מכללי כבלים אופטיים אקטיביים

מאת: הרברט אנדרס, מולקס

האריה בכלוב
מזה כעשר שנים יש נטייה לפתח ממשקי I/O דיגיטליים אוניברסליים בשביל יישומים של מרכזי נתונים ותקשורת, המונעת בעיקר מהרצון שיהיו יציאות רב-תכליתיות שיקבלו מודולים מתחברים מסוגים שונים של מדיות, בהתאם לקצב הנתונים והיישום. היתרון של הגישה הזאת הוא מכלל I/O  רב תכליתי אחיד שהתצורה שלו מוגדרת באמצעות מודולים בהתאם לנסיבות המקומיות רק בזמן ההכנסה לשימוש. כדי למלא את דרישות ה-EMC (תואמות אלקטרומגנטית), המתכננים פיתחו “כלובים”, שבדרך כלל מורכבים על לוח המעגלים המודפסים של המודול ויש להם אטם EMC מלפנים שמתחבר עם הלוח הקדמי ומחבר למארח מאחור.
הסבא של כל הכלובים המתחברים, שנקרא ממיר ממשק ג’יגה-ביט (או בקיצור המקובל GBIC), הוא כיום רק זיכרון מרוחק. זה היה הכלוב הראשון עם רוחב פס של ג’יגה סיביות ומחבר המארח שלו היה מחבר D תת מיניאטורי עם 9 פינים. מאז דרישות רוחב הפס בתעשייה התקדמו בקצב מהיר. כיום  1  הוא רק DC, וארגון ה-InfiniBand אימץ את התקן “קצב נתונים ארבעה עשר ג’יגה-ביט” (FDR), שתומך בקצב נתונים של  14. התקן “קצב נתונים מורחב” (EDR), עם מהירות של  25, ייכנס לשימוש בשנים הקרובות. משכללים את תקני הכלובים הנוכחיים כדי שיהיה אפשר לנהל את קצבי הנתונים החדשים האלה בלוח הקדמי.
יחד עם הגרסה SPF (מתחבר גודל קטן), שעכשיו הוגדל מ-  5 ל-  10, יש את (QSFP (Quattro SFP, שמאפשר העברה של   40 על גבי ארבעה נתיבים (כשכל נתיב כולל זוג של חיבורי RX ו-TX). אולם, אפשר להשיג את רוחב הפס הגדול ביותר באמצעות הגודל CXP, שבתקן ™InfiniBand מאפשר שנים עשר נתיבים של  10 כל אחד, סך הכל  120. הגודל הזה (אם קידוד מכני שונה) תומך גם בתקן Gigabit Ethernet , כשרק עשרה משנים העשר הנתיבים בשימוש. התקן החדיש ביותר מגיע מקבוצת העבודה של האחסון והוא מכונה בחברת מולקס iPass+HD (צפיפות גבוהה). בגרסה SAS 3.0, הוא תוכנן לתמוך בארבעה נתיבים של  12 כל אחד עבור מדיות אחסון כגון דיסקים קשיחים ודיסקי מצב מוצק (SDD), כשהמידות של פתח הלוח הקדמי הן רק 12.0711.68 מ”מ.

לעזוב את הכלוב
כלובי I/O הניתנים להמרה האלה פותחו במקור עבור מודולים שישמשו עם מדיות העברת אותות שונות, ביניהן כבלי נחושת וגם RJ45 Gigabit Ethernet, כבל קואקס וכבלי סיבים אופטיים, בודדים או  כפולים, עם מידות ליבה שונות.
מגוון של מודולי SFP לתקנים הישנים (100 BaseT, STM-1 ו-1000 BaseT):

בגלל קצבי הנתונים הגבוהים, רק שלוש תצורות השיגו למעשה נוכחות שוק מתמשכת: כבל נחושת טווינקס, כבל נחושת טווינקס אקטיבי עם אקוילייזרים ומקמ”שי סיב אופטי.

למרבה הצער, לכל שלוש הגרסאות יש חסרונות:
1. לכבל נחושת טווינקס פסיבי יש מרחק העברה מקסימלי של בערך 10 מטרים עם   10, וחייבים להשתמש במוליכי טווינקס עבים כדי להפחית את הניחות. זה מגביל את רדיוס הכיפוף של הכבל.
2. כבל נחושת טווינקס אקטיבי מסתדר עם כבלים דקים יותר, אבל בגלל האלקטרוניקה במודול יש לו פיזור הספק של בערך ואט אחד לנתיב. מרחק ההעברה מוגבל לכ-25 מטר עם  10.
3. מקמ”שי סיב אופטי מצריכים תוספת עומק בגלל המחבר של הסיב האופטי, ולמודול ה-SPF יש פיזור הספק של יותר מוואט אחד. מחברי LC שהשימוש בהם נפוץ מצריכים טיפול זהיר כדי למנוע זיהום ולהשיג את היישור הנכון של הסיב.
כבל נתונים בלי כל החסרונות האלה יהיה נחמד.

