随着对更高传输速度的需求日益增长,先进数据中心的需求却受到能源成本上升、高效设备温度控制、可用空间以及环境因素的限制。
最终,不断增长的带宽需求将促使数据中心从10G升级到40G,并最终达到100G。
市场研究公司Infonetics在其最新报告《10G/40G/100G市场规模及其预测》中指出,10G市场正在蓬勃发展,并将在中期内持续增长;“40G正在快速发展,100G应该很快就会启动,并在2013年之前实现腾飞。” Infonetics
的研究预测,2007年至2011年间,所有与40G及其服务交付设备相关的业务的复合年增长率(CAGR)将达到59%。
和 100G
数据速率的以太网解决方案标准。40G 组件预计将满足数据中心市场的迫切需求,而 100G 组件则有望满足高性能计算、网络汇聚、核心交换和路由应用的需求。
目前,项目目标授权请求 (PAR) 的目标之一是使用 OM3 光纤,传输距离至少为 100 米。在 2008 年 5 月的第二次会议上,IEEE 802.3ba 工作组通过了多项建议,为 40G 和 100G 标准的初稿奠定了基础。该工作组选择并行光技术作为新标准的基础,并预计将于 2010 年年中完成最终定稿。标准通常会引领销售三年,因此预计在 2013 年下半年将迎来早期采用者的销售高峰。考虑到典型的结构化布线系统可以充分利用 15 到 20 年,现在部署 40/100G 网络在战略和财务上都是明智之举。
最新的数据中心结构化布线标准 EN 50173-5 要求所有布线均遵循集中式架构,布线从本地配线点(设备间)出发,最终返回中央主配线器(可能通过区域配线器)。
所部署的光纤布线必须至少达到 OM3 等级,并且必须使用 LC 双工连接器或高密度 MTP 或 MPO 连接器进行连接。为了确保从 10G 到 40G 乃至最终到 100G 的平稳过渡,只有部署在主配线器和本地配线点之间采用高密度 MTP 连接的结构化布线系统,才能将 EN 50173-5 的要求与 IEEE 802.3ab 提案相结合。这将允许目前使用MTP(微聚合物光缆)LC双工模块部署10G系统,并随后过渡到使用12芯MTP连接的40G和100G系统,而无需重新布线。从10G到40G和100G以太网数据传输速度的升级,只能通过开发和实施基于以下三点的结构化布线系统来实现:(1) 高带宽、50µm激光优化多模光纤;(2) 高密度模块化连接;以及 (3) 并行光传输。只有这样的系统才能提供必要的可靠性、可管理性、灵活性和可扩展性,从而确保平稳地升级到更高的传输速度。
OM3光纤
是IEEE 802.3ab工作组目前正在讨论的用于40G或100G传输的最低光纤等级。OM3光纤纤芯直径为50mm,折射率分布针对850nm VCSEL激光器进行了优化,在10G传输速率下可实现最远300m的传输距离,在40G和100G传输速率下的目标传输距离为100m。初步测试表明,在2000MHz·km的带宽下,OM3光纤可以实现约150m的传输距离。如果使用带宽超过4700MHz·km的高性能OM3光纤,预计在100G传输速率下,传输距离将超过250m。
最近一项关于数据中心光缆耦合长度的研究发现,100米的距离几乎覆盖了所有数据中心光缆长度的70%,而250米的距离则覆盖了大约99%的耦合距离。目前,IEEE 802.3ae工作组尚未讨论或提出使用低质量OM1或OM2光纤的方案,因为它们的结构和带宽都过于庞大,难以满足需求。因此,如果布线系统要能够应对下一代技术,部署至少高质量的OM3光纤至关重要。
40G 和 100G 传输方案
IEEE 802.3ae 工作组目前正在研究三种实现 100G 传输的传输协议:
• MMF OM3 并行空分复用 (SDM)。
• MMF OM3 双波长粗波分复用 (CWDM)。
• SMF OS2 十波长粗波分复用 (CWDM)。
第一种方法将使用低成本的垂直腔面发射激光器(VCSEL),通过十根独立的光纤并行传输十个独立的10G信号,然后在耦合端将它们重新组合。这种方法有很多优点,首先是它是最便宜的器件,驱动和冷却激光器的成本也最低。第二种方法将从五根光纤传输两个10G波长,总传输量为100G。这种方法将使用更昂贵的波分复用(WDM)技术,并且需要更多的独立激光器才能实现相同的100G传输。第三种方法将从单根光纤传输十个10G波长,总传输量为100G。这种方法将使用单模激光技术和成本更高的波分复用技术。据估计,在100米距离上,方法2的增益比方法1高约50%,方法3的增益约为100%。因此,预计最终胜出的技术将采用多模光纤并行传输。通过多根光纤传输并行信号并非新技术;使用4芯、8芯和12芯光纤的Infiniband传输技术自1999年以来就已存在,主要部署在高性能计算和服务器集群中。这些传输设备均采用MTP/MPO连接器接口,并在MTP/MPO连接器内部与光纤位于同一空间内,并集成了VCSEL发射器。.
