क्या डिजिटल उपकरणों को डेटा को इंटरकनेक्ट और संचारित करने की अनुमति देता है

Sep 17, 2025|

डेटा सेंटर नेटवर्क में फोटोनिक्स की पृष्ठभूमि

पिछले एक दशक में, हमारे कंप्यूटिंग और सूचना के बुनियादी ढांचे में मौलिक परिवर्तन हुए हैं। डेटा मांगों में घातीय वृद्धि क्रांतिकारी परिवर्तनों के साथ हुई है कि हम कैसे प्रक्रिया, स्टोर और संचारित करते हैं। इंटरनेट कवरेज और संचार बैंडविड्थ ने तेजी से विस्तार किया है, सर्वव्यापी सेलुलर मोबाइल नेटवर्क द्वारा प्रवर्धित।

आज के सबसे सामान्य सूचना टर्मिनलों - स्मार्टफोन, टैबलेट, और लैपटॉप - सभी इंटरनेट से जुड़े हैं, जो कि विभिन्न नेटवर्क एप्लिकेशन को सूचना साझाकरण पर केंद्रित करते हैं, स्ट्रीमिंग मीडिया से लेकर सोशल नेटवर्क, सैटेलाइट मैपिंग और क्लाउड कम्प्यूटिंग तक। "Google" शब्द ने अपनी कॉर्पोरेट पहचान को तेजी से खोज करने और इष्टतम परिणामों को वापस करने के लिए एक क्रिया का पर्याय बनने के लिए अपनी कॉर्पोरेट पहचान को बदल दिया है।

इन परिवर्तनों ने टर्मिनलों से बड़े पैमाने पर प्रसंस्करण और भंडारण संचालन को अधिक शक्तिशाली केंद्रीकृत कंप्यूटिंग सुविधाओं - डेटा केंद्रों में स्थानांतरित कर दिया है। बड़े - स्केल डेटा सेंटरों का निर्माण अभी शुरू हो गया है और केंद्रीकृत तैनाती के लागत लाभों के कारण जारी रहेगा।

आधुनिक डेटा केंद्र पैमाने और उपकरण संरचना में काफी भिन्न होते हैं। उच्च - प्रदर्शन कम्प्यूटिंग सिस्टम सबसे तेज़, सबसे शक्तिशाली उपकरणों का उपयोग करते हैं, जबकि एंटरप्राइज़ निजी डेटा केंद्र उच्च और निम्न - प्रदर्शन उपकरणों के अलग -अलग संयोजनों को नियोजित करते हैं। मध्य स्तरीय, विशेष रूप से लागत - संवेदनशील, में Google, याहू, ट्विटर और फेसबुक द्वारा संचालित वेयरहाउस - स्केल डेटा सेंटर शामिल हैं, जो उच्च - प्रदर्शन कम्प्यूटिंग सिस्टम के पैमाने से अधिक है।

डिजिटल उपकरणों को डेटा को इंटरकनेक्ट करने और प्रसारित करने की अनुमति क्या है, इसका मूल प्रश्न तेजी से जटिल हो जाता है क्योंकि हम व्यक्तिगत उपकरणों से बड़े पैमाने पर डेटा सेंटर की तैनाती तक पैमाने पर हैं। पारंपरिक विद्युत इंटरकनेक्ट्स उच्च गति और लंबी दूरी पर गंभीर सीमाओं का सामना करते हैं।

जब दरें मिलीमीटर या अधिक की दूरी पर कई जीबी/एस से अधिक होती हैं, तो विद्युत इंटरकनेक्ट्स महत्वपूर्ण समस्याओं का सामना करते हैं: बिजली की खपत के साथ आनुपातिक रूप से ट्रांसमिशन दूरी के साथ, प्रसार की देरी दूरी के साथ द्विघात रूप से बढ़ जाती है, सिग्नल की अखंडता गंभीर रूप से कम हो जाती है, और आई/ओ पिन काउंट ट्रांजिस्टर घनत्व में वृद्धि के साथ गति नहीं रख सकते हैं। इन सीमाओं ने उद्योग को डेटा सेंटर कनेक्टिविटी के लिए ऑप्टिकल विकल्पों का पता लगाने के लिए प्रेरित किया है।