האולטרה נון פלוס: כבלים אופטיים אקטיביים מתוצרת מולקס
לוקסטרה פיתחה טכנולוגיה חדשה בתחום פוטוניקת הסיליקון. היא מעבירה נתונים באמצעות אור עם אורך גל של  1490, שניתן לנשיאה במוליכי גלים מסיליקון. למרות שלטכנולוגיה הזאת יש חיסרון שאורך הגל לא תואם למקמ”שי סיב אופטי רגילים (יחסית לא חשוב בגלל ארכיטקטורת המערכת הסגורה), יש לה הרבה יתרונות:
1. היות שהולכת האור היא דרך הסיליקון, אפשר להשתמש במאפנני אור משולבים
אפשר לשלב את האלקטרוניקה של הבקרה, מאפנני האור והמקלטים בשבב CMOS אחד.
2. לייזר משותף הפועל במצב רציף (CW) יכול לספק אנרגיה לנתיבים מרובים
למערכת יש פיזור הספק נמוך מאוד ואורך חיים גבוה הודות לשימוש בלייזר רציף DFB.
3. הסיבים האופטיים מחוברים ישירות לתוך ומתוך שבב ה-CMOS. זה מאפשר שימוש בסיבים חד אופניים, המאפשרים מרחק העברה משמעותית גדול יותר
מרחק העברה עד 4000 מטר עם
10 הודות לפיזור מאוד נמוך.
מוצרים מתחרים משתמשים בלייזרי VCSEL, שיש להם קצב העברה מוגבל (מקסימום  16) ומרחק העברה מוגבל, בגלל הצורך להשתמש בסיבים רב אופניים, שמוגבלים ל-100 מטר בגלל פיזור.
מולקס החלה לייצר את הכבלים האופטיים האקטיביים (AOCs) במרץ 2011.
הכבלים האופטיים האקטיביים של מולקס כוללים שבב פוטוני אחד מצויד בלייזר DFB אחד ורק כמה רכיבים נוספים:

הכבלים האופטיים האקטיביים זמינים עכשיו בצורת התקני QSFP AOC עם קצב נתונים של  40. היתרונות שלהם, שכבר הוכחו על ידי אלפי כבלים בשימוש פעיל, הם:
א.אמינות גבוהה יותר הודות למספר רכיבים קטן יותר ולייזרי DBF עם תוחלת חיים ארוכה. תקופת חיי השימוש הממוצעת של לייזר DBF היא 12 שנים, לעומת 5 שנים של לייזר VCSEL טיפוסי (ארבע מהן מוכלות ב-AOC קונבנציונליים).
ב.פיזור ההספק הוא רק  780 לכל קצה כבל, לעומת 1.1 עד 1.6 W במוצרים מקבילים.
ג.יכולת לפעול עם מספר פרוטוקולים – ™InfiniBand, אתרנט, ערוץ סיבים ו-PCI e.
ד. קצב סיביות שגויות (BER) טוב יותר מ-10 18 – הרבה יותר נמוך מהתוחלת של תקן התעשייה שהיא 10 15.
ה. רמת שילוב גבוהה יותר  מאפשרת צפיפות מארז מאוד נמוכה.
ו. האמינות יותר מפי שניים מההערכה של 5 מיליון שעות בממוצע בין תקלות.
ז. יכולת הפעולה ההדדית הוכחה על ידי InfiniBand Trade Association (IBTA) 2010 plugfest:

ח. אפשר להשתמש באותו רעיון לקצבי נתונים של  25 ומעלה.
ל-AOC נחוצים רק מספר רכיבים:

זה בניגוד למוצרים המתחרים שמלאים ברכיבים (תמונות של הצד הקדמי והצד האחורי של לוח מעגלים מודפסים טיפוסי):

הצפי העתידי לגבי הכבלים האופטיים האקטיביים מתוצרת מולקס:
QSFP AOCs עם 4×10 Gbps זמינים כעת מהמלאי.
גרסת QSFP FDR עם 4×14 Gbps תהיה זמינה בסוף 2011. אבות טיפוס זמינים כעת.
אבות טיפוס של גרסת  ה-  100 (4×25 Gbps) מתוכננים להיות זמינים באמצע 2012.
כדי לאפשר החלפה של קצוות הכבלים האקטיביים (למרות האמינות המאוד גבוהה שלהם), מולקס מציעה גם קצות כבלים המצוידים במחברי סיבים אופטיים MPO.