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光模块的封装演变_从10g光模块开始说明
日期:2021-02-24 02:17:42
光模块

光通信的故事就是速度不断提高的故事。没有收发器,就无法构建光模块,但是在电信等复杂的,互锁的空间中,这些设备需要可互操作。结果,光传输技术的发展与封装的发展并行。举例来说,CFP8是紧凑型可插拔(CFP)多源协议(MSA)系列分装的最新添加。设计用于容纳400 Gb/s光模块的CFP8将使单个线卡能够以高达3.2 Tb/s的速度传输数据。
 
在开始讨论之前,必须注意封装协议只是定义了封装的尺寸,确定了封装盒的大小。这些协议指定了插头和连接器,但没有扩展到执行诸如电光转换,调制,检测等任务的光学和电子组件。设计的这一方面由每个组件供应商分别确定。根据大小的不同,同一封装可以容纳一个100 Gb/s收发器,例如,由一个以100 Gb/s运行的通道或四个以25 Gb/s运行的通道组成。
 
通信在许多约束条件下进行,包括速度,面板密度(机架内的包装密度)和距离。面板密度是一个实际问题-标准机架尺寸中只有这么多的空间。此外,光模块的封装越紧密,散热的难度就越大。热量会降低电子器件和诸如激光器之类的光电组件的性能和寿命,这是一个关键问题。也就是说,对于运营远程和城域网的服务提供商而言,速度是重中之重。
 
10g光模块

让我们从10G光模块封装开始,直到最近远程网络的主要数据速率。从线卡到应答器到XFP的长期过渡之后,如今10 Gb/s的主要光模块外形尺寸为SFP +,从而在性能和面板密度之间取得了很好的平衡方案。传输速率的下一个主要跃升(暂且不走40 Gb / s的弯路)是100 Gb/s。这一进步要求引入相干光学技术,该技术利用光学相位和偏振来提高比特率。

 
相干光学技术提供了通往100 Gb/s及以上的通道。因为它涉及高阶调制方案,所以它不仅速度快,而且可扩展。这也是一种更复杂的方法,需要更多组件。问题在于SFP +的外形尺寸不足以容纳相干的光收发器组件。按照早期的10GB/s路径,线路卡之后是应答器,然后是紧凑型可插拔(CFP)封装的开发,正如CFP MSA所规定的那样。CFP封装的宽度为82毫米,可为组件提供更多的空间,但它也比以前的模块占用更多的空间,从而降低了数据密度。尽管这并不理想,但是服务提供商需要将速度提高到100 Gb/s,他们愿意做出让步。
 
数据通信与长距离传输相比,在一定的约束条件下有所不同。尽管速度很重要,但是在数据中心(越来越多的是在中心办公室)中,大量的设备和互连设备挤在一起,这使得面板密度和热管理远比绝对速度更为重要。因为距离明显更短,所以可以放宽信噪比(SNR)等性能指标。因此,数据通信行业最初围绕四方小尺寸可插拔(QSFP)封装进行了标准化。这些光模块远小于其CFP对应光模块。它们无法满足相干光传输所需的所有组件,但数据通信并不需要这些速度—至少短期内不需要。

光模块

 
随着时间的流逝,服务提供商确实需要更高的数据速率。就优先级而言,城域网是远程和数据通信之间的混合体。快速的操作是必不可少的,但城域交换所需的巨大核心路由器需要最大的面板密度。为了响应需求,CFP组开发了CFP2外形尺寸,其尺寸为41.5毫米宽,是CFP尺寸的一半。本质上,它提供的数据密度是其前身的两倍(因此增加了数字)。
 
同时,回到数据通信领域,Web 2.0公司开始要求其数据中心互连(DCIs)达到100 Gb/s的运行速度,即使不在数据中心内部也是如此。尽管厂商可以通过利用更快的ASIC来将必要的组件穿入QSFP封装中,但其外形尺寸仍不适合相干光学器件。作为回应,CFP参与者开始致力于开发CFP4 MSA。如数字所示,CFP4封装的尺寸约为CFP2的一半,并且数据密度再次翻了一番。这将我们带入今天,并迁移到400 Gb/s数据速率。
 
CFP8封装尺寸是专门为400 Gb/s传输而设计的。宽度为40毫米,几乎与CFP2相同。但是,就性能而言,却非常不同。根据标准,它在每个方向上最多支持16条差分信道。它旨在实现四倍于CFP2的数据密度。
 
CFP8光模块不使用相干光学技术。取而代之的是,他们使用常规的不归零(NRC)开-关信令或另一种称为四电平脉冲幅度调制(PAM-4)的幅度调制技术。内部实现方式各不相同:CFP8光模块可以在以25 Gb/s运行的16个通道或以50 Gb/s运行的八个通道上提供400 Gb/s的数据速率。重要的一点是,该软件包在为城域和远程服务提供商提供所需速度的同时,提供了合理的密度。
 
同时,针对数据通信应用的下一代QSFP封装的光模块也在使用中。它被称为QSFP双密度或QSFP-DD,保持了外形尺寸,但并入了旨在支持向100 Gb/s甚至更高的数据速率迁移的堆叠连接器。从长远来看,业界可能会将注意力集中在一种完全不同的方法上,即八进制小尺寸可插拔(OSFP),但这又是一个话题。
 
同时,400 Gb/s CFP8光模块已进入市场。该方法将线卡数据密度从800 Gb/s显着提高到3.22 Tb/s。它基于成熟的技术,并在短期内为每个光模块提供了一条达到400 Gb/s的现实路径。