תקשורת מקצה לקצה בעזרת טכנולוגיה סיב אופטית מתקדמת

העלייה במהירותם של קצבי הנתונים שנובעת מהצורך לעמוד בקצב הדרישה לנתונים, מציבה כמה אתגרים טכניים. על אף שאין זו מחשבה חדשה או קיצונית, השיח היסודי בהקשר לאופן ההתמודדות עם האתגרים האלה – בייחוד כאשר מדובר במשאבים כדוגמת אנרגיה – הופך לחיוני מאוד על מנת להזין את מבול הנתונים הזה. בין הבעיות שהתגלו כבר ב-10 ג’יגה סיביות בשנייה, הייתה צריכת ההספק של אותות בחיבורים פנימיים בנחושת בתוך מערכות – והבעיה מחמירה אף יותר בקצבי נתונים של 25 ג’יגה סיביות בשנייה. ההספק שנצרך על ידי ציוד הרישות לבדו, תורם באופן משמעותי לבעיה שנוצרת מסך כל צריכת האנרגיה של מרכזי נתונים, שמוערכת ב-30 מיליארד ואט ברחבי העולם.

השימוש באנרגיה במרכזי נתונים עצום כבר כיום, ומוערך בכ-2% מסך כל צריכת החשמל בארה”ב. ציוד רישות צורך כ-50% מצריכת האנרגיה של מרכז נתונים אופייני. ציוד השבת אוויר וקירור צורך כ-37%, שנאים וספקי כוח אל פסק אחראים ל-10% ותאורה ופריטים אחרים משתמשים ב-3% נוספים.
משרד האנרגיה האמריקאי הכיר לפני שנים רבות בהשפעה העצומה שיש לעיבוד ולאחסון נתונים. בנוסף למפרט ENERGY STAR של שרתי מחשבים שעודכן לאחרונה לגרסה 2.0 ונכנס לתוקף ב-16 בדצמבר 2013, הושלמה גם גרסה 1.0 של מפרט ENERGY STAR עבור אחסון במרכזי נתונים ונכנס לתוקף ב-2 בדצמבר 2013. שימוש בציוד מדורג לפי ENERGY STAR אמור להפחית באופן משמעותי את צריכת האנרגיה של מרכז נתונים ולשפר את שורת הרווח וההפסד על ידי הפחתת עלויות האנרגיה. רכישה מוצרים בדירוג ENERGY STAR אמורה לסייע לספקי ציוד שרתים ואחסון בבידול המוצרים שלהם ובהגדלת המכירות. העברת נתונים יעילה יותר יכולה למלא תפקיד בקבלת דירוג ENERGY STAR.
הדאגה לנצילות גבוהה יותר במרכזי נתונים מתרחבת אל מעבר לארגונים ממשלתיים. לדוגמה, פרויקט Open Compute Project ביוזמת Facebook פועל למען הרחבת נצילותם של שרתים ומרכזי נתונים. סוג זה של אינטרס תעשייתי מציב דרישות גדולות אף יותר ביחס לתקשורת נתונים נצילה יותר, שיכולה להפיק יתרון משימוש בטכנולוגיה של סיבים אופטיים. לקבלת תקשורת מהירה מעבר למטרים הראשונים הספורים, מערכות אופטיות משמשות מנגנון העברה בעל נצילות אנרגיה. איור 1 מציג את נצילות האנרגיה היחסית של חיבורים אופטיים וחשמליים.
עם רישות הליבה שמכפיל עצמו מדי 18 חודשים בערך וצפיפות חיבורי כניסות ויציאות בשרתים שמכפילה עצמה כל 24 חודשים בערך (המקור: IEEE802.org), השהיית המעבר ליכולת שידור נתונים במהירות גבוהה יותר עלולה להתברר כגורמת להוצאה גדולה עבור רבות מבין החברות.

