無人駕駛汽車和增強現實等應用將需要提供低于1毫秒的延遲、端到端鏈接的系統支持，這將改變人們現在所知道的數據中心格局。

 

如今，數據中心的規模將越來越大，帶寬需求也越來越大。大規模引入支持5G的小型無線網絡將主要與光纖電纜相連，從而推動從“宏”單元站點(小單元聚合在一起)到支持數據中心對高密度光纖解決方案的需求。

 

人們需要為數據中心處理大數據流量的巨大增長做好準備。機器對機器(M2M)或“東西向”通信，預計在2015～2020年期間的復合年增長率將達到44%。部分符合這一發展趨勢的是，預計到2019年，100G網絡將占據數據中心光收發器傳輸容量的50%以上。此外，400G部署將在未來一年獲得更多的發展動力，預計將以極快的速度發展，占到2021年以太網端口的大部分出貨量.400G的發展帶來了顯著的成本節約，每RU的密度將增加4倍。這些創新還將提高兩倍的電源性能效率，為“邊緣”設定的節能目標做出積極貢獻。

 

 

在以往，在單模光纖(SMF)和多模光纖(MMF)解決方案之間的選擇是相對確定的，前者以較高的價格提供最高帶寬，后者雖然速度較慢但靈敏度較高，并且更具成本效益。

 

如今，決策中的關鍵因素包括：確定當前帶寬需求是否能夠滿足;距離需求是否滿足預期網絡架構的特定目標;未來以太網和/或光纖通道速度是否能夠得到支持;是否能夠輕松地遷移到投資回報率(ROI)中。這四個相互依賴的標準必須考慮達到最佳平衡。

 

對于看似無限帶寬的單模光纖(SMF)，網絡設計者和數據中心通常認為它是確保未來不出現帶寬瓶頸的最佳策略。傳統上，與單模光纖(SMF)光學系統相關的成本較高，這一成本增加歸因于光收發器模塊的價格，總體成本受無源光布線基礎設施的價格影響較小。

 

與此同時，人們承認，盡管成本有所下降，但單模光纖(SMF)技術確實在長距離和帶寬能力方面優于多模光纖(MMF)。但隨著企業開始向高速數據傳輸過渡，替代光纖布線系統是否提供以前只有單模光纖(SMF)才能滿足的功能?

 

重要的是要認識到，在確定哪種級別的光纖在特定環境中提供最佳投資回報在決策方面已經發生了轉變。技術進步使得多模光纖(MMF)在為當前和未來的網絡需求做出明智選擇方面成為首選。

 

 

多模光纖支持當今大部分應用，并以極低的成本應用在數據中心。此外，它還具備滿足未來數據中心的數據功能的能力，并提供可以支持高達800G以太網的路線圖。

 

隨著光纖傳輸技術的進步，多模光纖(MMF)的帶寬能力呈指數增長。最近的多模光纖(MMF)傳輸技術??采用更快的垂直腔面發射激光器(VCSEL)已經從10G發展到25G，4級脈沖幅度調制(PAM4)和短波分復用(SWDM)將增加一倍。

 

由于已經部署了40GE/100GE，并且IEEE定義了25GE/50GE/200GE/400GE的目標，以太網被認為是領先的網絡平臺。它可以提供數據中心架構，以滿足未來的應用需求，同時提供當今的低運營成本。

 

在IEEE之外，SWDM聯盟多源協議(MSA)規定在兩個MMF(雙工傳輸/光纖對)上啟用100G，支持OM3、OM4、OM4+和OM5等級的傳輸。SWDM多模光纖解決方案無法支持“突破”模式，這是廣泛采用該技術的一個限制因素。此外，預計在不久的將來，多模光纖(MMF)的線速將從50G加速到100G，這意味著多模光纖(MMF)應用更高效(所需的光纖對更少)，并且擴大了多模光纖(MMF)“雙工”和“平行”光學器件的范圍，利用單一波長與縮小需要多個波長的多模光纖(MMF)應用的范圍。

 

短距離應用，如交換機到服務器和機器對機器(M2M)互連，是多模式光纖在數據中心內增加真正好處的地方。經過優化的光纖現在提供了一系列光纖功能，以幫助數據中心運營商根據運營需求規劃成功的基礎設施安裝和升級。

 

 

軟件定義網絡(SDN)的興起使數據中心設計人員從傳統的三層拓撲(圖1)重新調整為“脊柱和葉片”架構(圖2)。

 

圖1

 

圖2

 

將3個三層架構折疊到脊柱和葉片時，每個葉片連接到每個脊柱交換機，從而在脊柱處驅動更高的端口/連接器密度。解決更高密度連接挑戰和提高脊柱效率的常用做法是使用可以執行“突破”配置的電纜組件和設備(參見圖3)。

 

圖3

 

