40|100G数据中心多模光纤连接

在道格·科尔曼
出现在7 x 24杂志2018年春季

多模光纤仍然是数据中心150米以内短距离传输的主要光介质。部署40和100G多模光纤骨干，实现数据中心10G和25G服务器连接。多模光纤能够利用垂直腔表面发射激光器(VCSELs)提供协同、低成本的光学连接和电子解决方案。OM3和OM4激光优化的50/125 μm多模光纤是首选的光纤，但最近TIA批准了50/125 μm宽带多模光纤(WB MMF)用于工业考虑。ISO/IEC JTC 1/SC 25已批准将OM5命名纳入ISO/IEC 11801-1文件，TIA已与ISO/IEC 11801-1文件协调并实施了OM5命名法。随着40和100G以太网标准和专有的多模光纤传输变体的商业化，该行业正在快速发展，这些变体可以轻松支持标准多模光纤传输到300米以上。

以太网传输标准根据具体标准制定指导方针，包括技术和商业可行性。主要目标是提供经济的解决方案，满足部署多模光纤连接通道长度的距离目标。康宁已经对多模和单模光纤连接数据中心通道长度进行了跟踪和建模，并持续了很长一段时间。趋势表明，随着数据速率从10G增加到40G和100G, 100米通道距离约占部署OM3/OM4通道长度的95% ~ 90%，如图1和图2所示。换句话说，对于绝大多数数据中心链路来说，100米的信道距离就足够满足它们的需求了。

100米高的多模光纤百分比的另一个贡献是对铜连接的蚕食。对于运行在10G和更高数据速率的数据中心，铜连接已经降级为服务器连接，其中主要使用双轴铜电缆。双轴铜电缆预计将继续作为主要服务器互连，直到50G，在那里，由于铜连接的距离限制，光学互连将是首选。具有50G I/O的服务器预计将在2018年出现。

并行光学

当以太网标准802.3ba任务组首次提出40G多模光纤传输时，850nm VCSEL调制能力无法提供单个40G波长变体。IEEE选择并行光传输是基于开发的简单性和提供可靠、低成本解决方案的能力。并行光学与传统的双工光纤串行通信的不同之处在于，数据的传输和接收是通过多根光纤同时进行的。40GBASE-SR4平行光需要8根OM3或OM4光纤，每根光纤上有10G传输:4根(4根光纤x 10G/光纤)传输(Tx)， 4根(4根光纤x 10G/光纤)接收(Rx)。802.3ba标准规定的最大距离为100/150米(OM3/OM4)。专利的延伸长度40GeSR4平行光收发器现在可支持距离高达300/400米(OM3/OM4)。与MTP^®扩展长度40GeSR4收发器可达330/550米(OM3/OM4)。

以太网802.3ba 100GBASE-SR10每根光纤也使用10G，需要20根OM3或OM4光纤(10根光纤x 10G/光纤Tx和10根光纤x 10G/光纤Rx)，但行业需求有限。随着VCSEL技术的发展，25G调制速率变得可用，所以现在有Ethernet 802.3bm 100GBASE-SR4传输变体，它具有与40GBASE-SR4相同的连通性要求。参见图3。802.3bm标准指定高达70/100米(OM3/OM4)。专有的延伸至100GeSR4收发器现在也可服务200/300米(OM3/OM4)。

平行光学使收发机的MTP接口能被分解成多个双工LC连接的突破能力成为可能。例如40GBASE- SR4 ~ 4 × 10GBASE-SR双工连接。

波分多路复用

以太网多模光纤传输依赖于10GBASE-SR的双工光纤传输。超过10G, vcsel无法支持串行40G双工光纤解决方案。Ethernet 802.3ba任务组评估了40/100G的WDM和并行技术，并为该标准选择了并行光学，因为这将导致更快、更经济的40/100G近期部署。

10GBASE-SR是一种广泛应用的基于标准的技术，使用OM3/OM4。10GBASE-SR型还包括OM1和OM2选项，但具有最小的牵引力。10G连接使用康宁的EDGE8^®(base-8) MTP中继电缆带有MTP-to-LC通用极性模块和/或MTP-to-LC通用极性线束，每个8光纤MTP连接器可轻松提供4个分接双工LC电路。双工LC连接器插入10GBASE-SR SFP光模块。使用MTP中继电缆的10GBASE-SR部署很容易迁移到40GBASE-SR4平行光学。

在没有MTP连接的光主干网环境中，棕域10GBASE-SR到40G的迁移导致收发器制造商提供专有的40G收发器和双工多模光纤接口。可以考虑两种专有变体，40G BiDi和40G SWDM，它们现在都是商用的。

40G BiDi光模块有2个20G光通道，通过每根光纤进行双向收发。这一特性使得双工LC电缆的总带宽达到40 Gbps。40G BiDi收发机在OM3/OM4/OM5上指定最高100/150/200米。采用康宁EDGE和EDGE8解决方案，40G BiDi收发器在OM3/OM4/OM5连接上可达100/200/200米。100G BiDi收发器最近已上市，并使用与40G BiDi相同的光连接。100G BiDi有两条50G光通道，每条光纤双向传输，在OM3/OM4/OM5上指定距离为70/100/150米。

40G SWDM收发器复用四个10G波长，在每个单工光纤上共向传输，以提供40G总带宽。参见图5。指定40G SWDM光模块，OM3/OM4/OM5最大支持240/350/440米。SWDM收发器主要在现有棕地数据中心的OM3/OM4光纤上运行。100G SWDM收发器最近商业发布，在OM3/OM4/OM5上指定为70/100/150米距离。该100G SWDM4收发器实现聚合100G数据率利用四个25G波长。SWDM和BiDi都不具备端口断接功能，这是由并行光学支持的。

多模光纤连接继续为数据中心提供可靠和低成本的解决方案。基于光纤连接和收发器的预期经济效益，预计在40和100G部署下，多模光纤/收发器用例如下表1所示。历史部署数据显示，数据中心90%的OM3/OM4通道小于100米。然而，对于信道长度达300米的少数客户，将有几种光纤和收发器组合，以提供必要的覆盖范围，确保今天部署在数据中心的多模式连接在未来仍有价值。

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