Optik alıcı-vericinin amacı nedir?

 

Birçok kişi "optik alıcı-verici" terimine aşina olmayabilir. Ancak TikTok'a her göz attığınızda, video görüşmeleri yaptığınızda veya bulut depolama alanında dosya depoladığınızda, bu küçük cihaz perde arkasında sessizce çalışıyor.

 

 

Öncelikle optik alıcı-vericinin ne olduğunu anlayalım

 

Endüstride genellikle "optik modül" olarak adlandırılan optik alıcı-verici, esasen bir sinyal dönüştürücüdür.

 

Ev yönlendiriciniz, şirket anahtarınız ve veri merkezi sunucularınızın tümü elektrik sinyalleriyle çalışır. Ancak elektrik sinyallerinin büyük bir sorunu vardır:-çok uzağa gitmezler. Bakır kablolarla, 10G sinyali bozulmadan önce yalnızca 30-50 metre yol alabilir ve parazite son derece duyarlıdır; Yakında çalışan bir motor bile sorunlara neden olabilir.

Optik sinyaller farklıdır. Teorik olarak, tek-modlu fiberdeki optik sinyaller, inanılmaz derecede büyük bir bant genişliğiyle yüzlerce kilometre yol kat edebilir; İnsan saçı kadar ince olan tek bir fiber, onlarca terabayt veriyi aynı anda iletebiliyor.

Ancak sorun şu: cihazlar optik sinyalleri işleyemiyor.

 

 

Bu nedenle "çevirmen" olarak optik modüllere ihtiyacımız var:

Gönderirken:elektrik sinyallerini optik sinyallere dönüştürüp fibere göndermek.

Alırken:fiberdeki optik sinyalleri cihazların işleyebilmesi için tekrar elektrik sinyallerine dönüştürmek-bu kadar basit.

 

Veri Merkezleri – Optik Modüllerin En Büyük Tüketicileri

 

Bazı somut rakamlarla başlayayım. Geçen yıl önde gelen bir bulut sağlayıcısının Zhangbei'deki veri merkezini ziyaret etme fırsatım oldu. Operasyon ve bakım personeli bana kendi kampüslerinde 500.000'den fazla optik modül bulunduğunu ve çeşitli nedenlerle her ay yüzlercesini değiştirdiklerini söyledi; yedek parçalar depoda küçük dağlar gibi yığılmıştı.

Ve bu sadece bir kampüstü. Birkaç büyük yerli üreticinin toplam toplamı, kullanımda olan on milyon optik modülü kolaylıkla aşmaktadır.

 

Neden bu kadar çok kullanıyorsunuz?

Sunucu Erişimi
Günümüzde ana akım veri merkezlerinde her sunucu, tümü optik modüller gerektiren en az iki adet 25G veya 100G ağ bağlantı noktasıyla donatılmıştır. 40 sunucuyu barındıran bir raf, yalnızca bu sunucu katmanı için 80 optik modül gerektirir.

 

Bazıları şu soruyu soruyor: "Neden sadece kısa mesafeler için bakır kablo kullanmıyorsunuz?"

Gerçekten de DAC (Doğrudan Bağlantılı Bakır Kablo) adı verilen ve 3 metre mesafede gerçekten ucuz ve etkili bir çözüm var. Ancak ciddi sinyal zayıflaması nedeniyle 3 metrenin ötesinde çalışmaz. Veri merkezi kablolaması nadiren düzgün ve düzenlidir; genellikle 5 veya 10 metrelik oldukça yaygın olan kıvrımlar ve dönüşler içerir. Bu gibi durumlarda optik modüller hayati önem taşır.

 

Omurga-Yaprak Ara Bağlantı Mimarisi

Uygun veri merkezlerinin çoğu artık Spine-Leaf mimarisini kullanıyor. Yaprak anahtarlar sunucu erişimini yönetirken, Spine anahtarlar doğu-batı trafik yönlendirmesini yönetir.

Yaprak ve Omurga arasındaki mesafe onlarca ila birkaç yüz metre arasında değişmektedir ve genellikle 100G veya daha yüksektir; büyük üreticiler halihazırda 400G'ye doğru ilerlemektedir.

