Requisitos de los transceptores y Dirección de Desarrollo de Tecnología

Los requisitos de los transceptores están impulsados por las telecomunicaciones, pero aún más por los centros de datos en gran escala, donde la demanda de transceptores aumenta cada vez más junto con la demanda de alta velocidad.

Hoy en día, los requerimientos de los transceptores se pueden descomponer en 6 características principales: Bajo costo, alta velocidad, alta densidad, bajo consumo de energía, corta vida útil, y baja temperatura.

• De bajo costo: Quien dice gran desarrollo dice gran cantidad de transceptores. Teniendo esto en cuenta, es obvio que los transceptores deben ser lo más baratos posibles para que el centro de datos gestione su desarrollo.

• Alta velocidad: Los centros de datos necesitan satisfacer la demanda de RV 4K, Internet de las Cosas (IoT) y computación en nube, lo que aumenta significativamente la demanda de ancho de banda.

• Alta densidad: El objetivo es aumentar el número de canales de transmisión óptica en el espacio unitario y mejorar la capacidad de transmisión de datos.

• Bajo consumo de energía: Todos los desarrollos humanos están adoptando el punto verde para proteger el medio ambiente. Un buen punto también es que el bajo consumo de energía limitará el OPEX en comparación con los módulos de alta potencia heredados.

• Corto tiempo de vida: Es una consecuencia del rápido desarrollo y aumento de la comunicación de datos. De hecho, no es necesario que los módulos ópticos funcionen más de 3 a 5 años.

• Temperatura estrecha: Quién dice centro de datos dice ambiente controlado (temperatura y humedad), es decir, que los transceptores ópticos hechos para funcionar entre 15 y 55 °C se ajustan a los requisitos actuales.

Las 6 características anteriores permiten a los fabricantes de transceptores venir con nuevas tecnologías y formas de trabajar que se ajustan a las nuevas condiciones de estándares y aplicaciones. Intentaremos repasar las nuevas técnicas basadas en los requisitos anteriores y capaces de facilitar el desarrollo de los centros de datos a hiperescala.

Envases no herméticos:

 El 60% del costo total de un transceptor proviene de los componentes ópticos y teniendo en cuenta que conseguir una reducción de costos en los chips ópticos es cada vez más difícil, la forma más fácil de disminuir el precio es trabajar en el costo del empaque. De hecho, tener un empaque hermético es caro e ir a la no hermeticidad del empaque lleva a una reducción de costos significativa mientras se asegura el desempeño y la confiabilidad del transceptor. Pasar a un envase no hermético significa una no hermeticidad del propio dispositivo óptico, una optimización del diseño de los componentes ópticos, un material de envasado diferente y una mejora del proceso de envasado. Obviamente, la parte más desafiante es el láser, pero el fabricante vino con un láser capaz de trabajar en aplicaciones no herméticas para evitar el problema.

Tecnología integrada (Híbrida): 

Con los requisitos actuales, los transceptores necesitan transmitir más datos que antes. Pasar a la integración fotónica permite responder a esta evolución. Cuando se habla de integración fotónica, se trata de la integración de componentes basados en el silicio o en el fosfuro de Indio. Hablamos de tecnología híbrida cuando se basa en materiales diferentes. La integración Híbrida implica una construcción de óptica de espacio parcialmente libre y de óptica parcialmente integrada. Esto se puede hacer de una manera muy compacta y el proceso de automatización es fácil de poner en marcha para la producción en masa.

La tecnología del “Flip Chip”: 

El Flip Chip es una tecnología de interconexión de chips de alta densidad de la industria de embalaje de circuitos integrados. Esta opción cumple con la tendencia actual de que los tamaños de los chips son cada vez más pequeños. La tecnología permite soldar directamente el chip óptico al sustrato mediante soldadura de oro o eutéctica, lo que es mucho mejor que el efecto de alta frecuencia de la unión de hilo de oro (corta distancia, pequeña resistencia, etc.). La tecnología Flip Chip es apreciada debido a su alta precisión, alta eficiencia y alta calidad y esta es la razón por la que es ampliamente utilizada en la industria de módulos ópticos de centros de datos.

La tecnología “Chip On Board” (COB): 

El COB techno también viene para la industria del envasado de CI, su principio, junto con el envase no hermético, es fijar directamente los chips o los componentes ópticos en el PCB, luego la conexión eléctrica se une con alambre de oro, y finalmente el pegamento se sella en la parte superior. La gran ventaja de esta tecnología es que todos los pasos pueden ser automatizados y por eso es ampliamente adoptada, principalmente para aplicaciones de corto alcance (SR4, AOC, etc.), pero poco a poco va llegando a las aplicaciones de largo alcance (LR4).

La tecnología de “Silicon Photonics”: 

Silicon photonics es una tecnología que implica la tecnología y la técnica de los dispositivos optoelectrónicos y los circuitos integrados basados en el silicio, integrados en el mismo sustrato de silicio. La tecnología fotónica de silicio puede utilizarse en muchos casos, pero desde el punto de vista de la industria, el rendimiento y la competitividad de los costos son el motor de las nuevas tecnologías, y ahí es donde está el desafío. Hoy en día, la demanda del centro de datos en productos de bajo costo y alta densidad trae muchas oportunidades para las aplicaciones basadas en la tecnología fotónica del silicio.

¿Qué hay de los estándares?

Ya sea MSA o IEEE, ninguno de ellos define la forma de construir un transceptor óptico, lo que significa que, para el mismo transceptor estandarizado, se pueden encontrar múltiples soluciones y, con la diferente solución viene el diferente precio.

Aquí es donde debemos ser cautelosos, ya que la aplicación para la que necesitamos utilizar un transceptor está vinculada a las prestaciones que debe alcanzar este transceptor. En otros términos, no podemos utilizar el mismo transceptor para todas las aplicaciones. Por ejemplo, el uso de un paquete no hermético para una aplicación de telecomunicación no es una buena solución considerando que la pieza no estará necesariamente conectada a un entorno controlado.

Este es el reto diario para una compañía de transceptores de terceros como Skylane Optics, para convencer a la gente de que el precio no lo hace todo y para ayudar a nuestros clientes a elegir la solución correcta (transceptores) para su aplicación. De hecho, tres de las características de las que hablamos en este artículo (bajo costo, corta vida útil y temperatura reducida) son impulsadas por el mundo de los centros de datos pero son un verdadero hándicap para el mundo de las telecomunicaciones y esto tiene que ser tenido en cuenta.

Para concluir, la dirección del desarrollo de la tecnología transceptora está impulsada principalmente por los centros de datos a hiperescala y la industria reacciona con varias tecnologías para responder a las necesidades actuales y futuras de estos centros de datos. Esto lleva a múltiples soluciones y múltiples costos para los mismos estándares.

Fuente: Echo Brown: The Technology Development Direction of Data Center Optical Transceivers