高速并行光互联技术及其应用

 

　　并行光互连技术

　　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2.125Gbps SFP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。