LightCounting'in 2024 başındaki verilerine göre, 100G optik modüller hâlâ veri merkezi sevkiyatlarında en büyük kategoriyi oluşturuyor ancak 400G, yıldan yıla neredeyse %80 artışla-şaşırtıcı bir büyüme yaşıyor-.

2025 yılına gelindiğinde yeni inşa edilen veri merkezleri için 400G'nin standart olacağını düşünüyorum.

 

 

Veri Merkezi Ara Bağlantısı (DCI)

 

Büyük şirketlerin genellikle bir şehirde birden fazla veri merkezi bulunur ve bu durum, veri senkronizasyonu ve olağanüstü durum kurtarma için yüksek-hızlı ara bağlantı gerektirir.

Aynı şehir içindeki DCI mesafeleri genellikle 10-80 kilometredir. Daha önce bu senaryo için 100G LR4 ve ER4 kullanılıyordu ancak artık 400G ZR giderek daha fazla benimseniyor. ZR, çok güçlü olan tek dalga boyu 400G ile 80 kilometre veya daha uzun mesafelerde çalışabilen tutarlı bir optik modüldür.

 

Geçen yıl bir müşteri, birbirinden 60 kilometre uzaklıktaki iki veri merkezi arasında 400G'lik doğrudan bağlantı kurmak istedi. Başlangıçta plan, birkaç milyon yuan'a mal olacak geleneksel DWDM ekipmanını kullanmaktı. Daha sonra 400G ZR optik modüllerle doğrudan bağlantıya geçerek maliyeti yarıdan fazla azalttı ve bakımı önemli ölçüde basitleştirdiler. Bu, teknolojik ilerlemenin faydalarının bir kanıtıdır.

 

Yapay Zeka Kümeleri – Son Zamanların En Sıcak Trendi

 

Büyük-ölçekli modeller son iki yılda popüler hale geldi ve eğitim kümeleri için ağ bant genişliği gereksinimleri gerçekten çılgınca.

Makine başına 8 GPU'ya sahip ve her GPU'su 400G Ethernet bağlantı noktasıyla donatılmış NVIDIA'nın DGX H100 sunucusu, makine başına sekiz adet 400G optik modül gerektirir. On binlerce GPU'dan oluşan bir kümenin kurulması, optik modüller için astronomik maliyetlere yol açacaktır.

Büyük bir üreticinin, 800G optik modül üretim kapasitesini güvence altına almak için tedarikçilerine yüz milyonlarca dolarlık ön ödeme yaptığı söyleniyor.

Kişisel olarak yapay zekaya olan talebin çok hızlı arttığını ve optik modül tedarik zincirinin sürekli olarak sıkı olduğunu düşünüyorum. Bunun en doğrudan kanıtı, birçok önde gelen optik modül üreticisinin hisse senedi fiyatlarının bu yıl hızla artmasıdır.

Telekomünikasyon operatör ağları, optik modüller için geleneksel bir pazardır. Veri merkezleri kadar "seksi" olmasa da ölçekleri sabittir.

 

5G Ulaşım Ağı

 

5G baz istasyonları üç seviyeye ayrılmıştır: AAU, DU ve CU. Aralarındaki bağlantılara ön taşıyıcı, orta taşıyıcı ve ana taşıyıcı denir.

Fronthaul (AAU'dan DU'ya) en yaygın olarak 25G optik modülleri kullanır ve mesafeler genellikle 20 kilometreyi aşmaz. Bu segmentin eCPRI protokolünü kullanarak gecikme ve senkronizasyon açısından son derece yüksek gereksinimleri vardır ve optik modüllerin de bazı özel gereksinimleri vardır. Geçtiğimiz yıl, yerel bir mobil operatörle yapılan 5G ön taşıma projesinde, optik modüllerin gecikme testleri konusunda çok katı davrandılar; Aşırı gecikme nedeniyle birkaç parti iade edildi. Telekom projelerinde kalite kontrolü çok önemlidir.

