數(shù)據(jù)中心是全球協(xié)作的特定設(shè)備網(wǎng)絡(luò)，可以為一家或多家企業(yè)的互連數(shù)據(jù)處理、存儲及通信設(shè)備提供存放空間，包括一個房間或一組聯(lián)網(wǎng)房間，把各種數(shù)據(jù)設(shè)備存放在滿足供電、空調(diào)、通信、冗余和安全需求的環(huán)境內(nèi)。

數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖示例

以下圖的Cisco數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)為例，我們可以看到數(shù)據(jù)中心內(nèi)部主要分為服務(wù)器群、服務(wù)器陣列、存儲局域網(wǎng)、互連網(wǎng)絡(luò)以及接入網(wǎng)幾個部分。

1.服務(wù)器群：通過千兆和萬兆以太網(wǎng)連接計算資源與辦公區(qū)用戶。

2.服務(wù)器陣列：用于連接集群，實現(xiàn)服務(wù)器虛擬化，并縮短應(yīng)用延遲。

3.存儲域/陣列：用于實現(xiàn)存儲資源的融合于虛擬化，以便更加有效地進行資源共享。

4.數(shù)據(jù)中心互連：通過光或傳統(tǒng)WAN線路將主數(shù)據(jù)中心與備用或從數(shù)據(jù)中心相連。數(shù)據(jù)復制和業(yè)務(wù)連續(xù)性最佳實踐要求在數(shù)據(jù)中心之間建立高速低延遲連接。

5.接入網(wǎng)絡(luò)：為通過內(nèi)部網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)或外部網(wǎng)遠程連接的員工、客戶或合作伙伴提供安全接入。

來自思科

上圖是數(shù)據(jù)中心內(nèi)部的結(jié)構(gòu)示意圖，我們可以看到，數(shù)據(jù)中心是由一個有層次結(jié)構(gòu)的物理設(shè)施組成的整體。雖然當前云計算數(shù)據(jù)中心強調(diào)虛擬化，通過軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）以及網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV）等技術(shù)使傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心更具彈性化、動態(tài)化，但在很大程度上虛擬數(shù)據(jù)中心還是要建立在可靠的物理連接上。

數(shù)據(jù)中心內(nèi)部互連方案

一個完整的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施解決方案包括電纜、配線架系統(tǒng)、信息口和跳線等，所有部件的設(shè)計都以實現(xiàn)最大兼容性和最佳性能為目標。其中設(shè)備之間的互連有兩種方式：一為端口模塊+線纜/跳線方案，二為互連Cable方案，如圖所示。

來自易飛揚（Gigalight）

其中方案二包括直連線纜（Direct attach copper cable，DAC）和有源光纜（Active optical cable，AOC）兩種方式。

這兩種方式有利有弊，下面是這兩種互聯(lián)方式的優(yōu)劣對比。

其實很好理解，端口模塊+線纜的方式部署很靈活，可以根據(jù)不同需要選擇不同產(chǎn)品，但是它不像互連Cable產(chǎn)品那樣性能穩(wěn)定。相比于前者，互連Cable方案減少了插入損耗、耦合方案下的信號噪聲更小。當前這種方案可能還有一些限制，不如前一種方案靈活簡便，卻是未來數(shù)據(jù)中心走向大規(guī)模集成化、規(guī)范化的必由之路。

AOC在數(shù)據(jù)中心互連中優(yōu)勢

下面我們重點介紹上面所說的第二種方案：互連Cable方案。一是DAC，二是AOC。DAC一般應(yīng)用在7m/10m以內(nèi)的場景下，比如接入交換機（ToR）和服務(wù)器網(wǎng)卡之間的連接。DAC成本較低，短距離應(yīng)用下功耗、散熱性能也較好，因此被大量應(yīng)用。

市場上有很多DAC產(chǎn)品，十分常見，這里不再作更多贅述。我們重點聊聊AOC。

有源光纜（AOC）由兩個光電收發(fā)器和光纖跳線組成，從一端進入的電信號經(jīng)過光模塊轉(zhuǎn)換成光信號，經(jīng)過耦合處理進入光纜后，光信號到達另一端后再轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?。目前光電轉(zhuǎn)換接口的方案主要包括垂直共振腔面發(fā)射型激光技術(shù)（VCSEL）和硅光子學技術(shù)，封裝類型主要是：QSFP+,SFP28，QSFP28等。有源光纜2007年開始應(yīng)用于高速互聯(lián)市場，10年開始應(yīng)用數(shù)據(jù)中心的SAN，2011年用于相機與計算機之間的高清相片傳輸，2014年開始應(yīng)用于USB3.0數(shù)據(jù)線。近些年來更是由于不斷增長的市場需求而被越來越多的高性能數(shù)據(jù)中心廠商所使用。

市場上比較常見的AOC產(chǎn)品

AOC的線纜部分由多模光纖組成，比起單模光纖更容易制造且成本更低。多模光纖中心玻璃芯較粗（50um或62.5um），可傳播多種模式的光，但是較大的模間色散限制了傳輸數(shù)字信號的頻率，隨著距離的增加會更嚴重，因此AOC一般只用于交換機之間的短距離傳輸。數(shù)據(jù)中心擴展帶寬速率的主要方式主要分為波分復用、并行光纖傳輸和增加面板密度等?；诙嗄９饫w的AOC是專為數(shù)據(jù)中心短距離互連而生的技術(shù)，也屬于并行（多模）光纖傳輸?shù)姆懂牎?/span>