טכנולוגית Coolbit של מוצרי המנועים האופטיים
האתגר שעמו צריך להתמודד המנוע האופטי המתקדם Coolbit של TE Connectivity הוא קידום היכולות של הסיבים האופטיים, כדי שיתאימו לדרישות הנגזרות מ-25 ג’יגה סיביות בשנייה, ויותר. מנוע זה עומד בדרישות הצפיפות הגבוהה ורוחב הפס הגדול, תוך שהוא פועל בשני שליש בערך של ההספק הנצרך על ידי פתרונות רגילים.
הפתרון מבוסס על ייצור משולב באופן אנכי מלא של המנוע האופטי Coolbit במתקני TE בסטוקהולם שבשבדיה. תהליך הפיתוח מתחיל בייצור המוליכים למחצה של מעגלי VCSEL ופוטודיודות משולבים, ממשיך בהרכבה אוטומטית של הפרוסות (wafer) של לייזר VCSEL, פוטודיודות ושל מעגלים משולבים נוספים, ומסתיים בבדיקות פעולה של הפרוסה שתהפוך להיות המנוע הסופי.
מנועי Coolbit האופטיים של TE מיוצרים עם יישור עצמי פסיבי של לייזר VCSEL, פוטודיודות ומעגלים משולבים, ברמות איכות ואמינות של מוליכים למחצה, באמצעות הרכבה אוטומטית ברמת הפרוסה, שמתבצעת בחברה. מנועים אופטיים אלו מותאמים לפעול בדרישות העולות עבור ביצועי 25 ג’יגה סיביות בשנייה.

נתונים רבים יותר ומהירים יותר
המונח Big Data (נתונים בהיקף גדול) שמקיף רבות ממילות “הבאז” (buzzword) הטכנולוגיות של היום, בהן נכללות “האינטרנט של הדברים” (IoT), “מחשב למחשב” (M2M), תקשורת אלחוטית, מחשוב ענן ועוד, מניע את הצורך ברוחב פס גדול יותר. ואולם, הדרישה לרוחב פס גדול יותר אינה חדשה. אם כך, מה יכול להיות מוקד המשיכה במעבר למערכות סיבים אופטיים עבור התקשורת המהירה בתוך ובין המערכות – מעבר שחוזים את התרחשותו יותר מעשרים שנה?
חברת LightCounting למחקרי שוק המתמקדת בהתקני חיבור מהירים, מדווחת במאי 2012: “בהעברת האותות ב-10 ג’יגה סיביות בשנייה אפשר היה לנהל את הבעיות, אבל עם מעבר התעשייה להעברת אותות ב-25 ג’יגה, צפים ועולים הפסדי אותות ובעיות. עם עליית המהירות ל-25 ג’יגה הרץ, כמות התקני האלקטרוניקה לפיצוי אותות מרקיעה שחקים, ועמה גם העלויות”.
כתוצאה נוצר פלח מוצרים מתפתח אשר מאפשר למתכנני מערכות לשבץ טכנולוגיות של מקמש”ים אופטיים בתוך מחשבים ומערכות תקשורת. שיבוץ של טכנולוגיות מקמש”ים אופטיים מהירים, הידוע בשם “אופטיקה בתוך המעגל” (MBO), בכרטיסי הקו של השרתים המסורתיים או במארג (fabric) המתגים, אפשר למתכנני המערכות להשיג:
צפיפויות גבוהות יותר בכניסות וביציאות
מערכות שאינן מוגבלות עוד לאורכי החיבורים מנחושת
מערכות בעלות נצילות הספק גבוהה יותר
אופטיקת MBO המשובצת בתוך המערכות ממתנת את ההפסדים החשמליים הנוספים שמתגלים בהעברת אותות בקצב של 25 ג’יגה סיביות בשנייה. איור 2 מציג את השינוי בצפיפות לוחית החיבורים (faceplate) כאשר המערכת האופטית מועברת מלוחית החיבורים ומוצבת על המעגל המודפס של המערכת. בחלק העליון נראית הצפיפות המרבית של הכניסות והיציאות שאפשר לחבר, בהתבסס על מכלולי כבלים אופטיים אקטיביים מסוג CDFP ל-400 ג’יגה סיביות בשנייה. החלק התחתון מציג את היתרונות של כניסות ויציאות המבוססות על חיבורים אופטיים. הפתרון האופטי מניב צפיפות גבוהה יותר באופן משמעותי של כניסות ויציאות תוך ביטול בעיות הקירור בלוחית החיבורים.
