Calient  白皮书

发展、应用3D MEMS 技术，以应对快速发展的数据带宽需求

Calient战略性推动高带宽、低损耗的全光开关，满足SDN、数据中心的应用需求，以高性价比的综合性产品应用于数据网络及光传输平台。

简介

视频和其它互联网数据的爆发式发展推动了市场对具有灵活、可扩展、高带宽等特性网络的需求。于此同时，全球各大机构极力开发扩展其网络带宽的方法。Cisco的全球云数据指数显示，数据中心的吞吐量较2011年将会增长4倍，达到6.6 ZB(1ZB=109TB) 每年，以每年31%的速率增长。更令人震惊的是，数据流量中增长最快的全球云数据量，将达到惊人的六倍。

3D MEMS（三维微机电系统）光开关非常适用于为数据中心、运营商和政府部门提供高带宽、灵活的技术支持，来满足现今快速发展的需求，全光交换机因其高带宽和不受

数据协议限制的特性具有非常好的灵活性。MEMS 光开关技术因其直接运用微镜片直接切换光路，所以相较于其他光开关技术只产生非常小的损耗 。

作为光开关技术的先驱，Calient在发展新一代3D MEMS技术方面具有世界领先的优势，已成功应用于众多领域。 在最近一年内，企业开发了体积更小、功能更强大的系统，可完美融入到各种数据网络、光传输和光交换系统中，实现网络的优化。

下面内容说明了Calient的技术策略如何能够帮助客户面对新兴的数据带宽需求。

如何应对现在数据的爆发增长

爆发增长的视频内容和极占带宽的各类应用程序导致数据中心和云计算中心网络服务设备的需求了迅速增长。根据伯恩斯坦研究机构调查显示，在2009年至2010年，包括Apple，Microsoft，Ebay，Amazon，Google在内的全球各大云服务供应商，在服务器上的投资增长超过100%。此外，服务器的数据接口和数据中心的TORS正在快速的向10Gbps、40Gbps、100Gbps发展。

这种极速的增长导致在数据中心内部和数据中心之间必然会出现瓶颈，因此数据中心不得不在9-24个月的周期内就重建或升级IP网络基础设施。这种做法很显然花费极高、不方便且不切合实际。

l   固定容量——所有设备连通                 l   根据需求配置连接和容量

l   不适用于传输非常大的数据流              l   根据应用需求灵活调配带宽和服务器资源

l   浪费带宽

l   服务器利用率低

对于这些数据中心和云计算网络，最好的解决方案是布置一套光学开关结构来实现全自动、动态重构、高扩展性的物理层。这样的网络系统可以实现10Gbps向40Gbps或

100Gbps以致更高带宽的扩展，而无需额外的投资。同时该结构可以使数据中心根据即时的需求、循环类型、可预测的网络流量高峰等情况，即时配置网络结构、分配服务器资源。

在城市网络和大区域网络系统中同样如此，视频数据传输需求的扩展，导致运营商为满足客户需求将面临同样的问题。目前的光纤网络因其设计无法快速、经济的扩展带宽，非常多的运营商希望通过采用P-OTS网络（利用可调的转换器和可重构的分插复用）来实现网络配置的灵活性。

为更进一步，这些网络系统将会配备物理层全光光开关来组建CDC（Colorless，Directionless，Contention-less）光纤网络，以增强物理层设备的灵活性。在此基础上，运营商可以自由的通过集中的管理系统改变业务配置。

Calient的3D MEMS 光开关技术运用320个微反射镜来实现光路转换。在MEMS技术方案中，微反射镜可以通过旋转不同的角度，使入射光改变传输路线，入射到任意端口，3D MEMS技术只操纵光路，因此不受比特率、协议和波长的限制。这种传输方式也意味着3D MEMS技术不会干扰信号本身，可以保留信号源的关键特性包括频率、波形、色散、时序等。

这种技术已经在40G和100G网络中得到证实。拥有25ms的典型切换时间，满足时间敏感性最强的网络协议需求。

相较于OEO（optical-electrical-optical）技术和2D MEMS技术，3D MEMS光开关拥有显著的功耗和功率损耗低、体积小、发热量小等优势。