有源光纜（AOC）性能優(yōu)異，在光學耦合以及信號完整性設(shè)計上表現(xiàn)突出，BER值一般在到之間。AOC常用的耦合方式為在激光器和光纖之間增加45°棱鏡來實現(xiàn)，角度誤差一般要求在0.1°以內(nèi)，在耦合過程中要保證激光器、棱鏡、光纖的光軸中心在一條直線上，所以操作上存在一些難度。易飛揚（Gigalight）的工程師們高度重視對光纖耦合部分的研究，開發(fā)了并行光耦合精密器件封裝平臺，解決了VCSEL陣列和PD陣列在單模和多模條件下的高效并行光耦合問題。當前AOC主要的耦合方式還包括采用垂直腔面發(fā)射激光器（VCSEL）加微型反射棱鏡耦合、半導體激光器加錐端球面透鏡耦合、激光器加微透鏡陣列耦合等方式。

易飛揚FA 45度耦合光引擎專利示意圖

AOC的另一個重要優(yōu)勢在于信號完整性方面。信號完整性設(shè)計已成為一個專門的職業(yè)，尤其在高速率的AOC設(shè)計中，常常會出現(xiàn)由于色散效應(yīng)、不連續(xù)性等導致的串音干擾，信號畸變等問題。由超細微互連結(jié)構(gòu)帶來的大傳輸損耗，以及以多激勵、多負載、多I/O數(shù)為特色的大型復雜網(wǎng)絡(luò)的電磁仿真等問題也是信號完整性工程師亟待解決的重要課題。電磁兼容問題在AOC的設(shè)計過程中尤為重要，其中采用電磁屏蔽的方法切斷電磁騷擾的耦合路徑，可以有效抑制電磁干擾的影響。得益于此，高頻的EMI信號直接在AOC的模塊部分進行處理，有源光纜的EMI抗干擾度高于DAC。

未來數(shù)據(jù)中心應(yīng)用，200G還是400G？

得益于以上所說的諸多優(yōu)點，AOC產(chǎn)品是光器件廠商重點研發(fā)的對象；其中，200G/400G的AOC產(chǎn)品可以說最能代表一個光器件企業(yè)的核心競爭力。毫無疑問，未來的數(shù)據(jù)中心最終將邁向400G，市場將逐漸淘汰掉低速率的網(wǎng)絡(luò)；雖然目前整個市場還處于100G產(chǎn)品的初期階段，但是400G產(chǎn)品已經(jīng)成為眾多有志企業(yè)搶占的行業(yè)制高點。

當前的400G光模塊的主要封裝形式包括CFP8、OSFP、QSFP-DD和COBO。CFP8體積稍大、里面有很多激光器，成本最高。QSFP-DD采用了新技術(shù)，體積最小，但是散熱、功耗問題很明顯，標準目前處于不斷完善的過程。上述封裝類型的模塊都可以通過與光纖跳線連接的方式應(yīng)用到實際場景中。

400G QSFP-DD光模塊（Mellanox）

至于400G AOC，由于缺乏現(xiàn)實應(yīng)用的土壤，僅僅停留在實驗室研發(fā)或者測試樣品階段，相當一部分企業(yè)已經(jīng)研制出400G的AOC產(chǎn)品，但實際上真正能做到量產(chǎn)的程度幾乎沒有；另外由于100G產(chǎn)品成本的快速下滑，400G有源光纜（以及模塊）的規(guī)模商用更會延后，200G的產(chǎn)品預計會有相對較長的應(yīng)用周期。面向未來的超大數(shù)據(jù)中心，200G產(chǎn)品也許并不像一開始被預測的那么不受歡迎。

來自易飛揚（Gigalight）

小結(jié)

數(shù)據(jù)中心在未來的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和建設(shè)當中，會變得越來越重要。中國作為全球最大的通信市場，數(shù)據(jù)中心方面尚處于建設(shè)初期，未來增長潛力巨大；當前國內(nèi)的數(shù)據(jù)中心市場正在面向100G全面升級，比如中國市場BAT、美團、今日頭條等都面臨著面向100G的光網(wǎng)互聯(lián)需求。而這些互聯(lián)網(wǎng)公司的采購模式以及建網(wǎng)方式正在影響整個通信行業(yè)，新供應(yīng)商進入的難度更大；對于企業(yè)來說，跟隨技術(shù)革新的同時，還需要面對品質(zhì)、交付周期的挑戰(zhàn)。

這對于短距離傳輸?shù)挠性垂饫|AOC產(chǎn)品來說是一個重大的利好；但由于部署場景的不同，對于工業(yè)級的溫度、功耗等都為光器件企業(yè)提出新的要求。不管是現(xiàn)在的100G場景還是未來的400G應(yīng)用，易飛揚（Gigalight）將時刻走在行業(yè)前沿，為市場提供滿意的產(chǎn)品和方案。