高密度模块化连接:
除了运行需求外,物理连接方式的选择在为结构化布线部署提供迁移路径以支持并行光架构方面也起着至关重要的作用。在此框架下,首选方案是高密度、工厂预端接的MTP/MPO光网络——基于OM3的光网络,包括主干组件、解锁模块和解锁线束。与传统光解决方案相比,MTP/MPO主干组件不仅可以节省高达80%的安装时间,更重要的是,它们能够灵活地传输串行和并行信号。基于MTP的连接也是一个关键因素。MTP/MPO连接器代表了一种强大而成熟的技术,能够支持40/100G传输。同样适用于最近开发的四通道可插拔发射器(QSFP),这是一种具有12芯光纤接口连接器的高密度并行光模块,是多家电信公司共同努力制定高度集成的4通道光发射器标准的成果。
QSFP光发射器:
尽管该连接器在处理下一代数据传输速率方面展现出了卓越的可靠性和稳健性,但为了实现最佳的并行光系统性能,仍需有效管理诸如40/100G分配的总连接器损耗预算和最大允许角度指数等问题。为了最大限度地降低总连接器损耗的影响,制造商致力于开发精密的工厂抛光系统,以确保在给定的机械和环境条件下实现最佳性能所需的最高精度和最严格的对准。然而,由于缺乏行业标准,每个线缆组装商的抛光系统各不相同,导致最终的抛光几何形状也存在差异。
尽管IEEE 802.3ba工作组尚未制定40/100G应用的光偏斜定位标准(目前正在讨论中,尚未做出最终决定),但光偏斜指数对于并行光传输至关重要。偏斜度可以定义为光信号在不同光纤中传播时间的差异。如果偏斜指数过高——即最快和最慢光脉冲之间存在显著延迟——则很可能出现延迟和误码率等传输故障。在缺乏相关标准的情况下,12X-QDR InfiniBand 光缆的偏斜度标准已成为 40/100G 速率下偏斜性能的基准指标。12X-QDR InfiniBand 是一种采用并行光传输的协议,其中 12 根光纤分别发送 10G 数据,另外 12 根光纤分别接收 10G 数据,总数据传输速率为 120G——正是这种设计使其性能可与下一代 40G 技术相媲美。12X
-QDR InfiniBand 规范要求布线系统(包括光纤和 MTP/MPO 连接器)的斜角偏差最大为 0.75ns。满足 12X-QDR InfiniBand 光缆角度要求的光缆架构被认为是面向未来的,因为它们能够平滑地过渡到 40/100G 并行光传输。
OM4提案:
国际标准化组织(ISO)和国际电工委员会(IEC)通过其联合工作组之一(ISO/IEC JTC1 SC25 WG3)于2008年初提出了高带宽多模光纤的标准化提案。新的暂定光纤类别被命名为OM4,旨在支持40/100G以太网解决方案。其性能指标显著高于标准OM3:带宽提升一倍以上,传输距离更远,系统实施成本更低(所需并行光纤数量更少)。OM4
预计将于2009年底或2010年初完成标准化。
