Im Zuge der Digitalisierung sind Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung und -verarbeitung zu den zentralen Triebkräften der technologischen Entwicklung geworden. Als zentraler Träger der Informationsübertragung entwickelt sich die optische Kommunikationstechnologie kontinuierlich weiter, um dem explosionsartig wachsenden Bandbreitenbedarf gerecht zu werden. Zu diesen Fortschritten zählt das optische LPO-Modul mit einzigartigen technologischen Vorteilen und stellt einen Durchbruch im Bereich der optischen Kommunikation dar.
I. Definition des optischen LPO-Moduls
LPO steht für
Steckbare Optik mit Linearantrieb
, was auf Chinesisch als „线性驱动可插拔光模块“ übersetzt wird. Seine Kernmerkmale liegen in der Kombination von
Linearantriebstechnik
Und
steckbare Eigenschaften
.
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Steckbare Eigenschaften
: Ähnlich wie USB-Geräte unterstützt es flexibles Plug-and-Play, wodurch die Installation, Wartung und Aufrüstung von Geräten deutlich komfortabler wird und gleichzeitig die Betriebskosten und Ausfallzeiten in Szenarien wie Rechenzentren deutlich reduziert werden.
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Lineare Antriebstechnik
: Dies ist der Hauptunterschied zwischen LPO und herkömmlichen optischen Modulen. Herkömmliche optische Module nutzen DSP-Chips (Digital Signal Processing) zur Signalverarbeitung, die einen hohen Stromverbrauch und hohe Kosten verursachen. LPO-optische Module verzichten dagegen auf DSP-Chips und nutzen lineare Analogtechnologie zur direkten Ansteuerung optoelektronischer Geräte. Dies vereinfacht die Signalverarbeitung und optimiert die Energieeffizienz.
II. Funktionsprinzip des optischen LPO-Moduls
Die Kernfunktion eines optischen LPO-Moduls besteht in der effizienten Umwandlung zwischen elektrischen und optischen Signalen. Der Arbeitsprozess konzentriert sich dabei auf die „vereinfachte Verarbeitung“:
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Sendeende:
Nach dem Empfang eines elektrischen Signals wird dieses von einem hochlinearen Treiberchip mit CTLE-Funktion (Continuous Time Linear Equalization) verarbeitet, um die Hochfrequenzdämpfung während der Übertragung zu kompensieren. Anschließend wird der Laser direkt angesteuert, um das elektrische Signal in ein optisches Signal umzuwandeln, das über eine Glasfaser gesendet wird.
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Empfangsseite:
Der optische Detektor wandelt das empfangene optische Signal in ein schwaches elektrisches Signal um, das durch einen TIA (Transimpedanzverstärker) mit EQ-Funktion (Entzerrung) verstärkt und entzerrt wird. Nach Wiederherstellung der Signalintegrität wird es an das Endgerät übertragen.
Der gesamte Prozess ersetzt die traditionell komplexe DSP-Verarbeitung durch eine einfache Signalkompensation, wodurch Stromverbrauch und Kosten deutlich reduziert werden und gleichzeitig die Übertragungsqualität gewährleistet bleibt.
III. Technische Vorteile des optischen LPO-Moduls
Im Vergleich zu herkömmlichen optischen Modulen konzentrieren sich die Vorteile von LPO auf drei Dimensionen: „geringer Verbrauch, niedrige Kosten und hohe Effizienz“:
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Geringer Stromverbrauch:
Nach dem Entfernen des DSP-Chips kann der Stromverbrauch eines 400G-LPO-Moduls auf unter 4 W gesenkt werden, was etwa 50 % weniger ist als bei herkömmlichen Lösungen, was die Stromrechnung und die Kühlkosten in Rechenzentren direkt senkt.
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Niedrige Kosten:
Durch den Verzicht auf den teuren DSP-Chip lassen sich die Materialkosten um 15–20 % senken. Gleichzeitig senkt die vereinfachte Struktur auch die Herstellungskosten und schafft so die Grundlage für großflächige Anwendungen.
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Geringe Latenz:
Durch das Überspringen der DSP-Verarbeitungsverbindung wird die Verzögerung vom Nanosekundenbereich auf den Subnanosekundenbereich reduziert, eine Reduzierung um mehr als 30 %, wodurch die strengen Echtzeitanforderungen von KI-Training, Hochfrequenzhandel und anderen Szenarien perfekt erfüllt werden.
