Pengetahuan

1.400G, ia benar-benar di sini

Tidak lama dahulu, pada Mac 2024, China Mobile membuka saluran utama antara wilayah (Beijing Inner Mongolia) 400G semua optik pertama di dunia, yang dianggap sebagai peristiwa penting yang penting.

Sebab untuk menaik taraf rangkaian tulang belakang kepada 400G adalah jelas.

Di satu pihak, pertumbuhan trafik Internet pengguna yang dibawa oleh kehidupan digital penduduk (video definisi tinggi, telesidang, siaran langsung dalam talian, permainan dalam talian, dll.) masih berterusan.

Sebaliknya, seluruh industri mempromosikan transformasi digital, dan lonjakan trafik daripada sistem digital industri telah meningkatkan tekanan pada rangkaian tulang belakang.

Peningkatan mendadak dalam tekanan pada rangkaian tulang belakang juga disebabkan oleh sebab utama - letupan AI.

Selepas kebangkitan model besar AIGC, ia mencetuskan gelombang AI. Untuk memenuhi keperluan perniagaan AI, adalah perlu untuk membina sejumlah besar pusat pengkomputeran pintar. Model ini telah berkembang daripada berbilion-bilion parameter kepada bertrilion-trilion parameter, dan kluster kuasa pengkomputeran GPU juga telah beralih daripada seribu kluster kad kepada sepuluh ribu kluster kad atau bahkan ratus ribu kluster kad.

Kelompok kuasa pengkomputeran GPU sebenarnya ialah susunan kad GPU besar-besaran (pelayan GPU) yang disambungkan bersama melalui rangkaian berprestasi tinggi seperti InfiniBand dan RoCEv2. Ia mempunyai keperluan yang sangat tinggi untuk prestasi dan kebolehpercayaan rangkaian, yang secara langsung mempengaruhi kecekapan dan kos latihan.

Dari segi kelajuan port rangkaian pelayan GPU sahaja, ia telah pun bermula dari satu port 400G, malah memerlukan 800G atau lebih tinggi.

Port rangkaian pelayan GPU

Sebelum ini, kluster kuasa pengkomputeran GPU tergolong dalam kategori DCN (Rangkaian Pusat Data). Kini, dengan pengembangan berterusan saiz kelompok, kami telah mula mempertimbangkan untuk menggunakan pusat pengkomputeran pintar teragih untuk latihan model.

Maksudnya, beberapa pusat pengkomputeran pintar di lokasi yang berbeza akan digunakan bersama untuk latihan.

Ini mengemukakan keperluan yang lebih tinggi untuk DCI (Rangkaian Saling Sambungan Pusat Data), dan rangkaian tulang belakang komunikasi optik mesti dapat memenuhi permintaan ini dari segi prestasi teknikal.

Strategi negara kita dalam kuasa pengkomputeran masih berpegang kepada idea "keselarasan nasional dan susun atur keseluruhan". Bermula dari Februari 2022, China telah melancarkan Projek Pengkomputeran Timur Barat untuk mewujudkan sistem kuasa pengkomputeran bersepadu di seluruh negara.

Ringkasnya, di satu pihak, kita perlu membina sejumlah besar pusat data (bersamaan dengan loji kuasa), dan sebaliknya, kita juga perlu membina rangkaian penghantaran tulang belakang yang teguh (bersamaan dengan grid kuasa) untuk mengedarkan kuasa pengkomputeran ini dan memenuhi keperluan pelbagai industri.

Bagaimanakah 400G dicapai?

Rangkaian tulang belakang komunikasi optik semasa, sebagai asas kepada keseluruhan masyarakat digital, mesti mempunyai pelbagai ciri seperti lebar jalur ultra besar (400G, 800G masa depan atau bahkan 1.6T), kependaman ultra rendah (bulatan kependaman berbilang peringkat), ultra besar rangkaian skala (menyajikan pengkomputeran teragih dan kelompok AI yang dinyatakan sebelum ini), kestabilan ultra tinggi, kebolehpercayaan ultra tinggi, keselamatan ultra tinggi, penggunaan ultra fleksibel, pengendalian pintar dan kawalan penyelenggaraan, dll.

Hari ini, kita akan bercakap tentang lebar jalur kelajuan yang paling penting.

Pembangunan teknologi komunikasi optik sehingga hari ini, untuk mencapai peningkatan kelajuan, tidak lain adalah untuk memberi tumpuan kepada aspek berikut:

Pertama, terdapat kadar baud.

Kadar penghantaran, juga dikenali sebagai kadar bit, ialah bilangan bit yang dihantar setiap unit masa, diukur dalam bit sesaat.

Kadar bit=kadar baud didarab dengan bilangan bit perduaan yang sepadan dengan keadaan modulasi tunggal.

Kadar baud ialah bilangan simbol yang dihantar setiap unit masa. Lebih tinggi kadar baud, lebih banyak simbol dihantar sesaat, dan sudah tentu, lebih besar jumlah maklumat, yang membawa kepada peningkatan kelajuan.

