الأليافموصل MPOتقف بمثابة العمود الفقري في البنية التحتية الحديثة للاتصالات السلكية واللاسلكية، وهي مصممة لدمج قنوات بصرية متعددة في واجهة حلقة مفردة قابلة للتحويل ميكانيكيًا (MT). يعمل عبر 8 أو 12 أو 16 أو 24 تكوينًا من الألياف-مع متغيرات متخصصة تمتد إلى 72 أليافًا لمصفوفات التبديل الضوئية-الكبيرة الحجم-هذه البنية-دفعة الألياف المتعددة-التي أدت إلى تغيير جذري في اقتصاديات وفيزياء التوصيل البيني عالي الكثافة-. إن الإجابة على ما إذا كانت هذه الموصلات تتعامل مع النطاق الترددي العالي ليست مجرد إجابة إيجابية؛ هذا هو السبب وراء نوم مهندسي مراكز البيانات ليلاً.
البصريات الموازية غيرت كل شيء
عندما شعرت أن سرعة 10 جيجابت إيثرنت مبالغ فيها، لم يتوقع أحد انفجار النطاق الترددي الذي قد تتطلبه الحوسبة السحابية والتدريب على نماذج الذكاء الاصطناعي. استجابت الصناعة بالبصريات المتوازية-، وهو نموذج نقل حيث تعمل ممرات الألياف المتعددة في وقت واحد بدلاً من دفع المزيد من البتات في شريط واحد. هذا هو المكان الذي أصبحت فيه موصلات الألياف المتعددة -MPO لا غنى عنها.
خذ 40GBASE-SR4 كمثال. تدفع أربعة ألياف نقل 10 جيجابت في الثانية لكل منها بينما تعكس أربعة ألياف استقبال تلك الإنتاجية. يتعامل MPO المكون من 8- من الألياف مع الأمر بشكل نظيف. انتقل إلى ما يصل إلى 100GBASE-SR4، وتستوعب نفس الواجهة المادية 25 جيجابت في الثانية لكل مسار عبر تلك الألياف الثمانية. الموصل لم يتغير فعلت تكنولوجيا التشفير وجهاز الإرسال والاستقبال.
400G تطبيقات متوازية؟ لا تزال منطقة MPO. تعمل أجهزة الإرسال والاستقبال QSFP- DD وOSFP على الاستفادة من تكوينات 8- من الألياف بسرعة 100 جيجابت في الثانية لكل ممر (بفضل تطورات تعديل PAM4) أو ترتيبات 16 ليفًا لعمليات نشر 400G-SR8. يستخدم جيل 800G الذي يصل إلى المرافق فائقة الحجم واجهات MPO المكونة من 16 ليفًا مع 8 قنوات إرسال و8 قنوات استقبال تعمل بسرعة 100 جيجابت في الثانية لكل قطعة.
لم يتوقع أحد في عام 1996 تصميم موصل MTP الأصلي مع US Conec وCorning تطبيقات 1.6 تيرابت. ومع ذلك فإن عامل الشكل لا يزال قائما. إنها قوة بقاء رائعة لما يصل إلى حلقة بلاستيكية مطحونة دقيقة-.
ميزانيات الخسارة تصبح وحشية بسرعة
إليك شيء لا يظهر في ضمانات التسويق كثيرًا: الأسرع لا يعني المزيد من التسامح. سمح معيار 40G متعدد الأوضاع SR4 بخسارة إدخال قدرها 1.5 ديسيبل من جهاز الإرسال والاستقبال إلى جهاز الإرسال والاستقبال. قارن ذلك بمساحة الحساسية النموذجية البالغة 2.2 ديسيبل في أجهزة الإرسال والاستقبال نفسها، وستحصل على "نطاق حماية" قدره 0.7 ديسيبل للتلوث الحقيقي-الفوضى العالمية-، وتفاوتات التصنيع، ودقة معدات الاختبار.
يتقلص نطاق الحماية هذا مع زيادة السرعات.
يتوقف أداء موصل الألياف MPO على -معلمات هندسة الوجه المقننة في IEC PAS 61755-3-31. الزاوية البولندية، ارتفاع نتوء الألياف، فارق الارتفاع عبر المصفوفة. عندما يتعين على اثني عشر أو ستة عشر طرفًا من الألياف تحقيق الاتصال الجسدي في وقت واحد داخل بصمة حلقة أصغر من إبهامك، تصبح متطلبات الدقة الميكانيكية مثيرة للإعجاب حقًا. إن تباين الارتفاع الذي يتجاوز المواصفات يعني أن بعض الألياف تتزاوج بشكل صحيح بينما تظهر ألياف أخرى خسارة مرتفعة في الإدخال أو خسارة عودة متدهورة.
