有奖互动｜多模光纤助力数据中心的高速连接与低碳运营 — 低碳环保篇

在上一期《多模光纤助力数据中心的高速连接与低碳运营—技术趋势与成本优势篇》中，我们谈到随着全球互联网流量的快速增长，数据中心速率正向着100G/400G快速演进，基于多模光纤的连接方案仍具有成本优势。在本期低碳环保篇中，我们将进一步对比介绍多模连接方案相较单模方案在功耗和碳排放中的优势，以及如何选择性能优化的多模光纤，以助力实现更高的系统链路带宽。

2020年，全球数据中心的能耗为2000~2500亿千瓦时, 大约占到全球总耗电量的1%^[1]。预测2030年这一比例将增加到8%^[2]。因此，降低耗电量、减少发电带来的温室气体排放、建设高能效的绿色低碳数据中心变得至关重要。

从传输技术的角度来看，当前主流的100G多模方案的VCSEL激光器的功耗更低，比单模方案的DFB激光器的功耗低40%，更有利于数据中心的运营的可持续性。更高速率的400G方案都采用了DSP技术，多模方案的功耗优势有所降低。例如，多模光纤的400G光模块（如400G SR8）功耗比单模的400GDR4方案功耗降低了20%左右。这两种光模块类型都需要采用7nm最先进的半导体工艺、功耗约为4W的高功耗的DSP，功耗更低的VCSEL SR8光模块与DR4单模光模块相比，仍可降低约2W的功耗。正在开发中的400G SR4光模块方案（IEEE 802.3db建议的下一代多模光纤400G方案选项），因为光学器件和跨阻放大器(TIA)的数量减少了一半，功耗优势预计会更加明显。

一个数据中心中可能会部署数以万计的光模块，选择能效更高的传输方案可以大幅度减少温室气体的排放，更加低碳环保。假设一个数据中心有500台交换机，如图5所示，部署400G多模光模块不仅可以节省电费开支, 还能减少温室气体排放。以10年为周期来看，基于多模光纤的方案可节省500万千瓦时的电量，这意味着减少了3543吨的二氧化碳排放量（基于温室气体等效计算方法）。相当于26350亩的树林一年的二氧化碳吸收量。与单模光纤的方案相比，多模光纤的方案能帮助数据中心更显著地降低能耗。

激光优化的50μm芯径的多模光纤已被广泛部署，与早期的62.5um芯径的多模光纤相比，具有更高的模式带宽，以实现高速率的应用。

IEEE 802.3bm工作组定义了25Gb/s VCSEL在多模光纤上的传输容量，25G波特率、850nm多模VCSEL在OM4/OM5光纤可传输100米链路距离。同时，IEEE 802.3db也正在讨论400G以太网标准，预计采用50G波特率VCSEL激光器，结合PAM4调制格式，实现单通道100G的多模方案。为了在100米多模光纤上实现单通道100G传输，需要多模光纤具有较高的有效链路带宽 (BWeff)。而有效链路带宽取决于光纤的有效模式带宽和色散带宽^[3]：

其中，EMB是通信工业协会（TIA）定义的最坏情况下的有效模式带宽。OM3和OM4在850nm的EMB分别为2000MHz∙km和4700MHz∙km。BWCD是光纤的色散限制带宽，由光纤色散斜率和零色散(λ0)波长范围共同决定。

标准定义了OM3或OM4光纤有效模式带宽的最小数值，实际链路估算时一般采用最差值计算。光纤的有效链路带宽与光纤的色散密切相关，康宁ClearCurve^® OM4光纤的色散相较其他同类产品更具优势。在图6中，我们列出了ClearCurve^® OM4光纤与IEC标准OM4多模光纤的色散斜率和零色散波长λ0范围。ClearCurve^® OM4光纤具有更窄的零色散波长λ0范围和更平坦的色散斜率，因此，850nm波长的色散绝对值更小。基于这样的色散设计，ClearCurve^® OM4光纤获得了更高的有效链路带宽，传输距离较标准产品性能提升7%。

综上所述，基于多模光纤的解决方案仍然是数据中心运营商的重要选择，北美的企业数据中心和中国的大型云数据中心预计会成为推动多模市场增长的主要动力。从成本角度来看，对于大多数应用而言，多模方案在400G速率应用场景下仍然具有成本优势。从功耗的角度来看，多模解决方案在节能和降低温室气体排放方面优势明显。因此，我们预计多模市场，尤其是OM4多模光纤，在可预见的未来会得到持续应用。通过优化色散，康宁ClearCurve^® OM4多模光纤能提供更高的有效链路带宽，优化传输性能，相较标准产品性能提升7%。