基于網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)量的蓬勃增長，數(shù)據(jù)中心對帶寬的需求越來越高，原來通過多鏈路捆綁還能滿足需求，而如今云計算、在線游戲、在線高清視頻都需要大量的網(wǎng)絡(luò)帶寬，簡單地增加鏈路已經(jīng)無法滿足。比如傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心上行基本10G互連端口，捆綁到8個也就是80G帶寬，如果再增加鏈路成本太高，很多網(wǎng)絡(luò)設(shè)備也無法支持再多的端口捆綁，所以只能需求具有更高轉(zhuǎn)發(fā)速率的端口設(shè)備，40G/100G就是在這樣的巨大需求背景下產(chǎn)生的�，F(xiàn)在40G/100G已經(jīng)規(guī)模飛入普通數(shù)據(jù)中心里，成為大型數(shù)據(jù)中心的必備選項，數(shù)據(jù)中心互連出口基本都部署數(shù)個40G或100G互連端口，將數(shù)據(jù)中心的對外訪問帶寬提升到100G以上，甚至可達到1T。在這次網(wǎng)絡(luò)提速的大潮中，光模塊是關(guān)鍵器件，若沒有100G的光模塊，一切都無從談起，幸運的是100G光模塊技術(shù)難度已經(jīng)為人所攻破，不過這部分技術(shù)還存在不少問題，仍在不斷的發(fā)展之中，本文就來說一說這方面的技術(shù)進階。
高速光模塊一般指的是40G/100G以上傳輸?shù)墓饽K，實現(xiàn)具有一定技術(shù)難度，尤其是傳輸距離上難有突破，100G光模塊傳輸距離難以達到10KM以上，技術(shù)門檻高也導(dǎo)致100G這類高速光模塊價格奇高，購買一個100G光模塊需要數(shù)萬元，甚至比一臺網(wǎng)絡(luò)設(shè)備還要昂貴，延緩了100G光模塊在數(shù)據(jù)中心應(yīng)用的普及。不過，這個發(fā)展趨勢是不可逆轉(zhuǎn)的，就像我們使用的電腦和手機，運行速度越來越快，只要技術(shù)在進步，速度就會不斷提升。高速光模塊技術(shù)也在不斷發(fā)展。當(dāng)前最為成熟的要數(shù)PLC技術(shù)，還有基于InP集成技術(shù)，以及基于硅光子的集成技術(shù)。
PLC(Planar Lightwave Circuit)叫做平臺光波導(dǎo)技術(shù)，指的是光波導(dǎo)位于一個平面內(nèi)，其制作工藝與傳統(tǒng)的半導(dǎo)體制作工藝兼容，并比傳統(tǒng)光學(xué)組裝工藝更加便宜，封裝技術(shù)好。PLC有兩種基本結(jié)構(gòu)：一種是矩形光波導(dǎo)，光芯層為柱形;一種是脊形光波導(dǎo)，光芯層是一個長方形上面再摞一個長方形，兩個長方形組成的脊形。PLC技術(shù)核心是采用集成光學(xué)工藝根據(jù)功能要求制成各種平面光波導(dǎo)，有的還要在一定的位置上沉積電極，然后光波導(dǎo)再與光纖或光纖陣列耦合，采用高度集成的制備技術(shù)，分路數(shù)最多達128路。采用光刻、生長和干法刻蝕工藝，在石英襯底上形成掩埋光波導(dǎo)，實現(xiàn)光功率分配，是光分路器生產(chǎn)的最佳技術(shù)�，F(xiàn)在的高速光模塊多采用這種技術(shù)，從生產(chǎn)工藝上來講與低速高模塊差不多，只不過要求制作工藝密度上更高而已，單位面積上布置的器件和芯數(shù)更多。PLC可以采用不同的介質(zhì)實現(xiàn)，鈮酸鋰鍍鈦光波導(dǎo)、硅基沉積二氧化硅光波導(dǎo)、InGaAs/InP光波導(dǎo)和聚合物光波導(dǎo)等等，這些不同材質(zhì)的成本、傳輸效率上都會有一些差異，各個優(yōu)缺點，在此不再一一詳述�？傊�，PLC技術(shù)并不算是一項全新技術(shù)，依然借用了很多原有的光技術(shù)，借助先進的制作工藝，達到提升單個光模塊傳輸帶寬的目的。
