应用在数据中心10G及更高带宽的OM3光纤技术

2/6/2009,美国康宁Doug Coleman著，姚鹏译,10G光网络以激光优化50um多模光纤(OM3)作为首选的传输介质，在数据中心和局域网骨干网络得以悄然应用。OM3光网络优化了光纤通信路由与空间利用率，简化了安装施工与系统测试，在降低能耗和制冷方面表现不俗，并且支持系统设备与配线面板的高密度部署。事实上，2芯光纤的串行传输已经成为用于以太网和光纤通道技术达到10G速率的传输方式。而OM3并行光学技术已成为支持未来在100米到300米短距离传输中达到32G到100G以及更高速率的传输方式。 

  本文旨在阐述10G光学连接的益处，以及对OM3光纤在以太网、光纤通道和InfiniBand应用中的并行光学传输技术方面提供建议。 

OM3光纤

  2002年3月份颁布了激光优化50um多模光纤标准：TIA/EIA-492AAAC。该光纤经850nm波长激光优化，包括最小2000MHz-km有效模式带宽。采用850nmVCSEL(波长垂直腔体表面发光)激光器传输系统相对1300nm波长系统则具有更为可观的经济价值。OM3光纤最初在ISO/IEC-11801标准的第二版中命名，目前被TIA标准采用，可参阅TIA-568, Rev C。除OM3光纤之外，OM1和OM2光纤被分别命名为标准的62.5nm和50nm多模光纤。详见表一。



10G光学连接

  相比较10GBASE-T六类和超六类铜缆连接的网络，以850nm的OM3光纤连接的10GBASE-SR网络可为数据中心提供更为可观的巨大价值。 
 
能够支持更远的传输距离

  OM3光纤的有效模式带宽2000MHz-km，可以支持10G数据速率传输距离达到300米，而10GBASE-T的超六类铜缆限定在100米以内。按照行业专家的说法，OM3光纤可支持诸如16G和32G光纤通道和100G以太网乃至更高数据速率的平滑演进，而六类和超六类铜缆无法超越10G的数据传输速率。 
 
能够支持更高密度的设备接口

  SFP+ 850nm光收发器可轻而易举支持交换机网卡高达48以上端口。对UTP/STP铜缆而言，传输距离可达到100米的网口密度最大设计为8个端口。当距离小于30米，可建议16个端口。铜缆系统中不断提高的工作频率和模拟数字信号的精确处理需要额外的电源来支持，过高的能耗决定了传统的铜缆端口密度不可能大。 
 
能耗与制冷

  10G光交换机与服务器光网卡在运行时能耗方面，比10G的UTP/STP的铜设备要少得多。相比而言，10G的SFP+光收发器的每端口功率典型值为0.5瓦，而10GBASE-T的传统交换机每端口要消耗15瓦。显然，10G光网络以其低能耗和二氧化碳的低排放量实现了数据中心的”绿色”。制冷能耗随网络元件耗能而增长。图一呈现了10GBASE-SR和10GBASE-T在节电方面的整体比较。



康宁，创新之路永无止境。

  层出不穷的套娃，被普遍认为是充分扩展能力的一种完美表现形式。对于数据中心基础架构来说更是如此，不仅要满足当前的需要而且同样能够适应即将到来的情形。现实的数据应用，对带宽的需求会永无止境地上升，数据中心底层设施应该支持无论是10G，40G还是甚至100G的带宽要求。康宁光缆系统LANscape® PretiumTM 解决方案涵盖了支持数据中心100G传输速率的产品线。Plug & PlayTM通用系统组件已经过工厂测试和业界验证，具备支持100G传输速率的卓越性能。一个具备高可扩展性的100G就位的数据中心网络能够满足当前和未来需要，这样的基础网络来自康宁光缆系统。 

