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数据中心内单模光纤和多模光纤通信的技术区别及成本考量

A. 波分复用 (Wavelength Division Multiplexing)

单模光纤通常采用波分复用 (WDM)的方式来增加网络传输速率,2010年发布的100GBase-LR4,采用2芯单模光纤1收1发,能够在一芯光纤上同时复用4个波长,每个波长传输25Gbps。单模光纤传输100Gbps的方案传输距离远,布线成本低,然而,单模光纤需要采用高成本的激光 (LD) 光源收发器,单模光纤的激光收发器价格至少是多模光纤收发器的3倍以上, 功耗至少2倍以上。(备注:来源OFS 2014年数据)

B. 串行传输(Serial Transmission)

传统的多模光纤一般采用串行传输模式,在这种模式下增加以太网的传输速率必须增加每芯光纤/通道的传输速率。目前以太网最大串行传输速率为10Gbps/通道,IEEE正在制定25Gbps/通道,50Gbps/通道的网络标准,以400G以太网为例,会有25Gbps/通道, 50Gbps/100Gbps通道3个不同的版本,光纤芯数分别需要32芯/16芯/8芯。400G以太网采用的编码方式有NRZ,PAM4,DMT,更高级的编码方式意味着更复杂的电路和功耗,因而成本更高。

C.并行传输(Parallel Transmission)

多模光纤提高网络传输速率的另外一种方法是采用并行传输模式,即通过增加光纤芯数来增加传输速率。2010年发布的100G Base-SR10采用10Gbps/通道的传输方式,10通道接收10通道发送,总共需要20芯光纤。

D. 短波波分复用 (Short Wavelength Division Multiplexing, WDM)

随着100G-NG,200G/400G以太网乃至1T以太网的提出,传统的多模光纤在芯数和距离上成为阻碍未来以太网络发展的瓶颈。短波波分复用技术利用性价比较高的短波的垂直腔面发射激光(VCSEL) 光源,优化的宽带多模光纤 (WBMMF) 能够在一芯多模光纤上支持4个波长,把需要的光纤芯数降低为之前的1/4,同时提高了有效模式带宽(Effective Modal Bandwidth, EMB), 延长了40/100G的传输距离到300米左右。

目前全球96%的数据中心,网络核心区骨干(Spine)交换机到服务器机柜分支(Leaf)交换机的距离在300米以内,因此短波波分复用技术(SWDM)和宽带多模光纤(WBMMF)未来会继续延续多模光纤作为数据中心40/100/400G以太网的主流传输介质的传统。未来通过短波波分复用 (SWDM) 和并行传输技术相结合,只需要8芯宽带多模光纤 (WBMMF) ,就能够支持更高速的应用,比如200/400G以太网。

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