Что такое активный оптический кабель?

Давайте уделим немного времени рассмотрению конкретного продукта AOC: активной оптической кабельной сборки QSFP+ 40 Гбит/с от Fibermart.

 

Детальное исследование показывает, что эта сборка активного оптического кабеля (AOC) искусно сконструирована из четырех отдельных функциональных компонентов, каждый из которых играет важную роль.

( 1 ) Разъем QSFP+ высокой плотности : это электронный интерфейс, совместимый с SFF-8436, часть, которая физически подключается к порту маршрутизатора или коммутатора. Он служит электрическим шлюзом для сигналов данных. ( 2 ) 4-канальный полнодуплексный активный оптический кабельный приемопередатчик : это ядро ​​интеллекта сборки. Встроенный незаметно в оболочку разъема и невидимый снаружи, этот интегрированный оптический приемопередатчик отвечает за важнейшее оптоэлектронное (OE) и электрооптическое (EO) преобразование, переводя электрические сигналы в свет и наоборот. ( 3 ) Оптический разъем MPO : черный, прочный разъем постоянно прикреплен к оболочке и оптическим волокнам внутри. Эта постоянная заводская терминация является ключевой особенностью, поскольку она эффективно защищает чувствительный оптический интерфейс от обращения конечного пользователя и загрязняющих веществ окружающей среды, таких как пыль, обеспечивая долговременную надежность. (4) Ленточный оптоволоконный кабель : это физическая магистраль для передачи световых сигналов. Изображённый на рисунке продукт оснащён одномодовым волокном в жёлтой оболочке, но важно отметить, что также широко доступны многомодовые варианты волокна для различных применений.

 

Этот продукт включает в себя четыре независимых одномодовых оптоволоконных приёмопередатчика на каждом конце. Каждая линия приёмопередатчика работает со скоростью передачи данных от 1 до 10,3125 Гбит/с, а вся конструкция способна поддерживать впечатляющие расстояния связи до 4000 метров. Он электрически совместим со спецификацией интерфейса SFP+ и поддерживает широкий спектр протоколов, включая InfiniBand, Ethernet, Fibre Channel и Myrinet.

Таким образом, фундаментальная концепция AOC заключается во встраивании активных оптических компонентов приёмопередатчика непосредственно в электронный разъём, создавая единый интегрированный блок вместо использования отдельных подключаемых оптических приёмопередатчиков и отдельных волоконно-оптических кабелей. Это становится возможным благодаря тому, что кабель постоянно подсоединяется на заводе.

Однако изобретение продуктов AOC было обусловлено более фундаментальной необходимостью, которая поясняется в следующем разделе.

 

Проще говоря, сборки активного оптического кабеля (AOC) были изобретены для преодоления растущих ограничений технологии медных кабелей в современных центрах обработки данных и приложениях высокопроизводительных вычислений (HPC).

Первоначальным стимулом стало развитие технологии InfiniBand. По мере роста скорости передачи данных InfiniBand и расширения физических масштабов кластеров центров обработки данных технология медных кабелей достигла своего физического предела. Например, удвоенная скорость передачи данных InfiniBand (DDR) 20 Гбит/с ограничивает дальность передачи данных по обычному медному кабелю всего 8–10 метров.

Хотя такое короткое расстояние может быть приемлемым для небольших кластеров, для более крупных, масштабируемых вычислительных сред оно представляет собой серьёзную проблему физической компоновки. Чтобы преодолеть присущие высокоскоростным электрическим сигналам ограничения по ширине полосы пропускания и расстоянию передачи, проектировщикам часто приходилось встраивать сложные и дорогостоящие усилители или регенераторы сигналов непосредственно в медные кабельные сборки.

Кроме того, медный кабель по своей природе тяжёлый и громоздкий, что создаёт серьёзные проблемы с прокладкой кабелей и циркуляцией воздуха в стойках центров обработки данных с высокой плотностью размещения. Природа электрических сигналов также делает медь восприимчивой к электромагнитным помехам (ЭМП), которые могут ограничивать производительность и нарушать целостность и надёжность сигнала. В крупном высокопроизводительном кластере эти проблемы значительно усугубляются.

