互聯(lián)網(wǎng)和智能終端的快速應(yīng)用使全球數(shù)據(jù)量爆發(fā)式增長，極大地推動了以高速路由器，超級計算和存儲為核心的高性能超算中心（HPC）和數(shù)據(jù)中心市場的發(fā)展。

隨著提供40G/100G端口的服務(wù)器，交換機(jī)等設(shè)備在數(shù)據(jù)中心的逐步規(guī)模商用，對于高速光互連產(chǎn)品的需求也越來越多，當(dāng)前國內(nèi)器件廠商不斷研發(fā)和創(chuàng)新光互連技術(shù)，對高速集成并行光學(xué)模塊和高頻信號完整性技術(shù)進(jìn)行深入理解和研究。光互連產(chǎn)品的關(guān)鍵需求在于高速率、高密度、低成本、低功耗。目前市場主流高速光互連產(chǎn)品包括10Gbps SFP+ AOC、40Gbps QSFP+AOC、56G QSFP+AOC 和120Gbps CXP AOC等。

高速光互連技術(shù)的顯著優(yōu)勢和應(yīng)用

數(shù)據(jù)中心/云計算系統(tǒng)在更高帶寬和更低功耗上的需求越來越迫切，AOC有源光纜是滿足此需求的最優(yōu)解決方案之一。AOC有源光纜與互聯(lián)銅纜相比擁有許多顯著的優(yōu)勢，比如在系統(tǒng)鏈路上的傳輸功率更低，重量僅為直連銅纜四分之一，體積略為銅纜的一半，并且在機(jī)房布線系統(tǒng)中具有更好的空氣流動散熱性，光纜的彎折半徑比銅纜做得更小，傳輸距離更遠(yuǎn)（可以達(dá)到100～300米），且產(chǎn)品傳輸性能的誤碼率也更優(yōu)，BER可以達(dá)到10^-15。與光收發(fā)模塊相比，AOC有源光纜由于存在不外露的光接口，不存在光接口清潔和被污染的問題，系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性大大提升，并且降低機(jī)房維護(hù)成本。

高速光互連產(chǎn)品40Gbps QSFP+ AOC 和120Gbps CXP AOC不再采納傳統(tǒng)可插拔收發(fā)器中TOSA/ROSA的結(jié)構(gòu)設(shè)計，而使用高度集成的陣列光引擎核心器件技術(shù)。

在PCBA上采用COB（Chip on Board）集成技術(shù)，實現(xiàn)一體化模式—封裝小、速率高、功耗低（QSFP+功耗低于1.5W，CXP功耗低于2.5W）。在發(fā)射端，陣列光學(xué)引擎同時處理多個高速電通道，將其轉(zhuǎn)換為多路光信號，再將這些光信號組合在一起，通過一條12芯（24芯）MPO高密度光纜將這些信息傳送到云計算系統(tǒng)或數(shù)據(jù)中心機(jī)房的下一個節(jié)點。在接收端，陣列光學(xué)引擎將MPO光纜內(nèi)的光信號轉(zhuǎn)換回電信號，將多路電信號傳送至設(shè)備上處理. 這些產(chǎn)品完全適用infiniband互聯(lián)應(yīng)用場景，同時符合以太網(wǎng)IEEE 802.3ba。在數(shù)據(jù)中心和云計算系統(tǒng)領(lǐng)域，陣列光學(xué)引擎技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于有源光纜產(chǎn)品—服務(wù)器和交換機(jī)之間互聯(lián)。但是光學(xué)引擎技術(shù)也面臨很大的挑戰(zhàn)，核心的激光器被少數(shù)國際大廠商壟斷，價格不菲，且激光器的驅(qū)動和限幅放大芯片之間焊接技術(shù)也影響著制成效率，制約著國內(nèi)廠商大幅推廣。基于這些原因，一體化集成的硅光子技術(shù)是未來光互連技術(shù)的發(fā)展趨勢—將整個光學(xué)引擎整合在硅晶平臺上，集成所有必要的功能，實現(xiàn)更低成本，更簡單的制成工藝，建立起更高密度的光傳輸系統(tǒng)。

同樣，高度集成的陣列光引擎會產(chǎn)生大量集中的熱量，因此良好的散熱能力是光器件廠商結(jié)構(gòu)設(shè)計的難點之一。根據(jù)熱力學(xué)理論，散熱效果主要取決于散熱介質(zhì)的熱傳導(dǎo)系數(shù)和與外殼的接觸面積，散熱通道距離以及材料熱阻。性能優(yōu)異的散熱設(shè)計應(yīng)該滿足3個要求：散熱介質(zhì)的熱傳導(dǎo)系數(shù)高（例如熱傳導(dǎo)系數(shù)高的鎢銅，260W/mK），散熱介質(zhì)最大橫截面與外殼的直接接觸、緊密結(jié)合，散熱通道做到最短垂直距離傳導(dǎo)熱能，可以使產(chǎn)品長期穩(wěn)定地工作在0～70度環(huán)境。易飛揚基于鎢銅熱沉工藝的散熱設(shè)計，將激光器芯片、驅(qū)動芯片、接收光電二極管芯片等核心芯片直接與外殼充分接觸，達(dá)到最佳的散熱效率。基于CAE軟件進(jìn)行熱力模擬驗證，在以上3個方面達(dá)到理想效果。