线缆路由与机柜空间，更少的拥塞

  光缆能够达到非常高的布线密度从而最大化路由和空间内的利用率。例如，一根216芯的带状光缆和两根超六类的铜缆，具有相同的0.7英寸的典型有效线径，但是光缆能够支持108个10G串行线路而铜缆仅能支持2个10G线路。小型化的光缆线径同时也增强了数据中心内的制冷效果。详见图二。



超越10G速率的并行光学技术

  诸如视频应用、虚拟化和I/O融合等未来众多行业对带宽的渴求正在推动着网络的数据传输速率朝着10G以上迅速发展。为顺应市场需求，IEEE802.3ba工作组已被任命从事40G和100G以太网数据速率的研发指导工作。项目授权申请(PAR)的宗旨之一是实现OM3光纤传输距离达到100米。OM3光纤是PAR中唯一指定的一种多模光纤。在40G/100G数据速率时OM3光纤的传输距离能够达到150米至200米是预期目标，这样能够符合数据中心综合布线对长度的要求。该标准的完成时间定在2010年中期。光纤通道技术已经完成FC-P14标准的制定，这其中包括对使用OM3光纤的限制性收发器和线性收发器在8G速率时分别达到150米和300米传输距离的指导。表二给出了光纤通道的路标细节。



  采用OM3光纤的直接调制850nm的VCSEL(垂直腔体表面发光激光器)双工串行传输，已被用于高达10G的数据速率并有望用于16G速率的光纤通道中。考虑到可靠性因素，850nm的VCSEL经直接调制需要达到极限工作温度，在数据中心内采用双工光纤串行传输显得不合时宜。因此，16G以上数据速率的以太网最有可能采用OM3光纤的并行光学技术实现短距离传输达到100米至300米。 

  InfiniBand传输正开始引领金融领域数据中心服务器集群在电子商务、运算建模和高端交易业务等应用。InfiniBand的最大价值在于服务器I/O接口的高度融合与虚拟化，同时具有低反应时间和高带宽。InfiniBand光学传输是并行光学解决方案的一种特定应用。 

  以850nm的VCSEL阵列和OM3光纤为代表的并行光学技术为以太网、光纤通道、InfiniBand提供低成本高速率的解决方案。并行光学传输技术通过空分复用将高数据速率信号在多个光纤中进行分配，保证发送端和接收端严格同步。在接收端，通过解复用信号被还原成发送前的高数据速率信号。MTP连接技术应用于整个并行光学链路，并作为与收发模块的接口。 

  OM3光纤及成缆的质量设计和端接方式等各个方面均要求降低光学时延指标。光学时延实际上是在并行传输系统中不同光纤形成的多个路径之间光信号传输的时间差，不加控制则会导致传输错误的发生。采用带状光纤能够有效控制光学偏移，保证光缆组件在并行光学应用中达到所需性能，而这一切，传统的单根光纤无法胜任。 

  目前，InfiniBand的四倍数据传输速率对10G多径速率光缆组件的光学时延要求不超过0.75ns。这里的光缆组件是要求包括光缆及其各端MTP光纤连接器在内的整套组件。以太网和光纤通道对其并行光学技术在光学时延方面的需求仍在持续开发。IEEE 802.3ba 40/100G以太网工作组已在商讨1ns以内光学时延的具体需求，但最终决议仍未达成。 

 40G以太网技术预期会采用4个10G通道发送4个10G通道接收的方式实现；同理，100G以太网预期会采用10个10G通道来收发的方式实现(详见图三和图四)。





  OM3光纤为数据中心实现了10G网络的最佳运行，这为实现以太网、光纤通道和InfiniBand并行光学达到32G-128G数据传输速率提供了演进之路。OM3连接技术优化的路径空间利用率，便捷的安装测试，能耗制冷所带来的价值以及易于支持高密度安装网络设备和配线面板方面表现卓著。现在，数据中心已步入OM3光纤时代了！ 

Doug Coleman，美国康宁通信企业网技术与标准化经理。 
  Doug Coleman拥有丰富的专业背景，在系统设计、光纤光缆的材料、加工、设计、标准、应用等诸多领域有着渊博的专业知识。 

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