आँकड़ा केंद्र विकास

केंद्रीकृत प्रसंस्करण के लिए टर्मिनल - से शिफ्ट

डेटा भंडारण आवश्यकताओं में घातीय वृद्धि

डेटा सेंटर घटकों के बीच नेटवर्क ट्रैफ़िक बढ़ाना

विद्युत प्रणालियों के साथ बिजली की खपत की चिंताएं

कम विलंबता पर उच्च बैंडविड्थ की आवश्यकता है

Background Of Photonics In Data Center Networks

रोडमैप: इलेक्ट्रिकल बनाम ऑप्टिकल टेक्नोलॉजीज

इलेक्ट्रिकल से ऑप्टिकल इंटरकनेक्ट्स में संक्रमण एक मौलिक बदलाव का प्रतिनिधित्व करता है कि हम आधुनिक कंप्यूटिंग वातावरण में डेटा ट्रांसमिशन कैसे करते हैं।

विद्युत अंतर्संकार

उनकी परिपक्व तकनीक और अच्छी तरह से - के कारण कम से कम - दूरी संचार का वर्चस्व है।

प्रमुख सीमाएँ:

दूरी के साथ बिजली की खपत तराजू

प्रसार में देरी दूरी के साथ द्विघात रूप से बढ़ जाती है

उच्च गति पर संकेत अखंडता मुद्दे

I/O पिन काउंट बाधाओं द्वारा सीमित

56% वार्षिक इंटरनेट यातायात वृद्धि के साथ तालमेल बनाए रखने की चुनौतियां

ऑप्टिकल इंटरकनेक्ट्स

मौलिक रूप से विभिन्न गुणों की पेशकश करें जो आधुनिक डेटा केंद्रों में कुशल डेटा ट्रांसमिशन को फिर से परिभाषित करते हैं।

प्रमुख लाभ:

कम - ऑप्टिकल वेवगाइड्स और फाइबर की हानि विशेषताओं

बिजली की खपत अनिवार्य रूप से दूरी - स्वतंत्र

तरंग दैर्ध्य विभाजन बहुसंकेतन क्षमता

विद्युत की तुलना में बेहतर सिग्नल अखंडता

भविष्य की बैंडविड्थ आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए स्केलेबल

"डेटा केंद्रों में ऑप्टिकल इंटरकनेक्ट्स को अपनाने से नाटकीय रूप से तेजी आई है, 80% से अधिक नए डेटा सेंटर के साथ 10 मीटर से अधिक की दूरी के लिए महत्वपूर्ण ऑप्टिकल इन्फ्रास्ट्रक्चर को शामिल करते हुए, 2015 के स्तर से 300% की वृद्धि का प्रतिनिधित्व करते हैं। यह मौलिक बदलाव वर्चुअलाइजेशन की शुरूआत के बाद से डेटा सेंटर डिजाइन में सबसे महत्वपूर्ण वास्तुशिल्प परिवर्तन का प्रतिनिधित्व करता है।"

- झांग एट अल।, 2023, IEEE JSTQE, Vol . 29, नहीं . 4

ज़रूरी भाग

सिलिकॉन फोटोनिक आईसीएस

सिलिकॉन सब्सट्रेट पर फोटोनिक घटकों को मिलाकर एकीकृत सर्किट

माइक्रो - रिंग रेज़ोनेटर

तरंग दैर्ध्य चयन और रूटिंग के लिए छोटे ऑप्टिकल घटक

मच - Zehnder इंटरफेरोमीटर

प्रकाश संकेतों को संशोधित करने के लिए ऑप्टिकल उपकरण

सरणी वेवगाइड झंझरी

तरंग दैर्ध्य विभाजन बहुसंकेतन के लिए घटक

Key Components

MicroArchitecture स्विच करें

स्विच माइक्रोआर्किटेक्चर का विकास यह समझने में एक महत्वपूर्ण घटक का प्रतिनिधित्व करता है कि डीसीआई (डेटा सेंटर इंटरकनेक्ट) क्या है और मौलिक रूप से बदलता है कि डिजिटल उपकरणों को पैमाने पर डेटा को इंटरकनेक्ट और संचारित करने की अनुमति देता है। आधुनिक ऑप्टिकल स्विच अपने विद्युत समकक्षों की तुलना में मौलिक रूप से अलग -अलग डिजाइनों को नियोजित करते हैं।

जबकि विद्युत स्विच को प्रति - पिन बैंडविड्थ - प्रति पोर्ट (स्विच रेडिक्स को कम करना, लेकिन प्रति - पोर्ट बैंडविड्थ में वृद्धि) या कम पिन प्रति पोर्ट (बढ़ते हुए स्विच रेडिक्स) {{3} {3} { सीमाएँ।

