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400G可插拔相干“DCO”光模块外形介绍
日期:2021-02-24 02:14:34
由于标准化程度的提高,每一种新的光纤传输技术都会经历一系列相似的阶段。首先,当这项技术是全新的,它是在“线路卡”上实现的,这是一种复杂的电子电路板,每个制造商都可以在其上提出自己独特的解决方案,与其他制造商的线路卡没有兼容性或互操作性。接下来,MSA标准转发器模块实现了相同的发射、接收和控制功能,例如“5×7”,实际上尺寸为5英寸×7英寸。

这些转发器模块硬连接到线路卡上,具有规定的尺寸和电气I/O,但将内部操作留给制造商。因此,客户通常可以在线路卡上使用来自不同制造商的MSA标准转发器,但必须确保来自同一制造商的转发器在同一链路的两端“配对”。

光模块

在下一阶段,将光模块功能放在可以插入正在运行的传输系统的插槽中的“可插拔”形状因子中(可“热”插拔),从而可以在不关闭系统电源的情况下增加额外的容量,从而中断现有链路上的流量。这是400G相干传输现在进入的阶段,我们将在下面讨论。最后一个阶段,通常会返回到线卡的形式,并出现在技术如此成熟且成本降低到连金属盖的成本都降低的时候。
 
当“线路侧”光传输系统进入可插拔光模块阶段时,它们通常从较短距离的“客户端”光模块借用MSA形状因子。通常,“线路侧”指的是使用DWDM的80公里或更远的传输距离这样每个光模块只能使用一个波长信道。“客户端”指的是距离较短的距离,从50m到10 km,并且仅将一个光模块连接到光纤,因此不需要DWDM。

线路侧从客户端借用可插拔的外形尺寸,因为客户端和数据中心消耗大量可插拔光模块,并且不断定义新的外形尺寸以实现更高密度的互连。将数据移入和移出交换机和路由器的能力通常限制了数据中心的性能、大小和成本,因此需要不断提高速度和减小光收发器的大小。随着交换电子芯片的进步,设计通常限于实际在1RU标准机架面板上安装多少个光模块。

光模块

因此,由于客户端
光模块的数量众多,并且同样重要的是,这些光模块的已部署套接字的数量,线路侧不可避免地会重复使用这些客户端外形尺寸,而不是发明一种全新的外形尺寸。这发生在10G,其中以XFP和SFP +尺寸形式实现了可调谐DWDM线路侧光模块,而100G发生了以客户端尺寸形式实现了CFP-DCO和CFP2-DCO相干转发器。

现在它是在400G上实现的。400G收发器有三种不同的外形,从大到小:CFP8、OSFP和QSFP-DD。(CFP8的尺寸与CFP2非常相似,但有不同的电气接口和数据流。出于我们的目的,我们将把它们视为相同的。)(还有一种称为“板上光学”或OBO的方法,它在电路板级别是模块化的,但不是“热”插拔的,超出了本文的范围。)
 
首先,这些都是客户端光模块,用于数据中心内相对较短的距离,例如50米至2公里。在数据中心内部,QSFP-DD是首选的外形尺寸,因为它是最小的,并且可以在1RU面板上实现更多数量。但是,OSFP具有一些优势,因为它可以扩展到800G,并且CFP8具有某些早期的特殊应用。但是,当将它们重新用于线路侧应用时,情况可能会有所不同。

与仅在光纤上发送一个信号的50米至2公里的光信号发送信号不同,而在单个DWDM波长上可能在光纤上发送80个此类信号的光信号则要发送80公里至500公里。

长距离相干传输所需的信号处理比短距离PAM4数据中心传输所需的信号处理要大得多,需要更复杂的DSP和更多的功率。光学部件同样复杂得多。因此,业界现在正在评估在每种尺寸中实现相干DCO模块所必需的性能权衡,并且可以扩展每种尺寸的性能范围以适应相干传输。不同的外形尺寸可能适合于不同的应用。

正在考虑两个主要应用:1)400ZR用于距离在100 km以下的数据中心互连网络;

2)用于400公里至2000公里的城域和长途网络的多程电信。(对于多程应用,数据速率会随着覆盖范围的增加而降低。)最终答案还有待确定,无论如何,这超出了本文的范围。我们将满足于概述每个外形尺寸的优缺点。
 
CFP2:尺寸最大,无疑将是第一个实施的形式。它足够大,可以使用电流产生的分立组件来实现相干光学器件,最重要的是,当7 nm工艺节点DSP可用时,它可以轻松处理多程电信应用所需的功率。客户端的功率规格为24 W,相干版本的功耗可能更大。由于目前存在所有光学组件技术,因此这种外形尺寸很可能首先进入服务领域。由于CFP2插槽无法提供400G的空间,因此将需要特殊的线路卡。
 
OSFP:该外形尺寸约为CFP2的一半,因此可以消耗更少的电能。但是,使用将于2018年底开始可用的7 nm节点DSP,可以实现400ZR 80 km链路和500 km至2000 km的多程电信链路。小尺寸还要求将相干光学器件集成到一个封装中,称为相干光学子组件(COSA),并显着降低功率。客户端规格为15 W,但是预计相干模块可以支持18W甚至更高的功率水平,但对于多通道应用来说,功率处理非常严格。因此,以OSFP形式实现多程电信和400ZR是可行的,但很困难。
 
QSFP-DD:尺寸最小,但也期望安装最多的客户端套接字。客户端的功率规格为12 W,但同样,在相干光模块中可以支持显著更高的电平,可能是15w或更高。利用7 nm节点DSP以及COSA形式的超紧凑和低功耗光学组件,QSFP-DD尺寸将支持。