并行光互連技術

伴隨著數字化的進程，數據的處理、存儲和傳輸得到了飛速的發展。高帶寬的需求使得短距互聯成了系統發展的瓶頸。受損耗和串擾等因素的影響，基于銅線的電互聯的高帶寬情況下的傳輸距離受到了限制，成本也隨之上升。而且過多的電纜也會增加系統的重量和布線的復雜度。與電互連相比，基于多模光纖的光互連具有高帶寬、低損耗、無串擾和匹配及電磁兼容等問題，而開始廣泛地應用于機柜間、框架間和板間的高速互連。

圖1是基于誤碼率小于10-12吉比特以太網聯接模型的傳輸距離與帶寬的關系曲線，光纖是500MHz.km,50/125vm多模光纖.可以看出,在2.5Gbps速率下傳輸距離可以達到300米;而在3.75Gbps速率下可以達到50m.并行光互連通過多根光線并行傳輸,可以在高比特率的速率下實現較遠距離的傳輸,.這就是為可采用并行光互連的一個原因.

并行光模塊和帶狀光纜

并行光互連通過并行光模塊和帶狀光纜來實現.并行光模塊是基于VCSEL陣列和PIN陣列,波長850nm,適合多模光纖50/125vm和62.5/125vm. 封裝上其電接口采用標準的 MegArray連接器,光接口采用標準的MTP/MPO帶狀光纜. 目前比較通用的并行光模塊有4路收發一體和12路收發分離模塊。

圖2是收發一體模塊的示意圖.它有4路發射和4路接收通道,每一通道的速率可達3.125Gbps,總互連容量可達12.5Gbps.

圖3和圖4分別是12路發射和接收模塊的示意圖。每個通道可提供2.725Gbps的傳輸速率，總互連容量可達32.6Gbps。

無論4路收發一體模塊，還是12路收發分離模塊，模塊間的互連使用的都是12通道的MTP/MPO帶狀光纜。

 并行光模塊的應用

1．高速路由器的光背板

高速路由器采用光背板，極大地簡化了布線的復雜度，非常適合路由器容量的無限擴展。

2．InfiniBand

InfiniBand的應用如圖6。

3．超級計算機中的刀片服務器

由于超級計算機是由多個CPU并行計算，數據處理和交換容量大，光互連是其內部連接的理想選擇。在超級計算機系統中，一般采用4路收發一體并行光模塊。

4．光纖通道

2X光纖通道一般采用2.125GbpsSFP模塊，其互連示意圖如圖7：

并行模塊和SFP模塊間通過fan-out(圖9)連接.采用并行模塊代替SFP模塊，可以節省板空間和功耗，從而降低成本。

 展望

光互連的發展將在未來的五年內由機架間向板間互連普及，十年內實現板內，也就是芯片間的互連。并行光模塊在年內就可實現每通道5Gbps的速率傳輸，同時由于用量的大幅提高，成本也會接近甚至低于電互連。