光互聯,什么是光互聯

隨著數字化的進程，數據的處理、存儲和傳輸得到了飛速的發展。高帶寬的需求使得短距互聯成了系統發展的瓶頸。受損耗和串擾等因素的影響，基于銅線的電互聯的高帶寬情況下的傳輸距離受到了限制，成本也隨之上升。而且過多的電纜也會增加系統的重量和布線的復雜度。與電互連相比，基于多模光纖的光互連具有高帶寬、低損耗、無串擾和匹配及電磁兼容等問題，而開始廣泛地應用于機柜間、框架間和板間的高速互連。

圖1是基于誤碼率小于10-12吉比特以太網聯接模型的傳輸距離與帶寬的關系曲線，光纖是500MHz.km,50/125vm多模光纖.可以看出,在2.5Gbps速率下傳輸距離可以達到300米;而在3.75Gbps速率下可以達到50m.并行光互連通過多根光線并行傳輸,可以在高比特率的速率下實現較遠距離的傳輸,.這就是為可采用并行光互連的一個原因。

圖1 傳輸距離與傳輸速率的關系

并行光互連通過并行光模塊和帶狀光纜來實現.并行光模塊是基于VCSEL陣列和PIN陣列,波長850nm,適合多模光纖50/125vm和62.5/125vm. 封裝上其電接口采用標準的 MegArray連接器,光接口采用標準的MTP/MPO帶狀光纜. 目前比較通用的并行光模塊有4路收發一體和12路收發分離模塊。

與并行光收發模塊對應的是帶狀光纖技術。帶狀光纜是隨著光纖通信系統用戶網絡工程的發展而產生的一種新型光纜，它將多根一次涂層光纖集成在一條丙烯酸樹酯固化封裝的薄帶上，由多條直徑６２．５／１２５μｍ左右的光纖組成。光纖間距約２５０μｍ，帶的厚度約３００μｍ，寬度約１～３ｍｍ。帶狀光纖具有密度高、體積小、傳輸容量大等特點。

因為不需要做銅線一樣的屏蔽，帶狀光纖比銅纜體積小得多，因此是密集信號連接的理想介質。事實上，在骨干網路由器的核心背板上，普遍采用這種高密度的光纖互聯技術。甚至有人就此提出“空分交換”的概念。

同樣利用光纖之間無串擾的特性，近年來出現了光背板的技術，可以將具有各種復雜連接方式的光纖壓制到一塊很薄的塑料板上。從而大大減少互聯的空間。

除了采用光纖連接方式，光互聯還可以采用其他的方式。

1.光底板技術就是在傳統的印刷電路板中加入一個光通訊層，用光波導取代傳統的ＰＣＢ銅錢，從而解決高頻ＰＣＢ布線的傳統難題。未來的電路板將是一種印刷電路板和印刷光路板?ＰＯＢ　的復合體。目前光底板技術已經有實驗原型。阻止這種技術普及的主要原因并不是技術上的困難，而是光電轉換器件還不能和各種ＣＰＵ芯片直接集成在一起。獨立的光電轉換器件增加了系統的成本和復雜度。

2.自由空間光互聯不依靠傳輸介質，直接利用自由空間和透鏡／反射鏡將兩個芯片用光束連接起來。理論上由于不受Ｉ／Ｏ引腳的限制，自由空間光互聯可以把芯片之間的數據交換速率提高上千倍。自由空間光互聯中微鏡是一個核心的技術，通過調整微鏡，甚至可以動態改變芯片之間的連接結構。目前已經有利用ＶＣＳＥＬ陣列和微鏡技術的三維自由空間光互聯實驗系統。光互聯同樣也可以進入到芯片內部。集成光路是近年來在通信領域發展迅速的一種技術。盡管目前集成光路還限于集成光柵、光波導、光開關等“純”光的功能，但隨著集成電路芯片主頻的提高，本來在芯片內部的短距離也將變成相對的長距離，將光互聯應用到集成電路芯片內部的趨勢也不可避免，盡管這一過程可能還要１０到１５年。

未來光互聯將會在高性能計算機系統中無處不在。Ｐｒｉｍａｒｉｏｎ公司對未來計算機芯片有一個大膽的預言：未來的芯片將不再有密布的引腳，只有電源引腳和光纖輸入／輸出接口。所有的數據交換都將通過光接口來完成。