當(dāng)光模塊的速度從10G提升到40G或者100G時，采用PLC技術(shù)還能滿足，如果還要提升，達到400G甚至1T時，這種技術(shù)就有些吃不消了。當(dāng)前的技術(shù)工藝還沒有辦法達到這樣的帶寬密度，如果通過將光模塊制作得更大來實現(xiàn)，顯然不是一個好辦法，而且PLC隨著制造工藝的復(fù)雜度增加，大大增加了制作成本，這也使得PLC類的光模塊價格始終處于高位，無法降低，于是硅光子技術(shù)出現(xiàn)了。這是一種基于硅光子學(xué)的低成本、高速的光通信技術(shù)，用激光束替代電子信號傳輸數(shù)據(jù)。這種低成本技術(shù)不僅可以大幅降低數(shù)據(jù)中心擴容的成本，而且還在速率上突破摩爾定律的壽命(若按照摩爾定律，以太網(wǎng)傳輸速率是不可能達到1T)，使得單端口的帶寬可以突破1T，這是2016年以來非常受人關(guān)注的數(shù)據(jù)中心新技術(shù)。不過，硅光子技術(shù)與光纖的耦合還存在技術(shù)難題，如何將10微米纖芯的光纖與只有0.35到0.5微米尺寸的波導(dǎo)對準(zhǔn)，在晶圓級的檢測存在挑戰(zhàn)。令人欣慰的是還是有些廠家突破了這些技術(shù)難度，制作出了一些硅光子光模塊，并進行正式售賣，硅光子光模塊克服了100G高速光模塊傳輸距離過短的問題。雖然這些光模塊還不能提供200G及以上速率，但是相信隨著技術(shù)的不斷完善，肯定可以在未來實現(xiàn)。現(xiàn)在以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)組織已經(jīng)著手制定400G的傳輸標(biāo)準(zhǔn)，這說明從技術(shù)理論上來講是存在可能的，不然也不會去制定這類傳輸標(biāo)準(zhǔn)。
光子集成也是未來高速光模塊可能會選用的一種技術(shù)，以介質(zhì)波導(dǎo)為中心集成光器件的光波導(dǎo)型集成回路，即將若干光器件集成在一片基片上，構(gòu)成一個整體，器件之間以半導(dǎo)體光波導(dǎo)連接，形成高速轉(zhuǎn)發(fā)的光模塊。光子集成是光纖通信最前沿、最有前途的領(lǐng)域，它是滿足未來網(wǎng)絡(luò)帶寬需求的最好辦法之一。當(dāng)然，光子集成光模塊的制造并不是一件容易的事情，光子器件具有三維結(jié)構(gòu)，制作時需要在不同材料多個薄膜介質(zhì)層上重復(fù)地沉積和蝕刻才能實現(xiàn)，這類復(fù)雜技術(shù)預(yù)計只能到400G時才有機會看到。
數(shù)據(jù)中心高速光模塊技術(shù)仍在不斷發(fā)展中，一旦有突破對數(shù)據(jù)中心提升網(wǎng)絡(luò)帶寬是非常有益的。在很大程度上，高速光模塊的技術(shù)阻礙了數(shù)據(jù)中心向更高的網(wǎng)絡(luò)帶寬發(fā)展。從以往的網(wǎng)絡(luò)帶寬提升過程來看，一旦更高速率的光模塊被設(shè)計實現(xiàn)出來，并具備商用條件后，很快就會在實際網(wǎng)絡(luò)中掀起更新?lián)Q代的熱潮，所有與其配套的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、光纖、網(wǎng)絡(luò)芯片等很快也會配合支持，所以光模塊技術(shù)的發(fā)展水平?jīng)Q定了數(shù)據(jù)中心整體帶寬水平，是數(shù)據(jù)中心提升網(wǎng)絡(luò)帶寬的最為關(guān)鍵一環(huán)。
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本文標(biāo)題：數(shù)據(jù)中心高速光模塊互聯(lián)技術(shù)進階
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