 

Именно для устранения этого критического разрыва в производительности такие компании, как Intel и Luxtera, стали пионерами в разработке активных оптических кабельных сборок.

Две компании пошли разными технологическими путями. В конструкции Intel использовались лазеры поверхностного излучения с вертикальным резонатором (VCSEL) в сочетании с набором дискретных электронных компонентов. В отличие от этого, в продуктах Luxtera «Blazar» AOC использовалась передовая технология КМОП-фотоники, которая позволила интегрировать большинство функций приёмопередатчика непосредственно на одном кремниевом кристалле, оставив только лазер и фотодетекторы в качестве отдельных дискретных компонентов.

Сборка активного оптического кабеля предлагает множество потенциальных преимуществ. При проектировании сетевого оборудования с учётом этого преимущества становится возможным создать общий электрический порт, к которому можно подключать как пассивный медный кабель, так и активный оптический кабель, предоставляя пользователям гибкость в выборе подходящей технологии и стоимости в соответствии с их конкретными потребностями с помощью простой перенастройки.

Постоянное крепление волокон к оптике также устраняет ключевую проблему стоимости и надежности. Оптический разъём, особенно для параллельных оптических линий связи, обычно представляет собой дорогостоящий и прецизионный компонент из-за крайне жёстких производственных допусков. Этот элемент полностью исключается из сферы ответственности конечного пользователя.

В следующем списке обобщены основные преимущества активных оптических кабельных сборок:

( ! ) Большая дальность действия и более высокая пропускная способность: способны поддерживать гораздо большие расстояния, чем медные кабели при эквивалентных скоростях передачи данных.
( 2 ) Безопасная, надежная передача данных: изначально сложно подключиться без обнаружения, что обеспечивает более защищенный физический уровень.
( 3 ) Ограниченное воздействие электромагнитных и радиочастотных помех: как и оптические кабели, они невосприимчивы к электромагнитным и радиочастотным помехам, что гарантирует чистоту сигнала.
( 4 ) Низкий коэффициент битовых ошибок (BER): способны достигать исключительно низкого коэффициента ошибок, составляющего всего 10⁻¹⁵.
( 5 ) Меньший размер и меньший вес: значительно тоньше, легче и гибче, чем аналогичные медные кабели, что упрощает монтаж и улучшает циркуляцию воздуха.

 

 

Активные оптические кабельные сборки разработаны для одновременной поддержки нескольких протоколов связи. Большинство из них совместимы с электрическими интерфейсами SFP+ Ethernet и InfiniBand. Например, типичный QSFP+ AOC 40 Гбит/с поддерживает широкий спектр стандартов:

( 1 ) Многоскоростная передача данных: 1,0 Гбит/с – 10,3125 Гбит/с (на линию)
( 2 ) Архитектура: 4-канальный полнодуплексный активный оптический кабельный приемопередатчик
( 3 ) InfiniBand: SDR (2,5 Гбит/с), DDR (5 Гбит/с), QDR (10 Гбит/с)
( 4 ) Ethernet: 10G, 40G
( 5 ) Fibre Channel: 8G, 10G
( 6 ) Протоколы хранения данных: SAS, SATA 3G, 6G
( 7 ) Сети хранения данных: Fibre Channel SAN 10G, 20G, 40G
( 8 ) Высокопроизводительная сеть: Myrinet 40G

Области применения этих кабелей весьма обширны, включая использование в оптических объединительных платах, соединениях между стойками и полками, а также для соединения массивов хранения данных, концентраторов, коммутаторов, маршрутизаторов и серверов.