实时上，有几种2D MEMS技术在与3D MEMS技术竞争，但是都不具有可扩展性。这是由于2D MEMS的复杂性，有N个端口的2D MEMS系统，需要配置N2个交叉开关和N2驱动电路，所以256个端口的2D MEMS系统需要各超过65000个和切换单元和驱动电路。将端口扩展到1000个则需要各超过一百万个以上的切换单元和驱动电路。而3D MEMS系统每个端口只需要2个微反射镜，显著降低了系统的繁杂程度，从而可以获得更好的可扩展性。

Calient成熟的3D MEMS技术是过去10年中超过4亿美元研发投入的成果。Calient 3D MEMS技术的关键在于硅刻蚀技术和高转动率的微机械驱动设计，在光器件和操作软件等方面都融入了众多创新。目前，Calient在相关技术领域掌握了超过90项专利。Calient

的微结构反射镜可以通过强有效的静电力实现大角度、高精度控制，从而实现商业化光开关设备中端口规模最大、插入损耗最小的光交换系统。该项技术使Calient在光开关领域达到了一个新的高度，在系统端口数、可靠性、功耗等方面遥遥领先行业内其它竞争对手。

新应用领域

运用这项新型最佳化解决方案，光开关技术在众多应用领域都可作为一种最实用的解决方案。

其中之一是软件定义的混合分组光传输数据中心网络。面对不断增长的数据流量，数据中心正力图发展可扩展的基础设备，同时也要考虑功耗和资金成本问题。在混合分组光传输电路交换网络中，光路切换已被成功应用于增大基于包的传输，形成了一种混合形式的解决方案。

全光交换技术同样可以帮助云计算网络系统改革数据流的传输方，使大型数据中心可以满足处于不同地域客户的不同需求。在许多案例中，成功的数据服务可以不受带宽需求、路由模式和客户需求的限制。

云数据运营商需要在他的各个站点之间提供高带宽连接，以便满足客户无论在何时何地调用数据的需求。由于这些潜在的需求在随时变化，也就意味着网络系统也需要能够及时的重新配置和扩展。

利用光开关在云数据中心内部和彼此之间动态地重新配置带宽，可以有效地增强网络的灵活性。也就意味着数据中心的高价值设备可以被更充分的应用，为用户提供最佳的应用表现。

3D MEMS 光开关同时可以为运营商、互联网集聚点和数据托管中心提供自动光纤连接方案。在这些应用中，光开关可以实现任意光路的连接、管理，为管理大量的光纤连接网络提供便利。

对于政府部门，光开关为光纤连接网络提供了一种有效的安全控制方案。与OEO开关不同，全光开关不需要对数据流进行转换，因此也不会被作为截获窃取数据的目标。这为海底电缆登录地的节点和跨地域机密视频会议安全保证，开创了新的方法。光开关的网络重配速度也使该方案非常适用于数据中心和广域网的故障恢复。

合作关系

光开关技术方案在市场上所有技术中提供了最好的物理层管理能力。Calient的光开关与光学传输平台、二层交换机、三层路由器等交换技术能够非常好的协同运作。Calient与这些领域的核心供应商协同合作，将3D MEMS开关与这些领域的技术相结合，提供了紧密结合的综合方案。

这些优势在软件定义的数据中心和云计算中心中非常明显。与软件和网络解决方案供应商紧密结合，为网络解决方案提高了可管理性和灵活性。Calient的新产品能够与ROADM、光传输或云计算产品相整合以实现一体化。

总结

下一代网络对灵活性和带宽的需求为光开关提供了基于，Calient 的3D MEMS技术正顺应了这一潮流。通过为运营商的CDC网络提供配置灵活性来管理云计算中心的高容量信息流。3D MEMS拥有可扩展，低功耗，高吞吐量等优势，可满足用户需求。在这种3D MEMS产品策略下，Calient成为了市场条件下最具优势的光开关产品。