Kadar baud ditentukan oleh keupayaan peranti optik. Semakin maju proses cip peranti, semakin tinggi kadar baud, dan semakin tinggi kadar bit.

Pada masa ini, proses CMOS telah meningkat daripada 16nm kepada 7nm dan 5nm, dan kadar baud telah meningkat secara beransur-ansur daripada 30+GBaud kepada 64+GBaud, 90+GBaud dan 128+ GBaud.

400G semasa tersedia secara komersial berkat kadar baudnya yang mencapai 128Gbaud.

Mari kita lihat lagi kaedah modulasi.

'Digit binari sepadan dengan keadaan modulasi tunggal' dalam formula tadi ditentukan oleh kaedah modulasi.

Skim modulasi teknologi 400G pada masa ini terutamanya termasuk 16QAM, 16QAM-PCS (PCS ialah teknologi pembentuk kebarangkalian, yang akan diperkenalkan secara terperinci pada masa akan datang), dan QPSK, yang sesuai untuk senario aplikasi yang berbeza.

Komunikasi optik adalah berbeza daripada komunikasi tanpa wayar kerana ia tidak mengejar modulasi peringkat tinggi secara membuta tuli.

Semakin rendah susunan modulasi, semakin rendah keperluan untuk talian, dan semakin rendah kos pembinaan rangkaian. Jadi, pada peringkat awal reka bentuk rangkaian tulang belakang jarak jauh, tumpuan pada asasnya adalah pada 16QAM dan QPSK. Kemudian, 16QAM-PCS turut menyertai pertandingan tersebut.

Sebelum ini, tidak disebut "Pengiraan Timur Barat", dan pengendali percaya bahawa 400G tidak memerlukan penghantaran jarak terlalu jauh. Oleh itu, menggunakan peranti kadar baud rendah dengan teknologi yang lebih matang dan harga yang lebih rendah, digabungkan dengan 16QAM dengan susunan modulasi yang lebih tinggi, adalah pendapat arus perdana dalam industri.

Kemudian, di satu pihak, disebabkan peningkatan keperluan untuk jarak penghantaran, ia meningkat daripada lebih 1000 km kepada beberapa ribu km. Sebaliknya, peranti kadar baud 128GBaud cepat matang (dalam senario DCN, 800G meningkat dengan cepat, merangsang dan mempromosikan rantaian industri), mewujudkan keadaan untuk QPSK menonjol.

QPSK mempunyai toleransi yang lebih tinggi untuk ketaklinieran dan boleh meningkatkan kuasa input dengan sewajarnya berbanding dengan 16QAM-PCS. Kedua, ambang OSNR belakang ke belakang QPSK dioptimumkan berbanding 16QAM-PCS. Tambahan pula, menetapkan jarak saluran QPSK kepada 150GHz memastikan hampir tiada kos penapisan semasa penghantaran.

Kelebihan ini secara beransur-ansur menjadikan QPSK sebagai pilihan pilihan industri untuk rangkaian tulang belakang dan DCI.

Perbandingan kasar tiga pilihan

Kini, dua pilihan pertama lebih kerap dipertimbangkan untuk aplikasi bandar atau wilayah.

Ketiga, ia adalah untuk mengembangkan jalur frekuensi.

Kadar baud dan modulasi terutamanya mempengaruhi kadar gelombang tunggal. Kabel gentian optik boleh mempunyai berbilang gelombang, asalkan julat spektrumnya cukup besar.

Jalur lebar gelombang tunggal x nombor gelombang gentian tunggal=lebar lebar gentian tunggal.

Seperti yang dinyatakan dalam jadual sebelumnya, jarak saluran QPSK 400G mencapai 150GHz. Kedua-dua jalur C tradisional dan jalur C lanjutan tidak mencukupi untuk memenuhi permintaan untuk jalur lebar spektrum.

Jadi, kaedah C6T+L6T diterima pakai secara beransur-ansur, dengan jumlah lebar jalur spektrum 12THz. Kira, dengan 80 gelombang dan satu gelombang 400G, jumlah kapasiti gentian tunggal ialah 32T. Jika kita mengorbankan sedikit jarak dan menggunakannya untuk menjimatkan kos, menggunakan QPSK atau 16QAM-PCS boleh meningkatkan lagi kapasiti, mencecah 48T.

Untuk pengenalan terperinci kepada jalur frekuensi, anda boleh lihat di sini: Apakah jalur frekuensi untuk komunikasi optik?

Isu terbesar dengan memanjangkan jalur frekuensi ialah sama ada peranti boleh menyokongnya dan sama ada kosnya boleh dikawal. Peranti yang dirujuk di sini termasuk ITLA, CDM, ICR, EDFA, dan WSS, yang melibatkan penghantaran dan penerimaan cahaya, serta pertukaran dan penguatan laluan optik.

