《電子技術應用》
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高速并行光互联技术及其应用
来源:卓联半导体
张颖 熊红兵
摘要: 本文介绍高速并行互联技术和并行光模块的基本原理,以及在不同领域的应用和发展趋势。并行光互连技术
Abstract:
Key words :
摘要:本文介紹高速并行互聯技術和并行光模塊的基本原理,以及在不同領域的應用和發展趨勢。

并行光互連技術

伴隨著數字化的進程,數據的處理、存儲和傳輸得到了飛速的發展。高帶寬的需求使得短距互聯成了系統發展的瓶頸。受損耗和串擾等因素的影響,基于銅線的電互聯的高帶寬情況下的傳輸距離受到了限制,成本也隨之上升。而且過多的電纜也會增加系統的重量和布線的復雜度。與電互連相比,基于多模光纖的光互連具有高帶寬、低損耗、無串擾和匹配及電磁兼容等問題,而開始廣泛地應用于機柜間、框架間和板間的高速互連。

高速并行<a class=光互聯技術及其應用" src="http://files.chinaaet.com/images/20110621/ab41a3b3-a184-41f2-bece-e233553e6282.jpg" />

圖1是基于誤碼率小于10-12吉比特以太網聯接模型的傳輸距離與帶寬的關系曲線,光纖是500MHz.km,50/125vm多模光纖??梢钥闯?,在2.5Gbps速率下傳輸距離可以達到300米;而在3.75Gbps速率下可以達到50m。并行光互連通過多根光線并行傳輸,可以在高比特率的速率下實現較遠距離的傳輸,這就是為可采用并行光互連的一個原因。

并行光模塊和帶狀光纜

并行光互連通過并行光模塊和帶狀光纜來實現。并行光模塊是基于VCSEL陣列和PIN陣列,波長850nm,適合多模光纖50/125vm和62.5/125vm。封裝上其電接口采用標準的MegArray連接器,光接口采用標準的MTP/MPO帶狀光纜。目前比較通用的并行光模塊有4路收發一體和12路收發分離模塊。 

高速并行光互聯技術及其應用

圖2是收發一體模塊的示意圖。它有4路發射和4路接收通道,每一通道的速率可達3.125Gbps,總互連容量可達12.5Gbps。

高速并行光互聯技術及其應用

高速并行光互聯技術及其應用

圖3和圖4分別是12路發射和接收模塊的示意圖。每個通道可提供2.725Gbps的傳輸速率,總互連容量可達32.6Gbps。

無論4路收發一體模塊,還是12路收發分離模塊,模塊間的互連使用的都是12通道的MTP/MPO帶狀光纜。

并行光模塊的應用

1. 高速路由器的光背板

高速并行光互聯技術及其應用

高速路由器采用光背板,極大地簡化了布線的復雜度,非常適合路由器容量的無限擴展。

2. InfiniBand

InfiniBand的應用如圖6。

高速并行光互聯技術及其應用

3. 超級計算機中的刀片服務器

由于超級計算機是由多個CPU并行計算,數據處理和交換容量大,光互連是其內部連接的理想選擇。在超級計算機系統中,一般采用4路收發一體并行光模塊。

4. 光纖通道

2X光纖通道一般采用2.125Gbps SFP模塊,其互連示意圖如圖7:

高速并行光互聯技術及其應用

高速并行光互聯技術及其應用

高速并行光互聯技術及其應用

并行模塊和SFP模塊間通過fan-out(圖9)連接. 采用并行模塊代替SFP模塊,可以節省板空間和功耗,從而降低成本。

展望

光互連的發展將在未來的五年內由機架間向板間互連普及,十年內實現板內,也就是芯片間的互連。并行光模塊在年內就可實現每通道5Gbps的速率傳輸,同時由于用量的大幅提高,成本也會接近甚至低于電互連。

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