בתכנון העליון באיור 2 יש 22 חיבורי CDFP MSA של 400 ג’יגה סיביות בשנייה, שהם קיבולת לוחית חיבורים של 8.8 טרה סיביות בשנייה* (*חישוב דו כיווני). אפשר להרחיב את החיבור ל-22 חיבורי CDFP MSA של 640 ג’יגה סיביות בשנייה, שהם 14.1 טרה סיביות בשנייה*. מעבר ממודולים ניתנים לחיבור בלוח החזית לאופטיקת MBO המחוברת למחבר אופטי בלוח החזית מספק אותה קיבולת נתונים, אבל חוסך מקום יקר בלוח החזית עבור פונקציונליות נוספת (הדגמה של גישת MBO הוצגה בתערוכת OFC 2013. עיין באיור 3).
“יש אנשים שאומרים שמסיבות כלשהן הארכיטקטורות שלהם מרמזות על כך שעכשיו הוא הזמן לעבור למודולים אופטיים משובצים ב- 25 ג’יגה”, אמר דייל מוריי [Dale Murray], אנליסט ראשי ב- LightCounting.
מודולי האופטיקה בתוך מעגל המוצגים באיורים 3 ו- 4 מספקים את המפתח לביטול בעיות הצפיפות בלוחית החיבורים ובעיות ניהול החום הנלוות. מודול MBO של TE הוא מקמ”ש בעל 12 ערוצים עם יכולת שידור וקליטה של 300 ג’יגה סיביות בשנייה. הממשק החשמלי מסופק דרך תושבת LGA בצד המודול האופטי ומחבר BGA על המעגל המארח, והוא מאפשר להציב את המודולים על מחבר grid בגודל 1 אינץ’. בכניסות המהירות יש צימוד AC לסיומת כניסה צפה. בצד Rx, האותות האופטיים הנכנסים מומרים לזרם על ידי דיודת PIN. דרגת היציאה היא לוגיקה במצב זרם והיא מספקת תיאום לאחור בסיומת של 50 אוהם.
איור 5 מציג את ההשפעה ברמת המערכת של תכנון מערכת עם אופטיקה שמאפשר מערכות עם ריבוי טרה סיביות גבוה: כרטיסי קו אופקיים עם כניסות ויציאות של 28 טרה סיביות בשנייה מחוברים להתקני אופטיקת MBO, פתרונות סיב-אופטיים על כרטיסי הקו המחוברים דרך מעגלי שטף אופטי וללוח אם אופטי עם חיבורים פנימיים בתוך מארז בעלי יכולת של יותר מ-900 טרה סיביות בשנייה.

מודול אופטי לחיבור בתקיעה מהיר יותר וצפוף יותר
במכלולי הכבלים האופטיים האקטיביים (AOC) משובצים התקני האופטיקה המהירים (המנועים האופטיים Coolbit) מאחורי שתי סופיות מקמש”ים ומספקים חיבור חשמלי לאלקטרוניקה של המערכת (איור 6). תכנון זה מאפשר קישורי קצב נתונים במהירות גבוהה מאוד ועם הצטברות גבוהה בעלויות נמוכות באופן משמעותי מאלו הכרוכות בשימוש במקמש”ים ובמערכות סיב אופטיות בנפרד. כבלים אופטיים אקטיביים מציעים את היתרונות של הכבלים האופטיים עם קלות השימוש של כבלי הנחושת.