Apabila ia melibatkan pengembangan band, terdapat juga isu yang terlibat, iaitu integrasi.

Sambungan jalur semasa sebenarnya lebih seperti pengikatan mudah dua sistem (C dan L). Dua sistem beroperasi secara bebas, menghantar melalui pemultipleksan, dan kemudian berpecah di hujung bertentangan, masing-masing terus memproses.

Jika terdapat dua sistem, volum akan lebih besar, penggunaan kuasa akan lebih tinggi, dan reka bentuk akan menjadi lebih kompleks. Jadi, industri perlu mengkaji cara mengintegrasikan peranti dan benar-benar membuat sistem yang menyokong jalur lanjutan yang berbeza pada masa yang sama. Maksudnya, mencapai integrasi sebenar.

Komunikasi gentian optik, sebagai tambahan kepada modul dan peralatan optik, juga memerlukan perhatian kepada gentian optik.

Gentian optik arus perdana semasa ialah gentian optik G.652D. 400G QPSK juga boleh menghantar 1500km pada G.652D dengan amplifikasi EDFA.

Selepas bertahun-tahun pengesahan, industri telah mengenal pasti gentian G.654E sebagai pengganti baharu. Jika menggunakan G.654E yang berprestasi lebih baik, dalam keadaan yang sama, jarak penghantaran 400G QPSK boleh ditingkatkan lebih daripada 30%.

G. Kabel gentian optik 654E mempunyai keupayaan untuk pengeluaran berskala besar dan akan digunakan pada talian batang jarak jauh secara besar-besaran. G. Beberapa gentian optik kehilangan rendah siri 654 juga telah menjadi pilihan pilihan untuk penghantaran jarak jauh merentasi lautan dalam sistem kabel dasar laut.

Selain daripada gentian optik tradisional. Industri ini juga percaya bahawa gentian berbilang teras dan gentian berongga mempunyai prospek aplikasi yang luas.

Gentian berbilang teras ialah sejenis pemultipleksan bahagian spatial, di mana lebih banyak teras gentian dimasukkan ke dalam satu gentian dan beberapa mod digunakan untuk meningkatkan kapasiti gentian dengan ketara.

Kabel gentian optik berongga lebih mengagumkan. Cukup buat kabel gentian optik berongga dan gantikan teras gentian kaca dengan udara.

Gentian berongga telah terbukti membawa kapasiti yang lebih besar, kependaman yang lebih rendah, kehilangan penghantaran yang lebih kecil, dan ketaklinearan ultra-rendah, dan secara meluas dianggap sebagai salah satu teknologi yang paling menjanjikan dalam komunikasi optik oleh industri.

Langkah seterusnya untuk 400G, 800G atau 1.6T?

Selepas skala komersial rasmi 400G, seluruh industri akan menumpukan pada sistem standard teknikal melebihi 400G.

Industri masih intensif membahaskan sama ada untuk meneruskan dengan 800G, 1.2T atau 1.6T.

Jika anda ingin mencapai kelajuan yang lebih tinggi, anda mesti terus bekerja pada "kaedah modulasi+kadar baud". 130GBd, atau lebih tinggi pada 260GBd, adalah arah yang tidak dapat dielakkan. Kadar baud yang lebih tinggi bermakna peranti berkaitan mesti bersaing dan membentuk rantaian industri yang matang.

Melebihi 400G, kami tidak lagi boleh bergantung pada QPSK. Modulasi 16QAM kini merupakan pilihan yang diiktiraf secara meluas dalam industri.

Jalur frekuensi juga perlu diperluaskan lagi. Atas dasar mengembangkan C dan L, pertimbangkan untuk mengembangkan kepada jalur-S, jalur-U, jalur-E, dsb. Jika ia adalah C+L+S, maka ia ialah 12T+5T, mencapai lebar jalur sebanyak 17THz.

Dengan gabungan pelbagai faktor, kadar penghantaran gentian tunggal dalam satu arah boleh melebihi 100Tbps, yang hampir tiba.

Dalam pusat data, 800G (berdasarkan kadar baud melebihi 100GBd, saluran tunggal 100G) telah tersedia secara komersial. Saluran tunggal 200G, 400G, 800G, ia hanya menunggu masa. Dalam hal ini, kemajuan lebih cepat di luar negara.

Dengan peningkatan kapasiti yang berterusan, cabaran teknologi yang dibawanya juga semakin meningkat. Pembangunan komunikasi optik, dengan kata lain, bergantung pada peranti, cip, proses dan bahan.

Untuk memenuhi keperluan penggunaan kuasa, keselamatan, operasi dan penyelenggaraan yang dinyatakan sebelum ini, ia juga bergantung pada satu siri inovasi seperti teknologi, seni bina, pembungkusan, kecerdasan buatan dan kembar digital. Masih banyak kerja yang perlu dilakukan di hulu dan hilir rantaian perindustrian. Jalan di hadapan masih panjang.