L’interno di un transceiver 100G-LR4


Kenneth Finnegan (blog) ha pubblicato un thread su Twitter dove mostra il disassemblaggio di un transceiver QSFP28 Finisar guasto modello FTLC1151RDPL2, capace di trasmettere e ricevere dati a 100 Gigabit/secondo fino a 10 chilometri su coppia di fibre LC monomodali.

Riporto qui di seguito le immagini di Kenneth con i commenti per renderli fruibili anche a chi non mastica l’inglese.

Questo è l’oggetto in questione:

Non si tratta di un transceiver di ultima generazione, nel novembre 2018 Finisar aveva diramato un comunicato di end of life del modello a partire da luglio 2019.

Si tratta di un transceiver che opera con quattro frequenze (colori) attorno ai 1310 nm e dispone di due connettori LC, uno per la ricezione e l’altro per la trasmissione, e un connettore QSFP lato switch.

Al momento della prima redazione di questo articolo (dicembre 2021), su eBay è possibile acquistare questo articolo ad un prezzo attorno ai 1.000 dollari.

Ma passiamo alla parte interessante, alla vera pornografia.

Ecco come si mostra il transceiver aperto, in grigio la pasta termica che collega termicamente la componentistica al guscio esterno per regolare il calore, aspetto molto importante per il corretto funzionamento, come vedremo dopo.

A sinistra la parte ottica (trasmissione in alto) con i due connettori LC e a destra l’elettronica con l’interfaccia QSFP verso lo switch. Di solito i connettori più lunghi sono quelli che portano la massa o dei segnali di rilevamento per far capire allo switch che sta per essere connesso qualcosa su quella porta.

Una volta rimossa la pasta conduttiva, il dettaglio dei componenti è questo, con evidenziato il flusso dei dati. Riconosciamo la parte ottica, più piccola, di ricezione (ROSA, receiver optical sub-assembly), la parte di trasmissione ottica (TOSA, transmitter optical sub-assembly) e la parte superiore del circuito stampato elettronico con i due chip che fanno da retimer.

Il retimer (approfondimento in inglese) è sostanzialmente un chip che ricostruisce il segnale in modo ottimale in modo tale che la sua elaborazione successiva sia la più agevole possibile. Compito del retimer è anche di [de]serializzare il segnale.

Qui notiamo un particolare interessante: ci sono due linee separate di trasmissione per ognuna delle componenti ottiche. Questo permette di tenere separati i dati veri e propri dal resto dei segnali di controllo e dall’alimentazione per ridurre i disturbi.

Nella parte elettronica opposta ai retimer ci sono i componenti di controllo e di alimentazione.

Al centro fa la sua bella mostra un STM32F103C6, un Cortex M-3 con 32k di flash e 10 k di SRAM. Lo scopo di questo chip è di dialogare con lo switch sull’interfaccia QSFP su un bus I2C per scambiare dati di servizio come telemetria e le informazioni del transceiver oppure per aggiornare il firmware del transceiver. Difficile pensare che si possa flashare un firmware che legge o modifica i dati, in quanto la velocità di trasmissione del dispositivo è troppo elevata per le capacità di elaborazione del Cortex.

Questo chip ha un aspetto metallico perché è un pezzo di silicio senza la corazza esterna in plastica realizzato con la tecnica del flip-chip.

Il resto della componentistica su questo lato del circuito stampato è essenzialmente un regolatore di tensione. Il componente più alto con i lati arrotondati in basso a sinistra è l’induttore.

Qui inizia la parte davvero bella: ecco il modulo di trasmissione (TOSA) in tutta la sua gloria.

Partendo da sinistra vediamo le quattro linee dati che entrano nel chip nero di controllo dei laser, i quattro componenti verdi. Appena dopo si riconoscono quattro lenti di focalizzazione (grigie) e una singola lente di focalizzazione viola-azzurra. Le parti ottiche trasparenti con delle sbarre sono dei prismi che servono a convogliare i quattro laser su un unico punto di uscita.

Nella parte superiore di fronte alla prima lente grigio scuro si nota un componente con quello che sembra un punto di saldatura. Si tratta di un diodo che funge da sensore di temperatura, in quanto la tensione di giunzione del diodo varia al variare della temperatura. A parte una rilevazione telemetrica della temperatura, il sensore serve a fornire informazioni al chip a sinistra che controlla due celle di Peltier, le due cose a forma di U a sinistra della lente azzurra. La parte TOSA lavora, infatti, a temperatura costante perché la minima dilatazione o contrazione termica potrebbe causare problemi di allineamento dei laser.

Questa è la ricostruzione presunta dei percorsi dei quattro fasci laser dagli emettitori verso il connettore LC attraverso i prismi.

(c) by Kenneth Finnegan

La parte di ricezione è meno interessante, la parte nera a destra sembra essere un insieme di prismi per separare i quattro fasci, purtroppo non è possibile disassemblare la parte ottica per vedere i dettagli.

Sulla sinistra i quattro sensori dei fasci e le linee dati verso la parte elettronica.

Come detto in apertura, stiamo parlando di una tecnologia non nuovissima, quindi i GBIC ad alta velocità di ultima generazione potrebbero essere ancora più bizzarri.

Se avete osservazioni che possono chiarire meglio aspetti su cui ho sorvolato, aggiungetele pure nei commenti.

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