TE מציעה שתי ערכות ליבה של פתרונות כבלי AOC: במבנה CDFP ובמבנה 28QSFP. הפתרון CDFP שמוצג באיור 6, תומך בהעברת נתונים דו כיוונית ב-400 ג’יגה סיביות בשנייה בקונפיגורציה של 16×25 ג’יגה סיביות בשנייה. זה מודול לחיבור בתקיעה בלוח הקדמי או האחורי, שצורך פחות מ-6 וואט לכל סופית – כשכל תכונות שלמות האותות במצב מאופשר. הוא מספק את הצפיפות הגבוהה ביותר לשטח הלוח בהשוואה למוצרים אחרים המתחרים בממדים הפיסיים והתוצאה המתקבלת היא ההספק הנמוך ביותר לג’יגה סיביות והצפיפות הגבוהה לסמ”ר עם 69 ג’יגה סיביות לסמ”ר.
28QSFP תומך בהעברת נתונים דו כיוונית ב- 100 ג’יגה סיביות בשנייה בקונפיגורציה של 4×25 ג’יגה סיביות בשנייה/ מודול זה מיועד לחיבור בתקיעה בלוח הקדמי או האחורי והוא מייצג צפיפות כניסות ויציאות של 37 ג’יגה סיביות לסמ”ר, וצורך פחות מ-1.5 וואט לסופית כשכל תכונות שלמות האותות במצב מאופשר (איזון ערוצים, שחזור נתוני אות שעון של המקמ”ש ושל המקלט). כמו כן קיים התקן מקמ”ש במבנה 28QSFP לחיבור בתקיעה וממשק לחיבורי MPO בתקן תעשייתי. התקני AOC במבני CDFP ו-28QSFP וגם התקן המקמ”ש במבנה בנויים בטכנולוגית המנוע האופטי Coolbit של TE.
בנוסף לצפיפות הנתונים הגבוהה מאוד ומרחקי השידור הארוכים, חיבור אופטי בסיבים מספק חיסכון רב בגודל ובמשקל. משקלם של חיבורי כניסות ויציאות בסיבים אופטיים הוא אחד חלקי ארבעים מהמשקל של כבלי Twinax ונדרש להם אחד חלקי שלושים מנפח המארז ליחידת אורך של Twinax. אם נחבר יתרונות אלו עם רוחב הפס הגדול (רב מופע – MM – יותר מ-400 ג’יגה הרץ וחד מופע – SM – יותר מ-10 טרה הרץ) נקבל שפתרונות הסיב האופטיים מייצגים ארכיטקטורות שמתאימות לשימוש בדורות רבים בעתיד. הסיבים יכולים להתאים לתוספות טכנולוגיות בדורות עתידיים של מקמש”ים אופטיים מהירים יותר ונתונים נוספים לכל סיב באמצעות ריבוב חלוקת אורכי גל (WDM).
היתרונות ברמת המערכת בנושא חום מתקבלים בשתי צורות. ראשית צריכת ההספק הנמוכה יותר שנדרשת לשידור אופטי (הספק לכל סיבית-מטר) היא יתרון החום העיקרי ומהווה תוצאה ישירה של המנועים האופטיים Coolbit. המשמעות של צריכת הספק פחותה היא פחות הספק שיידרש בהמרה לדחיפת האופטיקה, ופחות חום שיהיה צריך לסלק על ידי מנגנון הקירור של המערכת. שנית, האריזה בצפיפות גבוהה וחתך הרוחב הקטן של הסיב האופטי יוצרים פחות הפרעה למערכת הקירור, עובדה שהופכת אותה ליעילה יותר בהשוואה לכבלי הנחושת בעלי הצפיפות הגבוהה.

נצילות הספק מובילה בתעשייה
לצריכת ההספק יש חשיבות רבה בשידור נתונים במהירות גבוהה. עבור ביצועים זהים במונחים של שידור נתונים, צריכת הספק נמוכה מפחיתה את עומס הקירור שצרכן הקצה צריך לספק, ומקטינה בכך את חשבון האנרגיה וההוצאות הכוללות שלו. עם מוצרים בעלי צריכת הספק הנמוכה ביותר בתעשייה, פתרונות הסיבים האופטיים של TE מסייעים בהקטנה של עלויות אנרגיה אלו. למשל, צריכת הספק היעד במוצרי CDFP היא 6 ואט, עבור 28QSFP ב-100 ג’יגה סיביות בשנייה היא 1.5 ואט, ועבור מודול בתוך המעגל היא 4.5 ואט. בנוסף, צריכת האנרגיה הנמוכה יותר יכולה לסייע בהשגת דירוג ENERGY STAR לקבלת בידול מוצרים בעתיד.
