Diretriz de Desenvolvimento de Tecnologia e Requisitos de Transceptores

As exigências dos transceptores são impulsionadas pelas telecomunicações, mas ainda mais pelos centros de dados de grande escala onde a demanda de transceptores está aumentando cada vez mais junto com a demanda de alta velocidade.

Atualmente, os requisitos para transceptores podem ser decompostos em 6 características principais: Baixo custo, alta velocidade, alta densidade, baixo consumo de energia, vida útil curta e temperatura estreita.

• Baixo custo: Quem diz grande desenvolvimento diz grande quantidade de transceptores. Levando isto em consideração, é óbvio que os transceptores precisam ser os mais baratos possíveis para que o centro de dados possa gerenciar seu desenvolvimento.
• Alta velocidade: Os centros de dados precisam atender a demanda por 4K VR, Internet das Coisas (IoT) e computação em nuvem, o que aumenta significativamente a demanda por largura de banda.
• Alta densidade: O objetivo aqui é aumentar o número de canais de transmissão óptica no espaço unitário e melhorar a capacidade de transmissão de dados.
• Baixo consumo de energia: Todos os desenvolvimentos humanos estão adotando agora o ponto verde para proteger o meio ambiente. Um bom ponto também é que o baixo consumo de energia limitará o OPEX em comparação com os módulos antigos de alta potência.
• Tempo de vida curto: É uma conseqüência do rápido desenvolvimento e aumento da comunicação de dados. De fato, não há necessidade de que os módulos ópticos funcionem por mais de 3 a 5 anos.
• Temperatura estreita: Quem disse que o centro de dados diz ambiente controlado (temperatura e umidade), o que significa que transceptores ópticos feitos para trabalhar entre 15 e 55 °C são adequados à exigência atual?

As 6 características acima permitem que os fabricantes de transceptores venham com novas tecnologias e formas de trabalho adequadas ao novo padrão e condições de aplicação. Tentaremos passar pelas novas técnicas baseadas nos requisitos acima e capazes de facilitar o desenvolvimento dos centros de dados em hiperescala.

A. Embalagens não herméticas

60% do custo total de um transceptor vem dos componentes ópticos e, levando em conta que é cada vez mais difícil obter redução de custo em chips ópticos, a maneira mais fácil de diminuir o preço é trabalhar no custo da embalagem. De fato, ter uma embalagem hermética é caro e a não-hermeticidade da embalagem leva a uma redução significativa do custo, garantindo ao mesmo tempo o desempenho e a confiabilidade do transceptor.

Ir para uma embalagem não hermética significa uma não hermeticidade do próprio dispositivo óptico, uma otimização do projeto dos componentes ópticos, um material de embalagem diferente e uma melhoria do processo de embalagem.

Obviamente, a parte mais desafiadora é o laser, mas o fabricante veio com laser capaz de trabalhar em aplicações não herméticas para contornar o problema.

B. Tecnologia integrada (Híbrido)

Com as exigências atuais, os Transceptores precisam transmitir mais dados do que antes. Ir para a integração fotônica permite responder a esta evolução. Quando se fala em integração fotônica, é a integração de componentes à base de silício ou de fosforeto de índio. Falamos de tecnologia híbrida quando baseada em diferentes materiais.

A integração híbrida envolve a construção de uma ótica de espaço parcialmente livre e uma ótica parcialmente integrada. Isto pode ser feito de forma muito compacta e o processo de automação é fácil de ser colocado em prática para a produção em massa.

C. Tecnologia Flip Chip

Flip chip é uma tecnologia de interconexão de chips de alta densidade da indústria de embalagens de CI. Esta opção vai de encontro à tendência atual de tamanhos de chips cada vez menores. A tecnologia permite soldar diretamente o chip óptico no substrato através de soldagem dourada ou eutética, o que é muito melhor do que o efeito de alta freqüência da ligação do fio de ouro (curta distância, pequena resistência, etc.).

A tecnologia Flip Chip é apreciada devido a sua alta precisão, alta eficiência e alta qualidade e esta é a razão pela qual é amplamente utilizada na indústria de módulos ópticos de datacenter.

D. Tecnologia Chip On Board (COB)

A tecnologia COB também vem para a indústria de embalagens de CI, seu princípio, juntamente com a embalagem não hermética, é fixar diretamente os chips ou os componentes ópticos na placa de circuito impresso, depois a conexão elétrica é colada com fio de ouro e finalmente a cola é selada na parte superior.

A grande vantagem desta tecnologia é que todas as etapas podem ser automatizadas e é por isso que ela é amplamente adotada, principalmente para as aplicações de curto alcance (SR4, AOC, etc.), mas que lentamente vêm nas aplicações de longo alcance (LR4).

E. Tecnologia de Fotônica de Silício

A fotônica de silício é uma tecnologia que envolve a tecnologia e a técnica de dispositivos optoeletrônicos e circuitos integrados baseados em silício, integrados no mesmo substrato de silício. A tecnologia da fotônica de silício pode ser usada em muitos casos, mas do ponto de vista da indústria, o desempenho e a competitividade de custos são o motor das novas tecnologias, e é aqui que está o desafio.

Hoje, a demanda do datacenter em produtos de baixo custo e alta densidade traz muitas oportunidades para as aplicações baseadas na tecnologia da fotônica de silício.

E quanto às normas?

Seja MSA ou IEEE, nenhum deles define a maneira de construir um transceptor óptico, o que significa que para o mesmo transceptor padronizado, podem ser encontradas várias soluções e, com a solução diferente está chegando o preço diferente.

É aqui que precisamos ser cautelosos, pois a aplicação para a qual precisamos usar um transceptor está ligada ao desempenho que precisa ser alcançado por este transceptor. Em outros termos, não podemos usar o mesmo transreceptor para todas as aplicações. Como exemplo, utilizar um pacote não-hermético para aplicação em telecomunicações não é uma boa solução, considerando que essa parte não será necessariamente conectada a um ambiente controlado.

Este é o desafio diário para uma empresa transceptora de terceiros como a Skylane Optics, para convencer as pessoas de que o preço não faz tudo e para ajudar nossos clientes a pegar a solução certa (transceptores) para sua aplicação. De fato, três das características de que falamos neste artigo (Baixo custo, Vida útil curta e temperatura estreita) são impulsionadas pelo mundo do centro de dados, mas são uma verdadeira desvantagem para o mundo das telecomunicações e isto tem que ser levado em conta.

Para concluir, a direção de desenvolvimento da tecnologia de transceptor é principalmente impulsionada pelos data centers de hiperescala e a indústria reage com várias tecnologias para responder às necessidades atuais e futuras desses data centers. Isto leva a múltiplas soluções e custos múltiplos para os mesmos padrões.

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Fonte: Echo Brown: A Direção de Desenvolvimento Tecnológico de Transceptores Óticos de Centro de Dados

Autor: Cédric Doumont, Gerente de linha de produtos