Orta ve ana taşıyıcı, 50G ve 100G dahil olmak üzere daha yüksek hızlara sahip ve çok daha uzun mesafelerde (potansiyel olarak onlarca kilometre) optik modüller kullanır.

5G dağıtımının zirvesi aslında geçti, ancak 6G ön-araştırma aşamasında olduğundan daha sonra hâlâ fırsatlar var.

 

Metropolitan Alan Ağları (MAN'ler) ve Omurga Ağları

 

Metropol alan ağları (MAN'ler), öncelikle şehirlerdeki taşıyıcılar tarafından işletilen, çeşitli erişim trafiğini toplayan ve omurga ağına gönderen ağlardır.

Omurga ağı,-şehirleri ve illeri kapsayan, neredeyse tüm internet trafiğini taşıyan uzun mesafeli bir iletim ağıdır. Omurga ağları, her dalga boyu 100G veya 400G'de çalışan düzinelerce hatta yüzlerce dalga boyunu tek bir optik fibere sıkıştıran DWDM sistemlerini kullanmalıdır.

Bu alanda kullanılan optik modüller teknolojik açıdan en gelişmiş, öncelikle tutarlı optik modüllerdir ve pahalıdır; tek bir modül kolayca onbinlerce yuan'a mal olabilir. Açıkçası, omurga ağı işinin yüksek kar marjları var, ancak hacim küçük ve müşteri tabanı birkaç taşıyıcıyla sınırlı, bu da ilişkileri hayati hale getiriyor.

 

Kurumsal ağ optik modül gereksinimleri

 

Kampüs Ağı

Biraz daha büyük şirketlerin ofis binaları arasında kesinlikle fiber optik kablo döşemesi gerekecektir. Gördüğüm en uç örnek, bir araba fabrikası kampüsünün ağıdır. Fabrika alanı o kadar büyük ki bazı binalar birbirinden üç veya dört kilometre uzakta, bu da 10G LR ve hatta ER optik modülleri gerektiriyor.

Kurumsal müşteriler genellikle fiyata-duyarlıdır. Orijinal ekipman üreticisinin (OEM) optik modülleri çok pahalı olduğundan çoğu kişi üçüncü-taraflarla uyumlu modülleri seçecektir. Güvenilir bir tedarikçi bulduğunuz sürece uyumlu modüller genellikle sorunsuz çalışır. Ancak istisnalar da var. Devlete ait bazı büyük-şirketler ve finans kurumları, iki veya üç kat daha pahalı olsa bile, satın alma süreçlerinde OEM modüllerinin kullanılmasını zorunlu kılmaktadır. Uyumluluk gereklilikleri mevcuttur; bunun başka yolu yok.

 

Depolama Ağları

Kurumsal veri merkezlerinde, sunucuları ve depolama aygıtlarını birbirine bağlamak için optik modüllere de ihtiyaç vardır.

Depolama ağları için iki ana sistem vardır: Fiber Kanal (FC) ve Ethernet. FC daha eski bir protokoldür ancak istikrarı ve güvenilirliği nedeniyle finans ve sağlık gibi sektörlerde hala yaygın olarak kullanılmaktadır.

FC optik modüllerin kendi özellikleri vardır: 8G, 16G ve 32G FC ve Ethernet optik modülleriyle birbirinin yerine kullanılamazlar. Son yıllarda, depolama trafiğini taşımak için Ethernet'i kullanan NVMe-oF protokolü popülerlik kazandı ve FC'nin pazar payı giderek azalıyor. Ancak mevcut pazar çok büyük olduğundan bu süreç çok yavaş olacaktır.

 

Optik Modüllerin Diğer Uygulamaları

 

Endüstriyel Senaryolar

Fabrika ortamları, sıradan optik modüllerin dayanamayacağı yüksek düzeyde elektromanyetik girişim ve ciddi sıcaklık dalgalanmalarının bulunduğu zorlu ortamlardır. Endüstriyel-sınıf optik modüller -40 derece ile +85 derece arasında bir çalışma sıcaklığı aralığının yanı sıra titreşim ve şok direnci gerektirir. Maliyet, sıradan optik modüllere göre önemli ölçüde daha yüksektir, ancak endüstriyel müşteriler ekstra maliyet konusunda endişe duymazlar; istikrara öncelik veriyorlar.