TE מייצרת גם התקני VCSEL ו-PIN ל-10 ול-14 ג’יגה סיביות בשנייה ומרחיבה את תיק המוצרים במקמש”י QSFP והתקני AOC, לרבות מוצרים לקצב נתונים כפול – InfiniBand, לקצב נתונים פי ארבע עשרה (FDR) ולקצב נתונים מורחב (EDR).

ביצועים מודגמים
יש חשיבות עליונה להתקני VCSEL ו-PIN ל-25 ג’יגה סיביות בשנייה, במנוע האופטי Coolbit, מבחינת הביצועים של כל מוצרי המודולים החדשים. הביצועים של הרכיבים האופטיים ב-25 ג’יגה נמדדו באמצעות מבדק יחס שגיאות בסיביות (BER) ונתח תקשורת ספרתי במערך הבדיקה המוצג באיור 9.
תרשימי העין (eye) שהתקבלו ועקומות “האמבטיה” (bath tub) מוצגות באיור 10. הן מראות שינוי קל ב-25 מעלות, וירידה קלה בביצועים ב-85 מעלות צלזיוס.
איור 11 מציג את ביצועי הרכיבים האופטיים ב-25 ג’יגה סיביות בשנייה שנמדדו ל-BER קטן מ-10-15 עבור כבל אופטי של 114 מטר, ב-25 וב-85 מעלות צלזיוס.
היתרונות של מערכת סיבים אופטיים בתוך מערכות מקוזזים על ידי האתגרים הקשים שהיוו מחסומים לאימוץ רחב היקף. האתגר הראשון והעיקרי של האופטיקה הוא בעלויות הרכישה של פתרונות אופטיים שהן גבוהות יותר מעלויות השימוש בנחושת, כאשר המקמ”ש האופטי הוא יחידת העלות העיקרית של החיבור האופטי. הערך המשולב עם הייצור ברמת הפרוסה של TE של מנועים אופטיים Coolbit יכול להפחית עלויות מיידיות. כמה מחקרים הראו שעלות הבעלות הכוללת של מערכות אופטיות נמוכה מעלות מערכות מבוססות נחושת שוות ערך. מחקרים אלו התייחסו בעיקר למערכות מחשבי על בהיקף נרחב. יש דמיון רב בין אתרים של מחשבי על למרכזי נתונים בהיקף נרחב ביותר.
האתגר השני הוא קלות השימוש במחברים אופטיים בהשוואה למחברים חשמליים מסוג “תקע והפעל” שפעולתם הוכחה. בסעיף הבא נדון בפרטים באתגר האחרון ובטכנולוגיות סיבים אופטיים פסיביות.

הסיפור הפסיבי
על מנת ליצור חיבור, מסתיים הסיב האופטי בדרך כלל בחרוזית (ferrule) שמספקת חיבור מכני מדויק של פני קצה הסיב. פני קצה הסיב עוברים ליטוש ובחינה על פי תקנים מדויקים. מכלולי חרוזית הסיב האופטי משולבות בתוך מארז או בית מחבר. הטולראנסים (אפיצויות) והדיוק בייצור מחבר אופטי עולים על אלו של מחברים חשמליים. דיוק זה מבטיח הפסד אותות מזערי ושיקוף נמוך של האות לאחור. על מנת להשיג איכות גבוהה של מחבר אופטי, יש לנקות ולבחון את פני הקצה לפני החיבור הפיסי בשטח. מנגנון החיבור האופטי העיקרי הוא מגע פיסי שמחזיק יחד את פני הקצוות של שני הסיבים המצומדים (האחוזים בחרוזיות) בלחץ של קפיץ. על אף שמחברים בעלי מגע פיסי נפרסו באופן נרחב, היו משתמשים שהביעו עניין במערכת מחברים אופטיים טובה יותר.