حساسية التلوث تضاعف كل شيء. تشير تقديرات الصناعة إلى أن 80% من حالات فشل شبكات الألياف تعود إلى تلوث الموصل. يمكن لجسيم واحد على أحد أطراف الألياف-وجه داخل MPO-24 أن يتدفق عبر الوصلة بأكملها. يميل الفنيون الميدانيون الذين أمضوا-خمسًا وأربعين دقيقة في مطاردة مشكلات الخسارة المتقطعة فقط لاكتشاف الحطام المجهري إلى تطوير التفاني الديني لفحص-بروتوكولات ما قبل التزاوج.
لماذا تعد متغيرات الألياف 16 مهمة الآن؟
هيمنت ألياف MPO المكونة من 12- لسنوات. التطبيقات التي تحتاج إلى 8 ألياف نشطة فقط (مثل 40G و100G SR4) تركت ببساطة المواضع الأربعة الوسطى غير مستخدمة-مضيعة للوقت، ولكنها عملية. ثم دخل 400G-SR8 و800G-SR8 إلى الصورة.
ثمانية إرسال بالإضافة إلى ثمانية استقبال يساوي ستة عشر أليافًا. يعالج موصل MPO المكون من 16 ليفًا هذه المشكلة بشكل مباشر، حيث يقوم بتعبئة الألياف في صف واحد مع تصميم مفتاح متغير يمنع التزاوج العرضي مع 12 أو 24 نوعًا مختلفًا من الألياف. منع الأضرار الجسدية من خلال عدم التوافق.
يمثل MTP-16 من US Conec وSN-MT من Senko الجيل التالي من تطبيقات عامل الشكل الصغير جدًا (VSFF) لهذا المفهوم. تحسينات الكثافة مذهلة: 216 موصلاً SN-MT تتلاءم مع 80 نقطة MPO تقليدية مكونة من 16 ليفًا. بالنسبة للمشغلين ذوي الحجم الكبير حيث ترتبط مساحة الحامل بشكل مباشر بالنفقات التشغيلية، فإن هذه النسبة تبرر الاعتماد الفوري.
يتم دفع إصدارات الوضع الفردي- ذات الاتصال الجسدي المائل (APC) إلى تطبيقات 800G-DR8 وLR8 عبر نطاقات أطول. يصبح منع الانعكاس -الخلفي الذي توفره APC غير-قابلاً للتفاوض عندما لا تترك نسبة الإشارة المنخفضة -إلى-الإشارة المخفضة لتعديل PAM4 أي هامش لتداخل الطاقة المنعكسة.
مشكلة القطبية لا تزال قائمة
يعرف أي شخص قضى وقتًا حقيقيًا في الكابلات الهيكلية لمركز البيانات أن إدارة القطبية تظل الجانب الأكثر إحباطًا في اتصال{0}الألياف المتعددة. تحاول ثلاث طرق موحدة (النوع A، وB، وC) ضمان اتصال أجهزة الإرسال بأجهزة الاستقبال من خلال مجموعات مختلفة من الكاسيت وكابلات الجذع. قدمت TIA-568.3-E مؤخرًا طرق قطبية عالمية U1 وU2 لتبسيط عمليات النشر، لكن عمليات التثبيت القديمة تظل خليطًا.
لا يؤدي الاختيار الخاطئ لنوع القطبية إلى حدوث فشل كارثي فوري. فهو يتسبب في ظهور الأعراض المزعجة المتمثلة في "بعض المنافذ تعمل، والبعض الآخر لا يعمل" والتي تستغرق ساعات من استكشاف الأخطاء وإصلاحها. يقوم الفنيون بتبديل أسلاك التصحيح دون داع. تحصل المعدات على RMA'd بدون عيب فعلي. التكلفة التشغيلية للارتباك القطبي عبر نشر 5000 منفذ تزيد بشكل أسرع مما تدركه فرق المشتريات.
تساعد محددات الأخطاء المرئية. أدوات التحقق من القطبية المخصصة تساعد أكثر. ولكن لا شيء يحل محل نظام التوثيق أثناء التثبيت الأولي-النظام الذي يؤثر فيه ضغط الوقت وقيود الميزانية بشكل روتيني.
اختبار واجهات MPO: المستوى 1 مقابل المستوى 2
يتبع اختبار الشهادة للروابط التي تم إنهاؤها MPO- نفس بنية الطبقة مثل شهادة الألياف- الفردية. يلتقط المستوى 1 (الأساسي) الخسارة والطول والقطبية لكل قناة. يضيف المستوى 2 (الممتد) توصيف OTDR الذي يوضح التوهين وجودة الوصلة وانعكاس الموصل على طول الرابط بالكامل.