( 1 ) Ниже представлена ​​разбивка рынка AOC по основным областям применения:

( 2 ) Мейнфреймы/суперкомпьютеры (высокопроизводительные вычисления – HPC)
( 3 ) Телевидение высокой четкости (HDTV)
( 4 ) Персональные компьютеры
( 5 ) Потребительская электроника (CE)

Ниже представлена ​​разбивка рынка AOC по интерфейсам шин:

 

( 1 ) InfiniBand: высокоскоростная интерфейсная шина, используемая в HPC и центрах обработки данных.

( 2 ) HDMI: мультимедийный интерфейс высокой четкости для аудиовизуального оборудования.

( 3 ) USB: универсальная последовательная шина, повсеместно используемая в вычислительной технике и периферийных устройствах.

( 4 ) DisplayPort: цифровой интерфейс дисплея, разработанный Ассоциацией по стандартам видеоэлектроники (VESA).

 

 

Объем мирового рынка активных оптических кабелей оценивался в 3,97 млрд долларов США в 2023 году и, по прогнозам, достигнет 9,07 млрд долларов США к 2030 году, увеличиваясь среднегодовыми темпами на 12,6% в период с 2024 по 2030 год. Более высокая надежность активных оптических кабелей по сравнению с традиционными медными кабелями, а также широкое внедрение облачных сервисов будут драйверами роста рынка в прогнозируемый период.

( 1 ) Северная Америка заняла значительную долю рынка активных оптических кабелей и составила 37,39% в 2023 году.
( 2 ) По форм-фактору сегмент QSFP лидировал на рынке, обеспечив 25,45% мирового дохода в 2023 году.
( 3 ) По протоколу сегмент infiniBand обеспечил наибольшую долю дохода на рынке в 2023 году.
( 4 ) По области применения на рынке доминировали центры обработки данных, обеспечив самую высокую долю дохода в 2023 году.

 

( 1 ) Объем рынка в 2023 году: 3,97 млрд долларов США
( 2 ) Прогнозируемый объем рынка в 2030 году: 9,07 млрд долларов США
( 3 ) Среднегодовой темп роста (с 2024 по 2030 год): 12,6%
( 4 ) Северная Америка: крупнейший рынок в 2023 году

Кроме того, такие факторы, как цифровизация и развертывание сетей 5G, открывают для рынка значительные возможности для роста. Превосходная надежность активных оптических кабелей по сравнению с традиционными медными кабелями в сочетании с широким внедрением облачных сервисов стимулирует рост рынка в прогнозируемый период. Кроме того, цифровизация и развертывание сетей 5G открывают для рынка значительные возможности для роста. Более того, рост рынка обусловлен широким внедрением технологий видеосъемки 4K и 8K. Технологии видеосъемки 4K и 8K получили широкое распространение в таких отраслях, как медицинская визуализация, игры, вещание и цифровая реклама, что привело к значительному росту спроса на высокие скорости передачи данных и увеличенные расстояния передачи данных.

 

 

Для удовлетворения этих потребностей активные оптические кабели стали незаменимым решением. Эти передовые оптические межблочные соединения обеспечивают бесперебойную и надежную передачу видеосигналов высокого разрешения на большие расстояния, гарантируя качество и целостность видеоконтента.

 

 

Активные оптические кабели (AOC) представляют собой значительный шаг вперед в технологии передачи данных, интегрируя оптические приемопередатчики непосредственно в кабельные разъемы, создавая единое высокопроизводительное решение, преодолевающее присущие традиционным медным кабелям ограничения, такие как малая дальность передачи, подверженность электромагнитным помехам и громоздкость. Эта превосходная конструкция обеспечивает большую дальность передачи, более высокую пропускную способность и более высокую надежность, что способствовало их широкому внедрению в центрах обработки данных, высокопроизводительных вычислениях и потребительской электронике, способствуя развитию устойчивого мирового рынка, объем которого в 2023 году оценивался в 3,97 млрд долларов США. Прогнозируется, что к 2030 году он будет расти со среднегодовым темпом роста 12,6% и достигнет 9,07 млрд долларов США. Это обусловлено ключевыми тенденциями, включая доминирование на рынке Северной Америки и лидерство форм-фактора QSFP.