חלק מהתכונות הרצויות שנדרשו כוללות:
עמידות טובה לאבק לזיהום וללכלוך של פני הקצה
פחות פעולות של ניקוי ובחינה
כוח הצמדה קטן יותר
עלות נמוכה יותר לכל חיבור
כל ההרחבות האלו הביאו לעלויות הפעלה נמוכות יותר ולעלות בעלות נמוכה יותר.
TE עונה על בעיות אלו על ידי תכנון חיבורי קרן מתרחבת אמינים ביותר וקלים לשימוש. איור 12 מציג את חיבור הקרן המתרחבת שמספק את השיפורים שהמשתמשים ציפו לקבל בחיבור אופטי משופר. האור שעובר דרך סיב אופטי עובר דרך עדשה שמרחיבה את הקרן לשטח רחב יותר (עיין באיור 12). כתוצאה מכך, לכתם אבק בנקודת הממשק יש השפעה קטנה יותר באופן משמעותי על כמות האור שמשודרת מהמחבר עם העדשה, ובכך מקבלים עמידות גדולה יותר לאבק וללכלוך וביצועים אופטיים יציבים יותר לאורך חיי הפעולה, עם דרישה לפחות ניקוי החלפה וזמני השבתה של המערכת.
מאחר שאין מגע פיסי בפני הקצה, לחיבורים בעלי קרן מורחבת יש הפסדי מעבר (insertion loss) גבוהים קצת יותר. חיבורי הקרן המורחבת עמידים יותר לטולראנסים של יישור והם דורשים כוח הצמדה פי חמישה קטן יותר. חרוזיות של קרן מורחבת הן התקנים מדויקים ביציקת מיקרו שמשלבים פרופיל של עדשת קולימציה. את קלות הייצור הזו אנו רואים גם בתהליך הרכבת הכבל, בביטול הצורך בליטוש פני הקצה וביטול הצורך במדידת התאבכות (אינטרפרומטריה) בפני הקצה, שהופכים את תהליך הייצור לפשוט עם אפשרות להפוך לאוטומטי, על מנת להפחית בעלויות המערכת.

קישוריות המערכת
בנוסף לתיק המוצרים הכולל של רכיבי קישור סיב אופטי ורכיבים אקטיביים חדשים בעלי ביצועים גבוהים, מפתחת TE מחברים בעלי צפיפות גבוהה שמתמקדים בכישורים “בתוך התיבה” “מתיבה לתיבה” ו”ממסד למסד”. השימוש במחברים אלו מתאפשר בלוחית החזית, על ידי מחברים תואמי MT כדאיים מבחינת עלות ובלוח האם או בלוח האמצע עם מחברים בחיבור עיוור. על מנת להגשים את החזון של הפיכת מערכות אופטיות קלות בשימוש כמו מערכות נחושת, מחברים אלו מתוכננים כך שהתחזוקה שלהם תהיה מועטה. הגישה המערכתית והרכיבים האקטיביים החדשים האלו פותרים את הבעיות הבאות:
1. צפיפות נתונים מוגדלת לכל ערוץ (בלוח החזית) עבור מסדי 19 אינץ’.
2. צריכת הספק מופחתת שמקטינה את רמות עומס הקירור הנדרש: על אותם ביצועים = פחות הספק.
3. עלות מערכת מופחתת חיונית לקבלת התכנון העקרוני.
מערך הטכנולוגיות שנדרש לטיפול בתכנון מערכת מקצה לקצה, שמעביר נתונים מחוץ לתיבה אל תוכה, ולאחר מכן, בתוך החלק הפנימי ל-התיבה, מעמיד אתגרים משמעותיים בפני בתי מערכות, אשר כרוך בייצור סוג זה של קישוריות בתוך המארז.

