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数据中心的国产新“神经”

导读: 数据中心内部设备数量庞大,彼此之间由光缆连接。光纤在设备之间传递信号,是数据中心的“神经”。因传播距离远(传输设备间无中继距离可达到几十公里乃至上百公里)、容量大,单模光纤是光纤家族的主流产品,应用占90%以上。

目前互联网正在高速发展,预计五年内年增长率接近20%。AI智能化、深度学习、高速云计算等大数据交换业务使大型数据中心大量涌现,数据中心的流量交换已经远超ZB级别,配套光纤制造技术也随之发展壮大。光纤产品不断更新换代,促进光通信产业快速升级,以满足更高速率、更高带宽的网络建设需求。

数据中心内部设备数量庞大,彼此之间由光缆连接。光纤在设备之间传递信号,是数据中心的“神经”。因传播距离远(传输设备间无中继距离可达到几十公里乃至上百公里)、容量大,单模光纤是光纤家族的主流产品,应用占90%以上。但数据中心设备之间的连接距离一般在数米到数百米之间,单模光纤不但无法发挥传输距离远的优势,而且配套器件成本相对较高。万兆多模光纤在10Gb/s甚至更高速率的短距离应用场景下传输水平不逊于单模光纤系统,配套器件和辅件成本较低,因此在数据中心内部设备连接中优势明显,应用前景十分明朗。

多模光纤芯径尺寸较大,多种模式的光信号在光纤内传导,而多种模式之间的模间色散会限制光纤通信传输距离,使之最长距离不超过600米。按照国际标准分类,万兆多模光纤可以分为OM3-150,OM3-300和OM3-550(即OM4)三种主要类型,分别代表10Gb以太网传输距离达到150米,300米和550米。为了保证光纤传输质量,多模光纤的模式带宽不得低于1500MHz·km@850nm,有效带宽不得低于950MHz·km@850nm。

数据中心的国产新“神经”

光纤由芯层和包层组成,折射率较高的芯层是光信号传输的区域,而较低折射率的包层保证光在芯层中形成全反射。在光纤弯曲的情况下,芯层包层之间的全反射条件不再满足,导致光信号功率泄露至光纤包层中,产生严重的信号衰减。由于万兆多模光纤应用于数据机房室内的设备连接,部分线路弯折较多且弯曲半径较小,因此需要光纤在较小的弯曲半径下仍然能够保证传输性能,即具备弯曲不敏感特性。万兆多模光纤的弯曲不敏感特性研究始于G.657 弯曲不敏感单模光纤的光学特性分析,因此也类似G.657光纤在芯层和包层之间的位置添加一个类似“沟槽”的低折射率区域,使光波导在极小弯曲半径下也能将光功率限制在芯区中不泄露。“沟槽”结构的几何尺寸和相对折射率差,对不同弯曲半径条件响应程度不同,制造这一个低折射率区域需要通过设计和工艺来实现。最大程度地使“沟槽”变深,并合理扩宽其“宽度”,可以有效提升光纤抗弯性能。

目前抗弯多模光纤主要采用PCVD工艺结合高浓度氟掺杂来实现上述技术特性。PCVD工艺采用微波激发原料,可以在制造过程中提高氟元素在石英中的溶解度,制造出预制棒”沟槽”的深度远优于其他制棒技术。同时PCVD工艺采用逐层沉积方式,工艺全过程历经上万次沉积,每层厚度在微米级别,因此非常适合制造折射率结构精细,对模式带宽要求高的万兆多模光纤。

烽火通信在具有自主知识产权的第四代和第五代PCVD光纤预制棒系统基础上,从设备、制造、品质和服务四个角度进行深度开发,成功研制出弯曲不敏感型的万兆多模光纤(以下简称抗弯OM3光纤)。产品已经用于百度数据中心项目中,打破了某国际巨头独家供货的垄断局面。经测试,烽火抗弯OM3光纤制成的MPO光缆插损值较低,和该巨头光纤水平相当;弯曲损耗方面还略胜一筹。未来阶段,烽火通信还将继续推动抗弯OM3光纤产品的应用,广泛联合互联网厂商在数据中心发掘多模光纤更大的潜力。

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