Nell'ondata di digitalizzazione, la trasmissione e l'elaborazione dati ad alta velocità sono diventate le principali forze trainanti dello sviluppo tecnologico. Come vettore chiave per la trasmissione delle informazioni, la tecnologia delle comunicazioni ottiche continua a evolversi per soddisfare la crescita esponenziale della domanda di larghezza di banda. Tra questi progressi, il modulo ottico LPO è emerso con vantaggi tecnologici unici, distinguendosi come una tecnologia rivoluzionaria nel campo delle comunicazioni ottiche.
I. Definizione del modulo ottico LPO
LPO sta per
Ottica collegabile a trasmissione lineare
, che in cinese viene tradotto come "线性驱动可插拔光模块". Le sue caratteristiche principali risiedono nella combinazione di
tecnologia di azionamento lineare
E
caratteristiche collegabili
.
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Caratteristiche collegabili
: Simile ai dispositivi USB, supporta il plug-and-play flessibile, migliorando notevolmente la praticità di installazione, manutenzione e aggiornamento delle apparecchiature, riducendo al contempo in modo significativo i costi operativi e i tempi di inattività in scenari come i data center.
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Tecnologia di azionamento lineare
: Questa è la differenza fondamentale tra i moduli ottici LPO e quelli tradizionali. I moduli ottici tradizionali si basano su chip DSP (Digital Signal Processing) per l'elaborazione del segnale, che presentano elevati consumi energetici e costi elevati. Al contrario, i moduli ottici LPO abbandonano i chip DSP e adottano la tecnologia analogica lineare per pilotare direttamente i dispositivi optoelettronici, semplificando l'elaborazione del segnale e ottimizzando l'efficienza energetica.
II. Principio di funzionamento del modulo ottico LPO
La funzione principale di un modulo ottico LPO è quella di realizzare una conversione efficiente tra segnali elettrici e ottici, con un processo di lavoro incentrato sull'"elaborazione semplificata":
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Estremità trasmittente:
Dopo aver ricevuto un segnale elettrico, questo viene elaborato da un chip driver ad alta linearità con funzione CTLE (Continuous Time Linear Equalization) per compensare l'attenuazione ad alta frequenza durante la trasmissione. Quindi, il laser viene pilotato direttamente per convertire il segnale elettrico in un segnale ottico, che viene inviato tramite una fibra ottica.
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Lato ricevente:
Il rilevatore ottico converte il segnale ottico ricevuto in un debole segnale elettrico, che viene amplificato ed equalizzato da un TIA (amplificatore a transimpedenza) con funzione EQ (equalizzazione). Dopo aver ripristinato l'integrità del segnale, il segnale viene trasmesso all'apparecchiatura terminale.
L'intero processo sostituisce la tradizionale elaborazione DSP complessa con una semplice compensazione del segnale, riducendo significativamente il consumo energetico e i costi, garantendo al contempo la qualità della trasmissione.
III. Vantaggi tecnici del modulo ottico LPO
Rispetto ai moduli ottici tradizionali, i vantaggi dell'LPO si concentrano in tre dimensioni: "basso consumo, basso costo e alta efficienza":
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Basso consumo energetico:
Dopo aver rimosso il chip DSP, il consumo energetico di un modulo LPO da 400G può essere ridotto a meno di 4W, ovvero circa il 50% in meno rispetto alle soluzioni tradizionali, riducendo direttamente le bollette elettriche e i costi di raffreddamento nei data center.
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Basso costo:
L'eliminazione del costoso chip DSP riduce i costi dei materiali del 15-20%. Allo stesso tempo, la struttura semplificata riduce anche i costi di produzione, gettando le basi per applicazioni su larga scala.
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Bassa latenza:
Saltando il collegamento di elaborazione DSP, il ritardo viene ridotto dal livello dei nanosecondi a quello dei sub-nanosecondi, una riduzione di oltre il 30%, soddisfacendo perfettamente i rigorosi requisiti in tempo reale dell'addestramento dell'intelligenza artificiale, del trading ad alta frequenza e di altri scenari.