הפתרון
עם התרחבות הדרישה לרוחב פס ארכיטקטורת הסיבים האופטיים הופכת למורכבת יותר והצפיפות הגדלה עלולה להפוך לבלתי מאורגנת. מערכת אוטומטית לניתוב חיבורים בעלות נמוכה שמנהלת באמצעות אוטומציה את מבנה ניתוב הסיבים המורכב, מספקת את הפתרון. מעגלי שטף אופטי מעבירים את האחריות על ניתוב הסיבים המורכב מהמתקין אל בית התכנון ההנדסי ויוצרים התקנות מורכבות פחות, מקטינים את שגיאות הניתוב, מספקים חיסכון במקום, ובסיכומו של דבר, מביאים לחיסכון בעלויות המערכת עם תכנון מונע טעויות אנוש (פוקה – יוקה). השילוב של ליטוש חרוזיות קרן מורחבת עם אוטומציה של ניתוב הסיבים מפשט את תהליך ההרכבה וההתקנה של מערכת המחבר.
מערכת המחבר מספקת צפיפות משופרת של המארז עם דרישות נמוכות לתחזוקה בהתבסס על תכנון הקרן המורחבת ללא מגע. כאשר סיבים אופטיים מחוברים למנוע אופטי, ההתקנים המקבלים אור קטנים מאוד, נדרשת להם הצבה מדויקת של חלק צימוד הסיבים אל המצע אשר עליו מוצב הגלאי האופטי. עם תכנון העדשה, המערכת הופכת עמידה יותר לסטיות בייצור. איור 13 מציג את התכנון החלוצי של חרוזית לקרן מורחבת של TE .
תכנון המוצר TELLMI כולל התכנות והחידושים הבאים:
חריצי V לדיוק משולב בתכנון ביחידה אחת, שמיועדים להצבת הסיב
מערך עדשה שקוע שמספק לעדשה הגנה מפני נזק
סיב מבוקע בלייזר לקבלת נתיב אופטי יציב יותר
דבק שמתמצק באולטרה סגול (UV) לקיצור זמן ההרכבה של הסיומת
איור 14 מציג חיבורים של שתי עדשות מצומדות. שים לב לפינים (המובילים) ולשקעים המשמשים ליישור, למען החדרה קלה.
לסיכום, היתרונות של תכנון קרן מורחבת כוללים:
ללא מגע פיסי
חוסר רגישות לאבק
הקטנה משמעותית של כוח הצימוד
יכולת אוטומטציה רבה
פחות צורך בניקוי
פחות רגישות לנזקים פיסיים בפני הקצה
אפשרות לפעולה עם תבנית MT הקיימת
איור 15 מציג את העמידות לאבק וללכלוך של מחבר עם עדשות ואת ההשפעה של מנגנון ניקוי פשוט אך יעיל. כאשר מיישמים את גישת התכנון של קרן מתרחבת על אופטיקה בתוך מעגל בעלת שקע חיבור, התקני MBO הופכים למודולים שאפשר לחברם בתקיעה ולהחליפם בשטח בתוך התיבה. כתוצאה, טכנולוגיית המחברים עם עדשות מתגברת על שני החסרונות של לוח האם האופטי.

גישת העמידות לשינויים עתידיים: אינטגרציה אופטית מקצה לקצה
של TE
בהתבסס על יתרונות הביצועים המובנים של סיבים אופטיים, המפתח להשגת פתרונות אופטימליים ברמת מערכת כרוך באינטגרציה מתאימה של טכנולוגיות אקטיביות ופסיביות. TE נמצאת בנקודה ייחודית שמאפשרת לה לספק פתרונות מיטביים, עם המקמש”ים האופטיים האקטיביים, מוצרי החיבורים לקישוריות סיב אופטית פסיבית ועם מוצרי החיבורים המסורתיים מנחושת, וכן עם המומחיות שלה.