تصبح الحسابات المتعلقة باختبار الثقة غير مريحة مع موصلات الألياف المتعددة{0}. ضع في اعتبارك ما يلي: عند مستوى ثقة 95% (2-سيجما)، فإن ما يقرب من 5% من نتائج اختبار الألياف الفردية قد تقع خارج نطاق الدقة المتوقعة. بالنسبة لارتباط LC مزدوج، يمكن التحكم في ذلك. بالنسبة لـ MPO المكون من 12 ليفًا، تتضاعف احتمالات 12 مستقلة بنسبة 5% إلى احتمال 60% تقريبًا أن يقع قياس ألياف واحد على الأقل خارج الدقة المتوقعة لكل موصل.
وهذا ليس عيبًا في تقنية MPO. إنها حقيقة إحصائية يجب أن تستوعبها منهجيات الاختبار. عادةً ما يقوم مشغلو النطاق الكبير بوضع معايير قبول مخصصة بدلاً من الاعتماد على معايير عامة، وذلك على وجه التحديد لأن نطاق النشر الخاص بهم يجعل عمليات الرفض الخاطئة باهظة التكلفة من الناحية التشغيلية بينما يؤدي القبول الخاطئ إلى خلق عبء استكشاف الأخطاء وإصلاحها في المراحل النهائية.
أدت معدات الاختبار الحديثة مثل Fluke's MultiFiber Pro أو حلول VIAVI إلى تبسيط ما كان يتطلب كابلات إخراج المروحة-والتحقق من القناة-عن طريق-القناة باستخدام معدات OLTS المزدوجة. لا يزال اختبار كابلات MPO باستخدام أجهزة ألياف -مفردة يعمل ولكنه يستهلك وقتًا غير متناسب للفنيين ويزيد من خطر التلوث من خلال دورات التزاوج المتكررة.
400G و800G: يظل MPO مركزيًا
تعمل مجموعات التدريب على الذكاء الاصطناعي في شمال فيرجينيا وسنغافورة ودبلن على زيادة الكثافة المرورية التي كانت ستبدو سخيفة قبل خمس سنوات. تتطلب اتصالات GPU - إلى - GPU البينية داخل حجرات الحوسبة نطاقًا تردديًا يبلغ 400 جيجا بايت و800 جيجا بايت مع حساسية زمن الوصول التي يتم قياسها بالميكروثانية. تبدو البنية الأساسية لموصل الألياف MPO التي تمكن أحمال العمل هذه غير ملحوظة-كابلات الجذع المنتهية مسبقًا، وأشرطة الكاسيت، ولوحات التصحيح-ولكنها تمثل عقودًا من التحسين الميكانيكي.
تفترض عوامل شكل جهاز الإرسال والاستقبال QSFP-DD وOSFP التي تدفع هذه السرعات واجهات MPO. تعمل الكابلات الجانبية على تحويل نهايات MPO-12 أو MPO-16 إلى LC مزدوج للتوافق مع المعدات القديمة أو بطاقات NIC للخادم ذات السرعة المنخفضة، مما يؤدي إلى زيادة استخدام المنافذ إلى الحد الأقصى والحفاظ على الاستثمار عبر أجيال التكنولوجيا.
ماذا عن البدائل؟ تظل تقنية LC المزدوجة هي السائدة في تطبيقات القنوات الفردية- وعمليات نشر WDM طويلة المدى. تلبي موصلات SN وCS متطلبات VSFF حيث تكون كثافة MPO غير كافية. ولكن بالنسبة للبصريات المتوازية قصيرة المدى-في النطاق من 100 جيجا إلى 800 جيجا، تظل موصلات MPO{7}}الألياف المتعددة هي الواجهة الافتراضية. إن دعم النظام البيئي-أجهزة الإرسال والاستقبال والكابلات وأشرطة الكاسيت ومعدات الاختبار-يخلق زخمًا تكافح أنواع الموصلات البديلة للتغلب عليه.
حقائق التثبيت يعرفها المهندسون الميدانيون
إن سعة النطاق الترددي النظرية لا تعني شيئًا إذا كان التثبيت الميداني يضر بسلامة الموصل. تتطلب واجهات نهاية حلقة MPO -بروتوكولات فحص وتنظيف يمكن أن تتحمل موصلات LC وSC أحيانًا تخطيها. تسمح مساحة سطح التزاوج الأكبر بانتقال التلوث أثناء محاولات التنظيف-الأوساخ من الموضع الأول تتحرك إلى الموضع الثاني أثناء مرور قطعة قماش التنظيف.
يقوم المثبتون ذوو الخبرة بفحص قبل التنظيف لتجنب اتساخ الموصلات الأصلية. يقومون بإعادة الفحص بعد التنظيف للتحقق من النتائج. إنهم يدركون أن انتهاكات نصف قطر الانحناء في توجيه الكابلات الرئيسية تؤدي إلى خسائر كبيرة غير مرئية أثناء التثبيت ولكنها مدمرة لميزانيات الارتباط. إنهم يدركون أن عدم تطابق عدد الألياف بين المكونات يسبب فشل المحاذاة الذي لا يمكن حله بأي قدر من التنظيف.