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Compatibilità e flessibilità:
Mantiene il tradizionale pacchetto plug-in, consentendo una compatibilità perfetta con l'hardware di rete esistente. Inoltre, supporta velocità di trasmissione dati da 100G a 800G e anche superiori, adattandosi alle diverse esigenze di scenario.
IV. Scenari applicativi del modulo ottico LPO
Grazie ai loro vantaggi tecnici unici, i moduli ottici LPO dimostrano una forte competitività nei seguenti scenari:
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Interconnessione interna del data center:
In scenari a breve distanza, da 100 metri a 2 chilometri, il suo basso consumo energetico e il suo costo contenuto possono soddisfare in modo efficiente le esigenze di connessione tra server e switch, migliorando l'efficienza operativa complessiva dei data center.
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Cluster di potenza di calcolo dell'IA:
La funzionalità di bassa latenza si adatta perfettamente ai modelli di comunicazione intensivi nell'addestramento dell'IA, garantendo una rapida trasmissione dei dati in cluster a livello di 10.000 schede, evitando colli di bottiglia di rete e migliorando le prestazioni complessive della potenza di calcolo del cluster.
V. Sfide e contromisure del modulo ottico LPO
Nonostante i notevoli vantaggi, i moduli ottici LPO devono ancora superare i seguenti colli di bottiglia:
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Limitazione della distanza di trasmissione:
A causa della mancanza di elaborazione DSP, la distanza di comunicazione è limitata e attualmente è applicabile principalmente a distanze medie e brevi. Le contromisure includono: l'adozione di tecnologie di integrazione della fotonica al silicio e processi di packaging avanzati per migliorare la stabilità del segnale e l'introduzione di algoritmi di compensazione intelligenti per ottimizzare le prestazioni di trasmissione.
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Requisiti di elevata precisione per l'artigianato:
I severi requisiti per la precisione di abbinamento dei dispositivi ottici e dei parametri dei circuiti impongono alle aziende di migliorare le capacità di produzione di precisione e di rafforzare la cooperazione lungo tutta la filiera industriale per unificare gli standard.
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Problemi di standardizzazione:
La mancanza di standard industriali unificati influisce sulla compatibilità e l'interoperabilità dei prodotti di diversi produttori. Attualmente, le associazioni di settore e gli enti di standardizzazione stanno accelerando la formulazione di specifiche tecniche pertinenti per promuovere l'industrializzazione.
VI. Tendenze di sviluppo futuro del modulo ottico LPO
Con l'iterazione tecnologica, la direzione di sviluppo dei moduli ottici LPO sta gradualmente diventando chiara:
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Innovazione tecnologica continua:
Sviluppo di dispositivi ottici ad alte prestazioni, ottimizzazione della progettazione dei circuiti e degli algoritmi di compensazione, e integrazione di tecnologie emergenti come l'intelligenza artificiale per realizzare una gestione intelligente e una regolazione adattiva dei moduli.
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Espansione dei campi di applicazione:
Estendendosi dai data center e dai cluster di intelligenza artificiale alla comunicazione 5G, all'elaborazione ad alte prestazioni, ai trasporti intelligenti e ad altri settori, aiutando vari settori a realizzare la trasformazione digitale.
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Collaborazione multi-tecnica:
Formando vantaggi complementari con tecnologie quali CPO (Co-packaged Optics) e comunicazione ottica coerente per creare soluzioni di comunicazione ottica complete che coprano distanze brevi, medie e lunghe, soddisfacendo esigenze di trasmissione diversificate.
Semplificando la tecnologia per bilanciare prestazioni e costi, i moduli ottici LPO stanno rimodellando il panorama tecnico del settore delle comunicazioni ottiche. Con la graduale risoluzione delle sfide attuali, si prevede che diventeranno la soluzione principale per le comunicazioni ad alta velocità a breve distanza in futuro, fornendo un supporto fondamentale per lo sviluppo dell'economia digitale.
