 링크로 분리 할 수 있습니다. 또한, 수동형 파이버 스플리터 케이블 또는 송수신기 / AOC 하이브리드 ( "피그 테일")를 사용하여 브레이크 아웃을 만들 수 있습니다. 다음 다이어그램은 케이블 및 송수신기가있는 스위치 및 네트워크 어댑터로 구성된 Mellanox의 "엔드 - 투 - 엔드"시스템 솔루션을 보여줍니다.

25G, 50G, 100G PSM4 Transceiver Applications

PSM4 Breakouts to Servers & Storage

길이가 2km에 달하는 포인트 - 투 - 포인트 링크 외에 PSM4 채널도 개별적으로 분리 할 수 있습니다. 아래 다이어그램은 한쪽 끝에 MPO, 다른 쪽 끝에 이중 MPO (50G) 또는 쿼드 LC 커넥터 (25G)가있는 수동 브레이크 아웃 스플리터 케이블을 사용하는 100G PSM4 트랜시버를 보여줍니다. CWDM4는이 기능을 수행 할 수 없으며 100Gb / s 포인트 - 투 - 포인트 버스 만 할 수 있습니다.

Passive Fiber Breakout Configurations

PSM4 “Pigtail” 타입 광모듈

트랜시버의 광섬유는 탈착식 광 커넥터 (MPO 또는 LC)로 연결합니다.

액티브 광 케이블 (AOC)은 광섬유가 내부에 영구적으로 부착되어 있으며 탈착식이 아닌 2 개의 송수신기입니다.

"피그 테일 (Pigtail) 타입"(위 그림 참조)은 트랜시버와 AOC의 하이브리드이며
1 미터 길이의 광케이블과 3 개의 커넥터 구성 중 하나를 사용하여 트랜시버에 광케이블이 연결되어 있습니다:

• One 100Gb/s MPO (Four 25G channels) QSFP28
• Two 50Gb/s MPOs (Two 25G channels) QSFP28
• Eight 25Gb/s duplex LC (One 25G channel) SFP28

 1 미터의 광 피크테일이지만, 그것은 광네트웍에서 500 미터까지 송수신할 수 있습니다. Pigtails는 Top-of-Rack 스위치를 25Gb / s 또는 50Gb / s 서버 및 스토리지 하위 시스템에 연결하거나 데이터 센터의 다른 부분에 연결하는 수동 광 분배 패치 패널에 연결하는 데 사용됩니다.

요점은 피그 테일 (Pigtail)이 하나의 광 커넥터에 대한 재료비와 유지 보수 비용을 절감 할 수있을 뿐만 아니라 약 1dB의 광 손실을 회수 할 수 있다는 것입니다. 작지만 큰 데이터 센터 빌더가 수만 대를 사용하면 모두 합산됩니다.

모든 MPO 커넥터가 동일한 것은 아닙니다!!

한가지주의 할 점은 SR4 멀티모드 MPO (컬러 아쿠아)에 사용 된 MPO는 PSM4의 MPO / APC (녹색 또는 노란색 컬러)와 동일하지 않습니다. 광 커넥터는 대부분의 빛을 통과하고 일부는 커넥터의 광섬유 끝 부분 안쪽 표면에서 레이저쪽으로 다시 반사됩니다.

PSM4는 9um(작은)코어 싱글모드 광섬유를 사용하며 커넥터 하부 구조에 모든 후방 반사를 집중시키고 이를 파손시킬 수있는 레이저를 목표로합니다. 따라서 싱글모드 광섬유 기반 구조는 광 반사를 레이저에서 멀리 떨어지게하는 각도로 광섬유 끝을 연마합니다. 따라서 Angle Polished Connector (APC)라는 이름을 사용합니다.

멀티모드 광섬유는 50um 크기의 큰 코어를 가지고 있으며 큰 영역은 후면 반사를 분산시켜 문제를 덜어줍니다.

실제로 MPO 커넥터는 12 개의 광섬유를 사용하고 4 개의 광섬유는 사용하지 않습니다.

MPO Optical Connectors

Flat and Angle Polished Fibers

Mellanox PSM4-1550nm Interoperates with Most Industry PSM4s

대부분의 PSM4 트랜시버는 1310nm와 1550nm에 걸친 넓은 대역폭을 가진 PIN 검출기를 사용하므로 Mellanox 1550nm PSM4는 파장이 다르더라도 거의 모든 1310nm PSM4 송수신기와 그 반대로도 통신 할 수 있습니다. 아무런 문제없이 10 개 이상의 다른 공급 업체와의 상호 연동 테스트를 마쳤습니다.

OFC에서 Mellanox는 Innolight 및 AOI의 PSM4 송수신기와 상호 운용하는 100Gb / s 1550nm PSM4와 Oclaro, Hisense 및 Ligent가있는 LR 송수신기를 사용한 25Gb / s의 브레이크 아웃을 시연했습니다.

Interoperability Demo 1310nm & 1550nm PSM4s

200Gb/s HDR

PSM4는 2017년 말에 InfiniBand 용 200Gb / s HDR을 지원하는 QSFP28 폼 팩터와 2개의 100Gb / s HDR100 QSFP28 로 분할 된 1 : 2 스플리터 구성을 사용하여 200Gb / s 속도를 선보일 예정입니다.

결론

PSM4 트랜시버는 싱글모드 광섬유의 저비용 및 장거리 기능을 사용하므로 차세대 데이터 센터에서 사용할 수있는 가장 저렴한 싱글모드 트랜시버입니다. 100Gb / s를 지점 간 연결하거나 25Gb / s 또는 50Gb / s의 개별 채널 조합으로 서버, 스토리지 및 기타 하위 시스템으로 분할 할 수 있는 매우 유연한 송수신기입니다.

100G PSM4는 인기가 높아지고 대량 생산 효율성이 높아짐에 따라 트랜시버 및 광섬유 비용이 합산되면서 경쟁적인 가격으로 100G SR4 멀티 모드 트랜시버와 경쟁할 것입니다. PSM4는 싱글모드 광섬유가 차세대 데이터 센터에서 대중화 될 수있게 해주는 광모듈이 될 것입니다.

*상기자료는 엑사통신 기술팀이 번역한 자료로

출처: http://www.mellanox.com/blog/2017/03/100g-psm4-the-most-configurable-lowest-cost-single-mode-transceiver-available/

*기술문의: 엑사통신 기술팀 02-716-3799