إن الفجوة بين ممارسة تثبيت الكتب المدرسية والموعد النهائي-الواقع المضغوط تحدد أداء MPO الحقيقي-. المقاولون الذين يقدمون عطاءات تنافسية لا يخصصون دائمًا ساعات عمل كافية للحصول على الشهادات المناسبة. يكتشف مالكو الشبكات الذين يتخطون اختبار القبول المشكلات بعد أشهر عندما تكشف حركة مرور التطبيقات عن روابط هامشية.
ماذا يعني 1.6 تيرابت لتطور الموصل
إذا كان 800G يمثل الحافة الرائدة اليوم، فإن 1.6 تيرابت لكل حارة تلوح في الأفق على خرائط الطريق. تمتد بنية MPO المكونة من 16 ليفًا والتي تدعم 800G بشكل طبيعي: 8 ألياف نقل بسرعة 200 جيجابت في الثانية لكل حارة بالإضافة إلى 8 ألياف استقبال تساوي إجمالي 1.6 تيرابت في الثانية. لا تتغير الواجهة الميكانيكية للموصل بشكل أساسي. تحمل الإلكترونيات الضوئية وأجهزة الإرسال والاستقبال وتنسيقات التعديل العبء الهندسي.
تهدف أساليب -البصريات المجمعة-والبصريات الموجودة على اللوحة إلى تقريب الضوئيات من تبديل ASICs، مما قد يؤدي إلى تقليل-مسافات الكابلات بين الحامل. ما إذا كانت هذه البنى تقلل من أهمية MPO تظل موضع تخمين. قد يتحول تنسيق موصل الألياف المتعددة-ببساطة من التوصيل البيني للحامل-إلى-الحامل إلى حدود الهيكل الداخلي. لن تختفي متطلبات المحاذاة الدقيقة وحساسية التلوث بغض النظر عن مكان انتهاء الموصلات.
سؤال النطاق الترددي، الإجابة عليه مباشرة
هل يمكن لموصلات الألياف MPO التعامل مع النطاق الترددي العالي؟ إنهم يدعمون حاليًا 800 جيجابت في الثانية في بيئات الإنتاج ويتوسعون إلى 1.6 تيرابت في الثانية بموجب مواصفات الواجهة الحالية. إن تنسيق الموصل الذي بدا أنه مصمم خصيصًا -لتطبيقات 40G في منتصف عام 2010 يمتد بسلاسة عبر أجيال التكنولوجيا المتعددة من خلال استيعاب عدد أكبر من الألياف، وتفاوتات تصنيع أكثر صرامة، وتحسين معدلات مسارات أجهزة الإرسال والاستقبال.
العوامل المقيدة ليست قيود ميكانيكية لـ MPO. إنها ميزانيات الخسارة، ومكافحة التلوث، وإدارة القطبية، وجودة التثبيت. تحقق المؤسسات التي تنشر بنية أساسية ذات نطاق ترددي عالي- مع كابلات MPO-ألياف متعددة النجاح من خلال نظام الفحص واختيار منهجية الاختبار المناسبة وممارسات التوثيق التي تمكن من استكشاف الأخطاء وإصلاحها في المستقبل.
بالنسبة لمهندسي مراكز البيانات الذين يقومون بتقييم استثمارات الكابلات الهيكلية، توفر البنية الأساسية للاتصالات القائمة على MPO- مسارات ترحيل من 100 جيجا إلى 400 جيجا إلى 800 جيجا بدون استبدال بالجملة. تلبي متغيرات الألياف 8- والألياف 16- متطلبات البصريات المتوازية الحالية بينما توفر تكوينات الألياف 24-مساحة رأسية للتوسيع. تعمل التجميعات المنتهية مسبقًا- على تقليل الجداول الزمنية للنشر مقارنةً بالإنهاء الميداني، وتعمل البنى القائمة على الكاسيت على تبسيط عمليات النقل والإضافة والتغييرات خلال دورات حياة المنشأة.
لا يتعامل موصل MPO- متعدد الألياف مع النطاق الترددي العالي فقط. في عمليات نشر البصريات المتوازية التي تهيمن على مراكز البيانات واسعة النطاق والمؤسسات، تظل هي الخيار العملي الوحيد للواجهة. هذا الموقف في السوق لم يكن من قبيل الصدفة. أدت ثلاثة عقود من التحسين الميكانيكي، وتطوير المعايير، وبناء النظام البيئي إلى إنشاء بنية تحتية أثبت نمو النطاق الترددي صحتها بدلاً من تقادمها.
