Per circa dieci anni, c'è stata la tendenza a sviluppare interfacce I/O digitali universali per le applicazioni relative ai centri elaborazione dati e alle telecomunicazioni, principalmente dovute al desiderio di disporre di porte per impieghi generici in grado di accettare moduli plug-in per differenti tipi di supporti, a seconda della velocità di trasmissione dei dati e dell'applicazione. Il vantaggio di questo tipo di approccio consiste in un gruppo I/O "general purpose" uniforme, configurato con moduli a seconda delle condizioni locali solo al momento della messa in opera. Per soddisfare i requisiti di compatibilità elettromagnetica, i progettisti hanno messo a punto "gabbie", solitamente montate sulla scheda Pcb del modulo con una tenuta Cem sul lato anteriore accoppiabile con il pannello frontale e un connettore host sul retro. Il "nonno" di tutte le gabbie plug-in, detto GigaBit Interface Converter (solitamente abbreviato in Gbic), è ormai solo più un lontano ricordo. È stata la prima gabbia con larghezza di banda gigabit e un connettore in miniatura D a 9 piedini come connettore host. Da allora, la richiesta di larghezza di banda da parte del settore ha fatto rapidi passi in avanti. Attualmente, 1 Gbps è quasi come la c.c., e la InfiniBand Trade Association ha adottato lo standard Fdr (Fourteen Gigabit Data Rate), che supporta una velocità di trasmissione dati di 14 Gbps. Nei prossimi anni, vedremo l'introduzione dello standard Edr (Extended Data Rate), con una velocità di 25 Gbps. Gli standard delle gabbie attuali sono stati rivisti per consentire la gestione di queste nuove velocità di trasmissione sul pannello frontale. Insieme alla variante ampiamente dimostrata Sfp (Small Form factor Pluggable), attualmente potenziata da 5 a 10 Gbps, c'è la Qsfp (Quad Sfp), che consente la trasmissione su quattro linee (ciascuna delle quali costituita da una coppia di connessioni RX e TX) di una larghezza di banda di 40 Gbps. Tuttavia, la larghezza di banda maggiore può essere ottenuta con il fattore di forma Cxp, che, nello standard InfiniBand, consente dodici linee a 10 Gbps ciascuna, per un totale di 120 Gbps. Questo fattore di forma (con differenti codifiche meccaniche) supporta anche lo standard 100 Gigabit Ethernet, utilizzando solo dieci delle dodici linee. Lo standard più recente è stato messo a punto da Storage Working Group, ed è stato denominato iPass+ HD (High Density). Nella variante Sas 3.0, è progettato per supportare quattro linee a 12 Gbps ciascuna per supporti di memoria come hard disk e dischi a stato solido, con un'apertura sul pannello frontale di soli 12,07 x 11,68 mm.
Uscire dalla gabbia
Le gabbie I/O convertibili sono state sviluppate in origine per i moduli utilizzati con mezzi di trasmissione dei segnali diversi, tra cui cavi di rame, come RJ45 Gigabit Ethernet, cavi coassiali e cavi a fibre ottiche, sia a modo singolo che multimodali, con differenti diametri dell'anima. A causa dell'aumento delle velocità di trasmissione, solo tre configurazioni sono rimaste attualmente presenti sul mercato: cavo di rame twinax, cavo di rame twinax attivo con equalizzatore e ricetrasmettitori a fibre ottiche. Sfortunatamente, tutte e tre le versioni hanno i loro svantaggi. Il cavo in rame twinax passivo ha una distanza massima di trasmissione di circa 10 metri a 10 Gbps e per mantenere bassa l'attenuazione è necessario utilizzare conduttori twinax di elevato spessore; questo limita il raggio di curvatura del cavo. Il cavo in rame twinax attivo consente l'uso di conduttori twinax più sottili, ma a causa dell'elettronica presente nel modulo, presenta una dissipazione di potenza di circa un watt per linea; la distanza di trasmissione è limitata a circa 25 metri a 10 Gbps. I ricetrasmettitori a fibre ottiche richiedono una profondità supplementare dovuta al connettore a fibre ottiche e il modulo Sfp presenta una dissipazione di potenza superiore a 1 watt. I comunemente utilizzati connettori LC richiedono di essere maneggiati con molta cura per evitare contaminazione e ottenere il corretto allineamento delle fibre. È preferibile quindi avere un cavo dati che eviti tutti questi inconvenienti.