समकालीन ऑप्टिकल स्विच आर्किटेक्चर सिलिकॉन फोटोनिक एकीकृत सर्किट का उपयोग करते हैं जो क्रांति करते हैं कि डिजिटल उपकरणों को एक साथ कई तरंग दैर्ध्य के माध्यम से डेटा को इंटरकनेक्ट और संचारित करने की अनुमति देता है। एक विशिष्ट उच्च - रेडिक्स ऑप्टिकल स्विच 256 पोर्ट या अधिक का समर्थन कर सकता है, प्रत्येक में 400 जीबीपीएस या उच्च बैंडविड्थ ले जाते हैं।

ऑप्टिकल स्विच के प्रदर्शन लाभ

10-100×

कम शक्ति प्रति बिट

μS → एनएस

विलंबता में कमी

256+

प्रति स्विच बंदरगाह

आंतरिक आर्किटेक्चर माइक्रो - रिंग रेजोनेटर, मच - zehnder इंटरफेरोमीटर, और इलेक्ट्रिकल रूपांतरण के बिना ऑप्टिकल सिग्नल को रूट करने के लिए वेवगाइड झंझरी को नियुक्त करता है। यह दृष्टिकोण विद्युत स्विच की तुलना में प्रति बिट 10-100 गुना कम बिजली का उपभोग करते हुए माइक्रोसेकंड से नैनोसेकंड तक विलंबता को कम करता है।

DCI का प्रश्न इस संदर्भ में स्पष्ट हो जाता है: डेटा सेंटर इंटरकनेक्ट उच्च - गति, कम - डेटा सेंटर संसाधनों के बीच विलंबता कनेक्शन को सक्षम करने वाले महत्वपूर्ण बुनियादी ढांचे का प्रतिनिधित्व करता है। आधुनिक डीसीआई आर्किटेक्चर तेजी से आवश्यक पैमाने और प्रदर्शन को प्राप्त करने के लिए ऑप्टिकल स्विचिंग फैब्रिक पर भरोसा करते हैं, मौलिक रूप से रूपांतरित करते हैं जो डिजिटल उपकरणों को वितरित कंप्यूटिंग संसाधनों में डेटा को इंटरकनेक्ट और संचारित करने की अनुमति देता है।

प्रायोगिक सेटअप और कार्यान्वयन

हाल के प्रायोगिक तैनाती ने डेटा ट्रांसमिशन के लिए नए प्रतिमानों को प्रदर्शित करते हुए, सभी - ऑप्टिकल डेटा सेंटर नेटवर्क की व्यावहारिक व्यवहार्यता का प्रदर्शन किया है।

एचपी के ऑप्टिकल बैकप्लेन (2011)

एचपी ने राउटर के लिए एक पूरी तरह से ऑप्टिकल पैसिव बैकप्लेन का प्रदर्शन किया, जो उप - नैनोसेकंड विलंबता के साथ 10 टीबीपीएस एग्रीगेट बैंडविड्थ प्राप्त करता है।

• पॉलिमर वेवगाइड्स मुद्रित सर्किट बोर्डों में एम्बेडेड

• सिलिकॉन फोटोनिक ट्रांसीवर्स

• तरंग दैर्ध्य - चयनात्मक रूटिंग तत्व

वर्तमान प्रयोगात्मक घटक

आधुनिक प्रयोगात्मक सेटअप ऑप्टिकल इंटरकनेक्ट प्रदर्शन की सीमाओं को आगे बढ़ाने के लिए उन्नत घटकों का उपयोग करते हैं:

वर्टिकल - गुहा की सतह - 850nm या 1310nm पर लेजर (vcsels) का उत्सर्जन

सिलिकॉन फोटोनिक मॉड्यूलेटर 50 GBAUD प्रतीक दरों को प्राप्त करते हैं

लंबे समय तक - के लिए सुसंगत पहचान प्रणाली 80 किमी से अधिक DCI तक पहुँचती है

नैनोसेकंड पुनर्निर्माण समय के साथ एकीकृत फोटोनिक स्विच

प्रयोगशाला प्रदर्शन

हाल के प्रयोगशाला परिणामों ने ऑप्टिकल इंटरकनेक्ट तकनीक में उल्लेखनीय मील के पत्थर हासिल किए हैं:

सिंगल - तरंग दैर्ध्य डेटा दर 1 tbps से अधिक

10 नैनोसेकंड से नीचे का समय स्विच करना

1 picojoule प्रति बिट से नीचे बिजली की खपत

प्रवर्धन के बिना 2 किमी से अधिक की दूरी

प्रायोगिक सत्यापन

तापमान परीक्षण

सिलिकॉन फोटोनिक उपकरणों की मजबूती को सत्यापित करने के लिए -40 डिग्री से 85 डिग्री तक परीक्षण

बिट त्रुटि दर

विभिन्न मॉड्यूलेशन प्रारूपों में संचरण गुणवत्ता की पुष्टि करने वाले माप

शक्ति विश्लेषण

विद्युत समाधानों पर ऑप्टिकल के ऊर्जा दक्षता लाभ को मान्य करना

लंबी - टर्म विश्वसनीयता

ऑप्टिकल प्रौद्योगिकियां उत्पादन आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए विस्तारित परीक्षण

परिणाम और प्रदर्शन मेट्रिक्स

उत्पादन डेटा केंद्रों में ऑप्टिकल इंटरकनेक्ट्स के कार्यान्वयन ने प्रभावशाली परिणाम प्राप्त किए हैं, जो डिजिटल उपकरणों को अभूतपूर्व पैमानों पर डेटा को इंटरकनेक्ट और संचारित करने की अनुमति देता है।

उदाहरण के लिए, Google के डेटा सेंटरों ने बताया है कि नेटवर्क उपकरण कुल बिजली की खपत का 15% के लिए खाते हैं, जिसमें ऑप्टिकल इंटरकनेक्ट्स इस आंकड़े को सभी - विद्युत विकल्पों की तुलना में 40% तक कम करते हैं।

तैनात प्रणालियों से प्रदर्शन मेट्रिक्स डेटा सेंटर इंटरकनेक्ट डिज़ाइन के लिए ऑप्टिकल समाधानों की श्रेष्ठता को प्रदर्शित करता है: ऑप्टिकल कार्यान्वयन के लिए 99.999% उपलब्धता; सब - इंट्रा - के लिए माइक्रोसेकंड विलंबता सभी - ऑप्टिकल स्विचिंग का उपयोग करके डेटा सेंटर संचार; 5 साल की अवधि में स्वामित्व की कुल लागत में 50% की कमी जब परिचालन खर्चों को फैक्टरिंग करती है; और स्पष्ट रोडमैप के साथ प्रति तरंग दैर्ध्य 400 जीबीपीएस के लिए बैंडविड्थ स्केलेबिलिटी 800 जीबीपीएस और उससे आगे।

सक्रिय ऑप्टिकल केबल (AOCs) ने तेजी से बाजार में एक प्रमुख तकनीक के रूप में प्रवेश किया है, जो कि तांबे केबलों की तुलना में उच्च पूंजी लागत के बावजूद डिजिटल उपकरणों को डेटा को इंटरकनेक्ट करने और प्रसारित करने की अनुमति देता है। उनके फायदों में हल्का वजन, छोटा मोड़ त्रिज्या, बेहतर बिजली दक्षता और नाटकीय रूप से कम विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप शामिल हैं।

वास्तविक - विश्व परिनियोजन परिणाम

Google डेटा केंद्र

नेटवर्क उपकरण बिजली की खपत में 40% कमी

फेसबुक डेटा सेंटर

नेटवर्क में 30% की कमी - संबंधित बिजली की खपत

माइक्रोसॉफ्ट एज़्योर

ऑप्टिकल प्रौद्योगिकियों का उपयोग करके बैंडविड्थ घनत्व में 5 × सुधार

अमेज़ॅन वेब सेवाएं

ऑप्टिकल तैनाती के माध्यम से केबल की मात्रा में 10 × कमी

प्रौद्योगिकी तुलना

मीट्रिक	विद्युतीय	ऑप्टिकल
शक्ति दक्षता	निचला	उच्च (10-100 ×)
बैंडविड्थ	सीमित	400+ gbps/तरंग दैर्ध्य
विलंब	माइक्रोसेकंड	नैनोसेकंड
दूरस्थ संवेदनशीलता	उच्च	कम
ईएमआई संवेदनशीलता	उच्च	कम
लागत (TCO)	समय के साथ उच्च	कम 5+ वर्ष से अधिक

Results And Performance Metrics