隨著云計算和數(shù)據(jù)中心大幅度增長，并行光學(xué)模塊的多通道測試成本和效率面臨嚴(yán)峻的考驗。多通道并行傳輸測試平臺可以簡單的理解為4套（QSFP+產(chǎn)品）或者12套（CXP產(chǎn)品）獨立的10G測試系統(tǒng)的總和，意味著研發(fā)前期需要投入大量的資金，且提高了進(jìn)入高速光互連市場的門檻。因而，具有高效、簡易、低成本等特點的高集成度的多通道測試平臺是衡量國內(nèi)外廠商是否能夠真正邁進(jìn)光互連陣營的關(guān)鍵因素，整套集成系統(tǒng)會大幅度縮短產(chǎn)品測試周期，可以提升產(chǎn)品品質(zhì)，并且提高設(shè)備資源和空間的利用率。易飛揚自主研制了120G誤碼測試儀，與同類單通道國際知名品牌10G誤碼儀做GRR相關(guān)性和重復(fù)性的驗證，靈敏度GRR達(dá)到小于0.3，符合硬件認(rèn)證要求。

在數(shù)據(jù)中心機(jī)房中，提供各種高速光通信端口的設(shè)備（服務(wù)器、交換機(jī)和HBA等）之間需要通過線纜連接在一起，共同運作。那么如何解決任意兩種設(shè)備的互連呢？比如10G SFP+和40G QSFP+的設(shè)備。有源光纜QSFP+轉(zhuǎn)4個SFP+AOC的光互連產(chǎn)品成為實現(xiàn)和解決QSFP+和SFP+設(shè)備互連的最佳方案。QSFP+轉(zhuǎn)4×SFP+高速有源光纜產(chǎn)品，一端是40Gbps的QSFP+接口，另一端是4個10Gbps SFP+接口，中間通過12芯的MPO高密度光纜連接，然后根據(jù)客戶對于兩端線纜長度的需求，在MPO線纜中間加入分支器，實現(xiàn)一路40G光信號分為4路10G信號。光纜一端采用40G QSFP連接頭，符合SFF-8436要求；另一端采用4路10G SFP+連接頭，符合SFF-8432要求，是最經(jīng)濟(jì)簡單的實現(xiàn)交換機(jī)端口轉(zhuǎn)換。傳輸長度達(dá)到1～100米的，對于分支器兩端的光纜長度可以自由選擇。同理，120G CXP轉(zhuǎn)3個40G QSFP+的互連產(chǎn)品可以解決CXP和QSFP設(shè)備互連的問題，需要提出的是中間通過24芯的MPO高密度光纜扇出3條4芯的產(chǎn)品，完成完美轉(zhuǎn)接。

結(jié)束語

光互連產(chǎn)品的顯著優(yōu)勢使其成為數(shù)據(jù)中心集成商，設(shè)備商關(guān)注的重點，光互連產(chǎn)品大規(guī)模部署開始成為全球大數(shù)據(jù)，大密度、大容量數(shù)據(jù)中心和云計算的共同發(fā)展趨勢。

國外主要的有源光纜廠商Avago、FCI、Finisar、Mellanox、Molex、Siemon、Sumitomo、TE Connectivity和Volex，已經(jīng)大規(guī)模推進(jìn)有源光纜SFP+AOC、QSFP+AOC、CXP AOC的整體解決方案。

國內(nèi)光互連還處于初級發(fā)展階段，研發(fā)技術(shù)和工藝的還不夠成熟，國內(nèi)極少光器件廠商能夠擁有一條完整的光互連產(chǎn)品線。深圳易飛揚是國內(nèi)最早進(jìn)入光互連產(chǎn)品商業(yè)化的公司，自2010年起，易飛揚開始對光互連產(chǎn)品的基礎(chǔ)技術(shù)與工藝平臺進(jìn)行深入細(xì)致的研究，通過3年的努力，終于建成了一條半自動化的光互連產(chǎn)品線，用于多模40/100G光模塊和有源光纜（AOC）的生產(chǎn)。易飛揚在2011年已經(jīng)率先開發(fā)40GE QSFP+AOC模塊，陸續(xù)小批量供應(yīng)海外市場，至2013年伊始已開始在國內(nèi)規(guī)模布署10G和40G有源光纜，當(dāng)前已經(jīng)能小批量提供56G QSFP+AOC和120G CXP高集成，高密度、低功耗、低成本產(chǎn)品。相信國內(nèi)廠商將在未來的數(shù)據(jù)中心與云計算舞臺上逐步發(fā)揮出更大的價值。