布线新领域:高速并行光互联技术

    伴随着数字化的进程,数据的处理、存储和传输得到了飞速的发展。高带宽的需求使得短距互联成了系统发展的瓶颈。受损耗和串扰等因素的影响,基于铜线的电互联的高带宽情况下的传输距离受到了限制,成本也随之上升。而且过多的电缆也会增加系统的重量和布线的复杂度。与电互连相比,基于多模光纤的光互连具有高带宽、低损耗、无串扰和匹配及电磁兼容等问题,而开始广泛地应用于机柜间、框架间和板间的高速互连。



    图1是基于误码率小于10-12吉比特以太网联接模型的传输距离与带宽的关系曲线,光纤是500MHz.km,50/125vm多模光纤.可以看出,在2.5Gbps速率下传输距离可以达到300米;而在3.75Gbps速率下可以达到50m.并行光互连通过多根光线并行传输,可以在高比特率的速率下实现较远距离的传输,.这就是为可采用并行光互连的一个原因.


    并行光模块和带状光缆


    并行光互连通过并行光模块和带状光缆来实现.并行光模块是基于VCSEL阵列和PIN阵列,波长850nm,适合多模光纤50/125vm和62.5/125vm. 封装上其电接口采用标准的 MegArray连接器,光接口采用标准的MTP/MPO带状光缆. 目前比较通用的并行光模块有4路收发一体和12路收发分离模块.



    图2是收发一体模块的示意图.它有4路发射和4路接收通道,每一通道的速率可达3.125Gbps,总互连容量可达12.5Gbps.




    图3和图4分别是12路发射和接收模块的示意图。每个通道可提供2.725Gbps的传输速率,总互连容量可达32.6Gbps。


    无论4路收发一体模块,还是12路收发分离模块,模块间的互连使用的都是12通道的MTP/MPO带状光缆。


    并行光模块的应用


    1.高速路由器的光背板



    高速路由器采用光背板,极大地简化了布线的复杂度,非常适合路由器容量的无限扩展。


    2.InfiniBand


    InfiniBand的应用如图6。



    3.超级计算机中的刀片服务器


    由于超级计算机是由多个CPU并行计算,数据处理和交换容量大,光互连是其内部连接的理想选择。在超级计算机系统中,一般采用4路收发一体并行光模块。


    4.光纤通道


    2X光纤通道一般采用2.125GbpsSFP模块,其互连示意图如图7:





    并行模块和SFP模块间通过fan-out(图9)连接.采用并行模块代替SFP模块,可以节省板空间和功耗,从而降低成本。


    展望


    光互连的发展将在未来的五年内由机架间向板间互连普及,十年内实现板内,也就是芯片间的互连。并行光模块在年内就可实现每通道5Gbps的速率传输,同时由于用量的大幅提高,成本也会接近甚至低于电互连。