כחלופה למשתמשים שהופכים בעצמם למומחים בכל ההיבטים הטכנולוגיים של מערכות סיב אופטיות, TE מביאה בצד מומחיות התכנון שלה ברמת מערכת ובשלמות אותות, גם יכולות מערכתיות מקצה לקצה עבור שידור נתונים במהירות גבוהה. מעתה, יש למשתמשים אפשרות לערוך את המעבר מנחושת לסיבים אופטיים, שדרוש להם לשמירה על הקצב של צורכי השוק.
בתור אחת החברות שמשולבת באופן אנכי, TE יכולה לאפשר את הפתרון השלם מקצה לקצה ללא תיווך. מפת הדרכים המקיפה של TE למוצרים אופטיים אקטיביים ופסיביים תומכת בכל הממדים הפיסיים העיקריים עבור דור 25 ג’יגה.
המקמש”ים הרב מופעיים (MM) מבוססי VCSEL ו-PIN ל-25 ג’יגה עם Coolbit שמפותחים ומיוצרים בחברה, מהווים בסיס יציב לאינטגרציה לרמה הבאה. עם סיבים אופטיים ורכיבים מבוססי נחושת מבית TE אפשר לבצע מימוש חלקי – פתרונות היברידיים סיב אופטיים עם נחושת. אי לכך, השדרוג לביצועים סיב אופטיים אינו בבחינת החלטה “הכל או לא כלום”, וקיימת האפשרות לנתיב הגירה מקישוריות “הכל נחושת” אל קישוריות היברידית של סיבים אופטיים עם נחושת ואל קישוריות שכולה סיבים אופטיים.
וכמו שדייל מוריי מחברת LightCounting צופה, “רוב האנשים יודו שקיימת נקודת זמן שבה הגיוני יותר להשתמש בסיבים אופטיים. השאלה מבחינת כל יישום היא מהי נקודת הזמן הנכונה?”

היכולת של הסיב האופטי

היכולת לשדר נתונים של מערכת תקשורת בסיב אופטי מתחילה בכבל. במרכז נתונים, קיימים שני סוגי סיבים עיקריים: סיב חד מופעי וסיב רב מופעי (MMF). לסיבים חד מופעיים יש קוטר ליבה קטן יותר בהרבה, עובדה שהופכת את הקישוריות מסיב לסיב מורכבת יותר בהשוואה לסיבים אופטיים רב-מופעיים. עם קוטר רחב יותר, סיב MMF משתמש בחיבורים מפושטים ובאלקטרוניקה בעלות נמוכה. לצורך תקשורת למרחקים קצרים, יתרונות העלות של סיב אופטי רב מופעי הופכים אותו להיות הבחירה הברורה.
תקן ISO 11801 מגדיר ארבעה סיווגים של סיב רב מופעי אופטי או OM. הסיווגים תומכים ביחסי נתונים שונים ובמרחקי שידור שונים, כפי שנראה בטבלה 1. OM3 ו-OM4 משתמשים בקוטר ליבה 50Qm שעבר אופטימיזציה ובקוטר ציפוי של 125 Qm. OM3 היא הטכנולוגיה הרווחת ביותר.
בנוסף לכבל הסיב האופטי, כדי להגיע לשידורי נתונים סיב אופטיים, יש צורך בכמה טכנולוגיות של מערכות אקטיביות ופסיביות אחרות. אלו כוללות:
• משדר • מקלט • ממשקים אופטו-אלקטרוניים במהירות גבוהה • מחברים אופטיים
הפליטה של מערך לייזר VCSEL ב-850 ננו מטר היא המקור האופטי השכיח ביותר לשידורים אופטיים בטווח קצר. מערך VCSEL משדר אות דרך הסיב OM אל גלאי אור PIN. כאשר הם משולבים במארז יחיד, מערךVCSEL וגלאי PIN הופכים למקמ”ש אופטי מתאים לשימוש בכל אחד מקצוות הכבל הסיב אופטי. מעגלים משולבים תלויי אמצעי פיסי כוללים דוחפי לייזר, מגברים, לרבות מגברי תמסורת עכבה (TIA) ומעגלים אחרים.