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Kompatibilität und Flexibilität:
Es behält das traditionelle steckbare Paket bei und ermöglicht so eine nahtlose Kompatibilität mit vorhandener Netzwerkhardware. Darüber hinaus unterstützt es Datenraten von 100G bis 800G und sogar mehr und passt sich so an unterschiedliche Szenarioanforderungen an.
IV. Anwendungsszenarien des optischen LPO-Moduls
Dank ihrer einzigartigen technischen Vorteile sind optische LPO-Module in den folgenden Szenarien äußerst wettbewerbsfähig:
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Interne Rechenzentrumsverbindung:
In Kurzstreckenszenarien von 100 Metern bis 2 Kilometern können der geringe Stromverbrauch und die niedrigen Kosten den Verbindungsbedarf zwischen Servern und Switches effizient decken und so die allgemeine Betriebseffizienz von Rechenzentren verbessern.
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KI-Rechenleistungscluster:
Die Funktion für geringe Latenz entspricht genau den intensiven Kommunikationsmustern beim KI-Training, gewährleistet eine schnelle Datenübertragung in Clustern mit 10.000 Karten, vermeidet Netzwerkengpässe und verbessert die Gesamtrechenleistung des Clusters.
V. Herausforderungen und Gegenmaßnahmen des optischen LPO-Moduls
Trotz ihrer erheblichen Vorteile müssen optische LPO-Module noch die folgenden Engpässe überwinden:
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Begrenzung der Übertragungsdistanz:
Aufgrund der fehlenden DSP-Verarbeitung ist die Kommunikationsdistanz begrenzt und derzeit hauptsächlich auf mittlere und kurze Distanzen anwendbar. Gegenmaßnahmen umfassen: den Einsatz von Silizium-Photonik-Integrationstechnologie und fortschrittlichen Verpackungsprozessen zur Verbesserung der Signalstabilität sowie die Einführung intelligenter Kompensationsalgorithmen zur Optimierung der Übertragungsleistung.
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Hohe Präzisionsanforderungen an die Handwerkskunst:
Strenge Anforderungen an die Übereinstimmungsgenauigkeit optischer Geräte und Schaltungsparameter erfordern von Unternehmen, ihre Präzisionsfertigungskapazitäten zu verbessern und die Zusammenarbeit innerhalb der Industriekette zu stärken, um Standards zu vereinheitlichen.
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Standardisierungsprobleme:
Das Fehlen einheitlicher Industriestandards beeinträchtigt die Kompatibilität und Interoperabilität von Produkten verschiedener Hersteller. Derzeit beschleunigen Branchenverbände und Standardisierungsorganisationen die Formulierung relevanter technischer Spezifikationen, um die Industrialisierung voranzutreiben.
VI. Zukünftige Entwicklungstrends des optischen LPO-Moduls
Mit der technologischen Iteration wird die Entwicklungsrichtung optischer LPO-Module allmählich deutlich:
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Kontinuierliche technologische Innovation:
Entwicklung leistungsstärkerer optischer Geräte, Optimierung des Schaltungsdesigns und der Kompensationsalgorithmen sowie Integration neuer Technologien wie KI, um eine intelligente Verwaltung und adaptive Anpassung von Modulen zu ermöglichen.
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Erweiterung der Anwendungsfelder:
Von Rechenzentren und KI-Clustern bis hin zu 5G-Kommunikation, Hochleistungsrechnen, intelligentem Transport und anderen Bereichen, die verschiedenen Branchen bei der digitalen Transformation helfen.
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Multitechnische Zusammenarbeit:
Bilden Sie ergänzende Vorteile mit Technologien wie CPO (Co-packaged Optics) und kohärenter optischer Kommunikation, um umfassende optische Kommunikationslösungen für kurze, mittlere und lange Distanzen zu entwickeln und so den vielfältigen Übertragungsanforderungen gerecht zu werden.
Durch die Vereinfachung der Technologie, um Leistung und Kosten in Einklang zu bringen, verändern optische LPO-Module die technische Landschaft der optischen Kommunikation. Mit der schrittweisen Lösung bestehender Herausforderungen dürften sie künftig zur Kernlösung für die Hochgeschwindigkeitskommunikation über kurze Distanzen werden und die Entwicklung der digitalen Wirtschaft entscheidend unterstützen.