La tecnologia dei cavi ottici attivi
Luxtera ha sviluppato una nuova tecnologia nel campo della silicon photonics. È possibile trasmettere dati utilizzando una luce avente una lunghezza d'onda di 1490 nm, utilizzata anche nelle guide d'onda in silicio. Questa tecnologia presenta molti vantaggi:
• Poiché la luce viene guidata attraverso il silicio, è possibile utilizzare modulatori di luce integrati. Quindi in un singolo chip Cmos è possibile integrare l'elettronica di controllo, i modulatori di luce e i ricevitori.
• È possibile alimentare più linee con un laser condiviso operante in modalità CW. Di conseguenza la dissipazione di potenza del sistema è molto limitata e la durata è maggiore grazie all'uso di un laser CW Dfb.
• Le fibre ottiche sono accoppiate direttamente dentro e fuori il chip Cmos. Questo consente l'uso di fibre monomodali, con conseguente significativo aumento della distanza di trasmissione. La distanza di trasmissione arriva quindi fino a 4.000 metri a 10 Gbps grazie alla dispersione molto limitata.
In commercio sono disponibili prodotti che utilizzano laser Vcsel; questi hanno una velocità di trasmissione limitata (max. 16 Gbps) e una distanza di trasmissione ridotta dovuta alla necessità di utilizzare fibre multimodali, che hanno un limite di 100 metri a causa della dispersione.
Nel marzo 2011, Molex ha intrapreso la fabbricazione di cavi ottici attivi o Aoc (Active optical cable) di Luxtera. il cavo consiste in un singolo chip fotonico dotato di un singolo laser Cwdfb (Continuous Wave Distributed Feedback), condiviso da quattro canali modulati esternamente e di pochi altri componenti supplementari. I cavi ottici attivi sono attualmente disponibili come dispositivi Aoc Qsfp con una velocità di trasmissione di 40 Gbps. Il loro vantaggi, ampiamente dimostrati da migliaia di applicazioni, sono:
• maggiore affidabilità grazie al ridotto numero di componenti e alla lunga durata dei laser Dfb. La vita utile media di un laser Dfb è di 12 anni, rispetto ai 5 anni di un tipico laser Vcsel (quattro dei quali sono contenuti negli Aoc di tipo tradizionale);
• dissipazione di potenza di soli 780 mW per estremità di cavo, rispetto a 1,1 - 1,6 W dei prodotti comparabili. Questo impatta sia sui costi energetici diretti sia su quelli indiretti relativi al raffreddamento;
• capacità multi-protocollo per InfiniBand, Ethernet, Fibre Channel e Pci-e;
• Bit error rate migliore di 10 18 - molto inferiore alle attese del settore industriale, pari a 10 15;
• il maggiore livello di integrazione consente una densità del package estremamente bassa;
• affidabilità più che doppia del valore stimato di 5 milioni di ore Mtfb;
• interoperabilità dimostrata dalla InfiniBand Trade Association 2010 plugfest: Cavi InfiniBand certificati 40G-IB-QDR
• Lo stesso concetto può essere utilizzato per velocità di trasmissione di 25 Gbps e più.
Il cavo ottico attivo realizzato da Molex richiede solo pochi componenti; al confronto, i prodotti concorrenti sono pieni di componenti.
Prospettive future dei cavi ottici attivi
Gli Aoc Qsfp di Molex con 4x 10 Gbps sono attualmente disponibili in commercio. Una versione FDR Qsfp con 4x 14 Gbps sarà disponibile verso la fine del 2011; attualmente sono disponibili dei prototipi. La disponibilità di prototipi della versione a 100 Gbps (4x 25 Gbps) è prevista per la metà del 2012. Per consentire la sostituzione dei cavi attivi (nonostante la loro estrema affidabilità), Molex offre anche estremità cavi attivi dotate di connettori a fibre ottiche MPO.
