400G可插拔光模塊與相干DWDM結(jié)合實(shí)現(xiàn)長距離DCI

  DWDM和路由技術(shù)的結(jié)合是400G可插拔DWDM光模塊長期合作的關(guān)鍵。相干DWDM產(chǎn)品準(zhǔn)備與400G相干DWDM可插拔光模塊的引入保持同步。

  相干DWDM發(fā)展

  在不到10年的時(shí)間里，DWDM模塊取得了長足的進(jìn)步，光器件變得越來越小，速率越來越高。它在同一時(shí)間段內(nèi)速率增長了10倍：從2011年的40G增長到今天的400G，在不久的將來還會(huì)有800G的可插拔光模塊出現(xiàn)。

  圖1： 相干DWDM模塊的演變

  相干光學(xué)技術(shù)的引入是DWDM系統(tǒng)開發(fā)中最重要的創(chuàng)新之一。相干光學(xué)設(shè)備利用先進(jìn)的光學(xué)器件和數(shù)字信號處理器(DSP)來發(fā)送和接收復(fù)雜的光波調(diào)制，從而實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸。在非常高的水平上，相干調(diào)制仍然是高速光學(xué)設(shè)備(包括400G及更高版本)背后的驅(qū)動(dòng)力。

  第一個(gè)可商用的相干DWDM系統(tǒng)是40G，緊隨其后的是100G。這些系統(tǒng)是基于線卡和機(jī)箱的，能夠在每個(gè)系統(tǒng)中支持許多線卡，并且與10G速率產(chǎn)品占用相同的空間，是一項(xiàng)重大進(jìn)步，現(xiàn)在已可以傳輸100G速率以及更長的傳輸距離。隨著時(shí)間的推移，線卡速度已提高到200G甚至更高，但是隨著云提供商的出現(xiàn)，行業(yè)正接近一個(gè)拐點(diǎn)。

  隨著云提供商網(wǎng)絡(luò)開始呈指數(shù)級增長，制造商創(chuàng)建甚至更小，更快和更便宜的網(wǎng)絡(luò)組件的壓力也越來越大。正是這一拐點(diǎn)促使創(chuàng)建了“比薩盒” DWDM系統(tǒng)。

  “比薩盒”系統(tǒng)取消了機(jī)箱和線路卡。它是一個(gè)物理上很小的獨(dú)立系統(tǒng)，是一個(gè)小型數(shù)據(jù)中心交換機(jī)，高度為1或2RU(1.5”-3”)。“比薩盒”封裝可行性的工程關(guān)鍵是將相干光傳輸中的兩個(gè)主要組件分離：光器件(激光、接收器、調(diào)制器等)和DSP(數(shù)字信號處理器)，直到現(xiàn)在它們都位于安裝在線卡上的大型模塊。

  光學(xué)方面的創(chuàng)新導(dǎo)致了需要更低功耗和更小尺寸的組件。這些創(chuàng)新產(chǎn)生了可插拔的CFP2-ACO(模擬相干光學(xué)器件)，這是一種尺寸相對較小的CFP2的可插拔DWDM模塊。DSP技術(shù)也不斷發(fā)展，使一個(gè)DSP芯片可以支持多個(gè)CFP2-ACO模塊。

  通過在可為多個(gè)CFP2-ACO服務(wù)的“比薩盒”中放置多個(gè)DSP，制造商生產(chǎn)了能夠在2個(gè)機(jī)架單元(3英寸)內(nèi)傳輸2Tbps(20x100G客戶端連接)的系統(tǒng)。相反，基于機(jī)箱的系統(tǒng)將需要12個(gè)機(jī)架單元。除了節(jié)省空間外，它們還更加節(jié)能。

  為什么將CFP2-ACO稱為“模擬”，難道這些系統(tǒng)不是數(shù)字的1和0? 這就是相干技術(shù)的光輝之處，它可以將1和0調(diào)制為模擬波形，從而將更多數(shù)據(jù)打包到每個(gè)波形中，然后在另一端進(jìn)行準(zhǔn)確解碼。

  當(dāng)然，這是對相干信號傳輸?shù)姆浅：唵蔚慕忉?，但開發(fā)商的目的關(guān)鍵是需要將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號以傳輸數(shù)據(jù)，并在另一端將模擬信號轉(zhuǎn)換回?cái)?shù)字信號。CFP2-ACO僅可處理模擬信號，它從DSP接收要發(fā)送的相干模擬信號，或者將接收到的相干模擬信號傳遞到DSP以轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，如圖所示。

  圖2：ACO DWDM傳輸系統(tǒng)

  CFP2-ACO系統(tǒng)在縮小占位面積，降低功耗和降低光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備(特別是轉(zhuǎn)換器)的成本方面一直在進(jìn)步。這些平臺已在整個(gè)行業(yè)中被廣泛采用，并已成為幾乎每個(gè)云提供商網(wǎng)絡(luò)中光傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)形式。