Bir çelik fabrikası projesinde çalışan bir arkadaşım bana, yüksek fırınların yakınındaki ağ ekipmanı için sıradan anahtarların kesinlikle kullanılamayacağını söyledi; endüstriyel-sınıf optik modüllere sahip endüstriyel-sınıf ekipman kullanmaları gerekir, aksi takdirde ağ aşırı ısınır ve çöker.

 

Yayıncılık ve Televizyon

TV istasyonları ayrıca video sinyallerini dahili olarak iletmek için optik modüller kullanır, ancak protokol biraz farklıdır; Fiber üzerinden SDI.

4K ve 8K ultra-yüksek-tanımlı sinyallerin çok geniş bant genişlikleri vardır ve sıkıştırma, canlı yayınlar için kabul edilemez bir gecikmeye neden olur. Bu nedenle yayıncılık endüstrisi, optik modüllerin bant genişliğine çok yüksek talepler getiren sıkıştırılmamış iletim kullanıyor.

 

Askeri ve Özel Uygulamalar

Askeri optik modüller tamamen farklı bir dünya, çeşitli sertleştirme ve sertifikalar gerektiriyor ve fiyatı da tamamen farklı bir ligde-aşırı derecede pahalı. Özel ayrıntıların açıklanması uygun değil ama kısacası teknik engeller çok yüksek ve bu alana girebilecek çok fazla oyuncu yok.

 

Optik Modül Nasıl Seçilir?

 

Pek çok kullanımı tartıştıktan sonra, gerçek işte bir optik modülü nasıl seçersiniz?

 

İlk önce mesafeyi anlayın

Optik modülleri seçerken bir miktar kenar boşluğu bırakın. Örneğin ölçülen mesafe 800 metre ise

DR (500 metre spesifikasyonu) kesinlikle yeterli değil; FR'yi kullanmanız gerekir.

 

İkincisi, fiber tipini onaylayın

Çok modlu optik modüller yalnızca çok modlu fiberle kullanılabilir ve tek-modlu optik modüller yalnızca tek-modlu fiberle kullanılabilir. Yanlış türü seçerseniz modül yanmayacaktır.

Çok modlu fiberin çeşitli dereceleri vardır: OM1, OM2, OM3, OM4 ve OM5. Derece ne kadar yüksek olursa, desteklenen mesafe de o kadar uzun olur. Şu anda OM3 ve OM4 ana akımdır. Tek-modlu fiber temel olarak G.652'dir, dolayısıyla model hakkında endişelenmenize gerek yoktur.

 

Üçüncüsü, cihaz uyumluluğunu kontrol edin

Optik modüller MSA standardına sahip olmasına rağmen, farklı ekipman üreticileri hala çeşitli yöntemler uygulamaktadır, dolayısıyla hepsinin uyumlu olması zorunlu değildir. Cisco ve Huawei ekipmanlarının üçüncü-parti optik modülleri üzerinde daha fazla kısıtlaması vardır ve bazılarının tanınması için komut-satırı girişi gerekir. Arista ve Mellanox nispeten daha açık. Güvenli tarafta olmak için tedarikçiye bunu hedef cihazda test edip etmediğini sorun. Büyük uyumlu optik modül üreticilerinin genellikle uyumluluk listeleri vardır.

 

Dördüncüsü, güç tüketimine dikkat edin

Yüksek-hızlı optik modüller giderek daha fazla güç tüketiyor. 400G DR4 modülü 8-10W tüketirken, 400G ZR modülü 15-20W'a ulaşabilir.

Tüm optik modüller bir anahtara monte edilirse, toplam güç tüketimi birkaç yüz watt olabilir ve bu da ısı dağıtımında zorluk oluşturabilir. Veri merkezinin soğutma sisteminin aşırı yüklenmesini önlemek için bunu tasarımınıza dahil etmeyi unutmayın.

 

800G modülleri şu anda yüksek talep görüyor ve bazı modellerin teslimat süreleri üç ila dört ay arasında değişiyor. Bir projenin sıkı bir programı varsa, malzemeleri önceden güvence altına almak önemlidir.