以40G多模光纖(MMF)數據中心部署為例，超過50%的40G市場采用被認為與“突破”配置有關，即40G到4×10G。關鍵驅動因素不是40G端到端，而是提供10G的分發效率。

 

持續增量效率的相同概念將推動100G(4×25G)和400G(4×100G或2×200G)的增長。但是，應該注意的是，早期的短波波分復用(SWDM)不太可能支持“突破”模式/配置。在評估短波波分復用(SWDM)與單波長高速傳輸和網絡架構設計的優勢時，應考慮這一點。

 

•每個端口節約30%的成本(收發器成本)

 

•電源效率提高兩倍

 

•每個RU的密度提高4倍

 

o更多的創收設備空間

 

o在空間有限的情況下增加價值

 

 

超大規模數據中心通常是容納超過50000個服務器端口的大型設施。在這種設施中，距離(服務器/交換機之間的距離)通常超過150米。在如此長的距離內，有利于單模光纖的“80/20”網絡流量分布規則并不罕見。企業數據中心的情況正好相反，通常95%的范圍小于100米，這更有利于多模光纖。

 

先進等級的光纖提供遠遠超出標準的擴展范圍多模光纖(MMF)，同樣增強收發器規格以達到同樣的目的。圖表(參見表1)給出了基于標準(非擴展范圍)收發器的鏈路距離示例。

 

成本激勵

 

與通常在單模光纖(SMF)收發器光學器件中看到的較高成本激光器相比，多模光纖(MMF)收發器以較低成本的垂直腔面發射激光器 (VCSEL)制造。這些垂直腔面發射激光器 (VCSEL)利用更大的多模光纖(MMF)纖芯/包層直徑(50/125微米 - OM3、OM4、OM4 +和OM5)，使整體解決方案成本更低。

 

網絡安裝的結構化布線元件(包括光纖布線)通常占IT經理預算的5%以下。雖然在考慮每個光纖通道/鏈路時，光纖等級本身(單模光纖或多模光纖)的成本占有線系統構成的非常小的百分比。以10G多模光纖(MMF)信道為例，將收發器的成本增加到無源光纜基礎設施，收發器的成本約占總成本的80%。

 

人們希望簡化和降低單模收發器光學模塊的成本，這可能會帶來一些折衷，例如IEEE 400GBASE-DR4，它的目標是500米——這比目前單模光纖(SMF)解決方案還要短。

 

隨著光電子技術的成熟和數量的增加，多模光纖(MMF)和單模光纖(SMF)之間的差距有望在未來縮小，但是，作為當今的解決方案，單模光纖(SMF)的價格通常是多模光纖(MMF)解決方案的1.5倍至4倍，具體取決于數據速率/收發器使用的模塊類型。

 

 

單模光纖在超過400米(高達10 G)和通常超過150米(40G數據速率及以上)的情況下繼續發揮著重要作用，其中包括跨服務器通道和跨站點的應用程序。

 

100G-BASE-PSM4(并行單模)的推出帶來了一種新型的單模光纖(SMF)收發器，其中采用了低成本的產品。預計這將推動多模光纖(MMF)和單模光纖(SMF)解決方案之間更緊密的價格協調，從而提高單模光纖(SMF)的普及率，特別是對于綠地100G部署。

 

然而，在數據中心中有大量預先存在的MMF(OM3、OM4、OM4+)安裝基礎，傳統網絡擴展約占市場需求的50%。設備制造商和客戶都對支持和最大化這一傳統基礎設施的投資回報(ROI)方面還有既得利益。因此，預計不會很快大規模遷移至棕地的單模光纖(SMF)。

 

無論如何，當今多模光纖解決方案的帶寬遠遠超出了它們所感知的限制。在這種情況下，帶寬不再是考慮多模光纖(MMF)以滿足當前或未來需求的障礙。此外，多模光纖(MMF)是大多數數據中心用途中最具成本效益的選擇，其中覆蓋范圍通常小于150米。隨著其支持的應用程序、帶寬和路線圖的擴展，多模光纖(MMF)的業務案例繼續得到加強。

 

預計數據中心規模將在物理上得到增長(見圖4)，對于當前和未來的多模應用而言，光纖在覆蓋范圍方面的關鍵限制因素是光纖解決模型/色散相互作用的能力，并考慮更先進的光纖等級(解決相互作用)的時間，例如Signature CoreTM OM4(OM4 +)和Signature Core OM5(OM5 +)。

 

OM4核心(OM4+)為絕大多數光纖應用提供最佳性能，在大多數情況下遠遠優于OM5。

 

而企業僅僅選擇下一代多模光纖(MMF)已經不足以讓它回歸到最佳價值，最好的價值在于了解當今和未來的應用需求，以及承認先進的調制/線路速率將要遵循的路徑。