  自從引入基于CFP2-ACO的系統(tǒng)以來，供應(yīng)商就引入了新的，更快的“比薩盒”系統(tǒng)，該系統(tǒng)不依賴于DWDM可插拔設(shè)備。光器件和DSP位于小型現(xiàn)場可更換模塊或小型線卡上，這些系統(tǒng)每個(gè)波長可支持600Gbps+。

  在同一時(shí)間，隨著CFP2-DCO的推出，可插拔相干DWDM光學(xué)器件繼續(xù)得到發(fā)展。“D”代表數(shù)字相干光學(xué)中的“數(shù)字”。相干光學(xué)的開發(fā)人員再次縮小了組件的尺寸和功耗，因此光器件和DSP都置于CFP2中。

  這樣就無需使用機(jī)架來容納DSP，從而可以直接從路由器或交換機(jī)進(jìn)行相干DWDM傳輸，這是DWDM和路由器真正融合的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。

  圖3：路由器或交換機(jī)內(nèi)的DCO DWDM傳輸

  現(xiàn)在，相干光模塊發(fā)展到400G ZR和400G ZR+，采用QSFP-DD封裝，與CFP2-DCO采用相同的技術(shù)，但尺寸更小。如此緊湊的封裝容納400G相干DWDM光器件，確實(shí)為路由和DWDM的融合提供了可行的解決方案。

  400G標(biāo)準(zhǔn)

  400G發(fā)展到現(xiàn)在，已有多項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)。包括400ZR、400G ZR+、400G OpenROADM、400G OpenZR+，它們的方向略有不同。

  首先是光互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)論壇(OIF)，它創(chuàng)建了400ZR標(biāo)準(zhǔn)。400ZR的目標(biāo)是邊緣和相對短距離(120km以內(nèi))數(shù)據(jù)中心互連應(yīng)用。大約在同一時(shí)間，OpenROADM多源協(xié)議也定義了400G DWDM可插拔的規(guī)范，規(guī)范集中在服務(wù)提供商網(wǎng)絡(luò)將需要的內(nèi)容上。例如長距離光傳輸(>120km)，高級前向糾錯(cuò)(稱為oFEC)和可選數(shù)據(jù)速率(100G、200G、300G或400G)。盡管可以實(shí)現(xiàn)附加功能，但所需功率要比ZR規(guī)定的15W多。因此，OpenROADM的規(guī)范被稱為ZR+。

  最終，在兩個(gè)組織和各種光器件制造商之間，他們同意采用OIF和OpenROADM結(jié)合的最佳標(biāo)準(zhǔn)，并稱為OpenZR +。通過以相同的封裝組合每種器件的特性，可以提供一種高度通用的相干DWDM光器件，如圖4所示。

  圖4：400ZR和OpenRoadm標(biāo)準(zhǔn)的組合

  借助封裝，功能和數(shù)據(jù)速率，我們可以看到光傳輸范圍， 像任何相干DWDM模塊一樣，數(shù)據(jù)速率越高，傳輸距離越短。而使用OpenZR +標(biāo)準(zhǔn)，可實(shí)現(xiàn)1400km傳輸距離，是400ZR傳輸距離的10倍以上。圖5顯示了數(shù)據(jù)速率，調(diào)制類型和傳輸距離，可能會(huì)有特定的供應(yīng)商差異，但這是基于供應(yīng)商和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)的可靠估計(jì)。

  圖5：400G DWDM速率和距離

  考慮到400G OpenZR+與高密度路由平臺相結(jié)合的功能，DWDM和路由的融合非常有必要。最明顯的應(yīng)用是數(shù)據(jù)中心互連，但這里的情況要大得多。 借助路由器中的高密度DWDM，再加上流量工程的簡便性和分段路由的路徑冗余性，我們有望在傳輸網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)方面發(fā)生重大轉(zhuǎn)變。

  20年11月，易飛揚(yáng)受邀成為OpenZR+ MSA首位貢獻(xiàn)者成員，易飛揚(yáng)于2018年初正式投資進(jìn)入相干光模塊開發(fā)，開放性地與上游供應(yīng)鏈進(jìn)行戰(zhàn)略合作，在低功耗設(shè)計(jì)、信號調(diào)制模型上進(jìn)行優(yōu)化創(chuàng)新，取得了重大成果。現(xiàn)已推出100G CFP-DCO和100G CFP2-DCO數(shù)字相干光模塊，適用于數(shù)據(jù)中心互連和城域網(wǎng)超長距離光傳輸，兩款產(chǎn)品皆可支持最高2000km鏈路傳輸。并將在后續(xù)依次推出嚴(yán)格遵循OpenZR+標(biāo)準(zhǔn)的200G、400G和800G數(shù)字相干DWDM光模塊，助力下一代光網(wǎng)絡(luò)。