 

Optik Modüllerde Sorun Giderme

 

Bağlantı kesildi

En basitinden başlayın: Optik modül güvenli bir şekilde takıldı mı? Fiber optik kablo doğru şekilde bağlanmış mı? Gülmeyin, bazı insanlar fiber optik kabloyu takarken aslında bir "klik" sesi duymazlar ve bağlanmadığında doğru bağlandığını düşünürler. Daha sonra fiber polaritesini kontrol edin. Çift-fiber bağlantılar için vericinin (Tx) alıcıya (Rx) bağlanması gerekir; ters bağlamak, yanmasını önleyecektir. Hala çalışmıyorsa, optik modüllerden birinin arızalı olup olmadığını görmek amacıyla iletim ve alım gücünü ölçmek için bir optik güç ölçer kullanın.

 

Hatalar veya paket kaybı:

 

Fiberin hangi bölümünün hatalı olduğunu görmek için bağlantıyı takip edin. Sorunu hâlâ bulamıyorsanız, optik modülü, fiberi veya bağlantı noktasını-eleme işlemini kullanarak değiştirmeyi deneyin.

 

Biraz teknoloji trendlerinden bahsedelim

 

 

800G ve 1,6T:

 

Silikon Fotonik Teknolojisi

Silikon fotoniği yıllardır abartılıyor.

Açıkçası ben şahsen aşırı-pazarlandığını düşünüyorum. Teorik olarak silikon fotoniği maliyetleri azaltabilir ve entegrasyonu artırabilir, ancak gerçek seri üretimde verim sorunları tamamen çözülmemiştir. Ayrıca silikon-bazlı malzemeler lazer yapımında kullanılamaz; yine de III-V grubu malzemelerle karıştırılıp entegre edilmeleri gerekiyor.

Tabii bu sadece benim görüşüm; sektördeki pek çok kişi aynı fikirde değil. Intel ve Cisco, silikon fotoniği yoğun bir şekilde destekliyor ve bunların da kendi nedenleri olmalı.

 

CPO (Ortak-paketlenmiş Optikler)

Bu konsept daha radikal: optik motoru ve anahtarlama çipini doğrudan bir araya getiriyor. Avantajı, güç tüketiminde önemli bir azalma ve bant genişliği yoğunluğunda bir artıştır. Dezavantajı ise optik modülün ayrı ayrı değiştirilememesidir; biri başarısız olursa, tüm kartın değiştirilmesi gerekebilir.

Google ve Meta gibi büyük şirketler yoğun bir şekilde CPO'yu teşvik ediyor ve fiili dağıtımların 2025 veya 2026'da gerçekleşmesi bekleniyor. Ancak bunun ana akım haline gelip gelmeyeceği hala belirsiz. Bakım meslektaşları CPO'dan korkuyor: başarısız olursa onu nasıl değiştireceksiniz? Tüm sistem devre dışı mı bırakılmalı?

 

Sonunda

 

Temel fikir basittir: Optik alıcı-vericiler, son derece geniş uygulamalara sahip, modern iletişim ağlarının temel taşıdır.

Evinizdeki geniş bant ONU'dan telekom operatörlerinin omurga ağına; kurumsal ofis ağlarından hiper ölçekli veri merkezlerine; 5G baz istasyonlarından yapay zeka eğitim kümelerine-optik modüllere kadar her yerdeyiz.

Bu endüstri göz kamaştırıcı değil ve teknik engeller çip endüstrisindeki kadar korkutucu değil, ancak gücü istikrarlı ve sürekli büyümesinde yatıyor. Yapay zeka dalgası sektöre önemli bir ivme kazandırdı. Bir ağ mühendisi, veri merkezi operasyon mühendisiyseniz veya yalnızca iletişim endüstrisiyle ilgileniyorsanız, optik modüller hakkında bilgi edinmek için biraz zaman harcamak kesinlikle faydalı olacaktır. Bu alanda ne kadar uzun süre çalışırsanız, bunu o kadar takdir edeceksiniz.