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高速先生成員--周偉 說到光模塊，很多用過光模塊的人肯定很清楚光模塊有很多種，但還有很多人只是見過或者知道有光模塊，但光模塊具體怎么分類的，我相信很多人都和我們一開始接觸光模塊一樣都是一知半解，甚至云里霧里的只知道都是光模塊，但具體有什么不一樣就有點摸不著頭腦了。閑話少說，接下來我們就來給大家介紹一下我們今天的主人公吧。 光模塊(optical module)由光電子器件、功能電路和光接口等組成，光電子器件包括發射和接收兩部分。簡單的說，光模塊的作用就是發送端把電信號轉換成光信號，通過光纖傳送后，接收端再把光信號轉換成電信號。常見的傳輸方式如下圖所示。 從結構組成上看，絕大多數基礎性光模塊均采用了收發一體形式，其內部主要由光發射組件TOSA(Transmitting Optical Sub-Assembly)、光接收組件ROSA(Receiving Optical Sub-Assembly）、發射驅動電路(激光器芯片)、接收信號處理電路（探測器芯片）構成，另外還有一種將發射組件與接收組件合二為一的BOSA(Bi-Directional Optical Sub-Assembly)組件，形成的單纖雙向光模塊，BOSA可以看作是TOSA與ROSA的集成體，同時具有光發射與接收的功能。簡單的光模塊內部構成大致如下圖所示。 為什么說光模塊很難弄明白呢，主要是它的種類太多，同時可以按照不同的角度去進行分類，通俗來說就是本來同一個東西但有很多種不同的叫法，更BT的是有時同樣的叫法可以有很多種不同的東西，所以就經常會被人搞混，云里霧里的。常用的可以按照單口最大傳輸速率（單口帶寬）、接口封裝類型、波長、傳輸模式、傳輸距離和調制格式等去進行分類，下面我們分別介紹幾種常見的分類方式。 按照單口最大傳輸速率（單口最大傳輸帶寬更合適些）來分： 1、按單口最大傳輸速率分類: 按照單口最大的傳輸帶寬，也就是一個光口總的傳輸速率可以分為：3.2Tbps(3.2TE)光模塊、1.6Tbps(1.6TE)光模塊、800Gbps（800GE）光模塊、400Gbps(400GE)光模塊、200Gbps(200GE)光模塊、100Gbps(100GE)光模塊、40Gbps(40GE)光模塊、25Gbps(25GE)光模塊、10Gbps(10GE)光模塊、1.25Gbps(1GE)光模塊、FE光模塊等。我們說的1.6T光模塊，其實指的是這個光模塊單口最大的傳輸速率是1.6Tbps。 2、按單對最大傳輸速率分類（這種分類一般用的少，主要是設計和仿真人員會關注） 按照光器件所能承載的單對無誤碼傳輸的最大電信號速率來進行分類，也就是我們設計和仿真時關心的單對差分信號的傳輸速率，可以分為：125Mbps、1.25Gbps、10.3125Gbps、25/28Gbps、50/56Gbps、100/112Gbps和200G/224Gbps等光模塊。單對差分速率乘以發送或接收對數就決定了上面單口最大的速率，同時也決定了這個光模塊每秒可以傳輸多少數據。如上面的1.6TE光模塊一般就是由200G/224Gbps的單對差分速率乘以8對得到的，也就是說我們現在做的1.6TE光模塊它的單對差分信號速率最高到了200/224Gbps，這么高速的傳輸速率在PCB板上傳輸，對PCB的設計和制板工藝考驗巨大，這種情況下就需要在設計過程中通過精確的仿真來確保通道的性能，同時還需要有靠譜的加工才能保證最終產品的落地，哪一個環節都不能出現太大的偏差。 3、按接口封裝類型分類（最常見的） 傳輸速率越高，結構越復雜，由此產生了不同的接口封裝類型。常見的光模塊封裝類型有：SFP（1GE）光模塊、SFP+（10GE）光模塊、SFP28（25GE）光模塊、QSFP+（40GE）光模塊、CFP（40GE-100GE）光模塊、CFP2 /CFP4（100GE-400GE）光模塊、QSFP28（100GE）光模塊、QSFP-DD（400GE-800GE）光模塊、OSFP(800GE)光模塊、OSFP-XD/OSFP224(1.6TE)光模塊等。還有早期速率比較低的GBIC，就是Giga Bit-rate Interface Converter(千兆接口轉換器)光模塊在2000年之前，GBIC是最流行的光模塊封裝，也是應用最廣泛的千兆模塊形態。下面可以看看每種具體光模塊的介紹。 SFP，全稱Small Form Pluggable，即小型可熱插拔光模塊。它的小，就是相對GBIC封裝來說的。SFP的體積比GBIC模塊減少了一半，可以在相同的面板上配置多出一倍以上的端口數量。在功能上，兩者差別不大，都支持熱插拔。SFP支持最大帶寬是4Gbps。 XFP，是10-Gigabit Small Form-factor Pluggable的簡稱，又叫萬兆SFP。XFP采用一條XFI(10Gb串行接口)連接的全速單通道串行模塊。 SFP+，它和XFP一樣是10G的光模塊。SFP+的尺寸和SFP一致，比XFP更緊湊(縮小了30%左右)，功耗也更低(減少了一些信號控制功能)。此外，為了增加容量和空間，還會把多個SFP+口做成一個器件，延生出了zSFP+等。 QSFP，Quad Small Form-factor Pluggable的簡稱，也即四通道SFP接口，很多XFP中成熟的關鍵技術都應用到了該設計中。根據速度可將QSFP分為4x10GQSFP+、4x25GQSFP28、8x25GQSFP28-DD光模塊等。以QSFP28為例，它適用于4x25GE接入端口。使用QSFP28可以不經過40G直接從25G升級到100G，大幅簡化布線難度以及降低成本。和SFP+一樣，為了容量和空間考慮，會把多個QSFP接口上下左右堆成多個接口作為一個整體，這樣就衍生出了QSFP+、zQSFP+和microQSFP等接口，如下圖所示。 QSFP-DD，DD指的是“Double Density(雙倍密度)”。將QSFP的4通道增加了一排通道，變為了8通道。它可以與CDFP方案兼容，原先的QSFP28模塊仍可以使用，只需再插入一個模塊即可。QSFP-DD的電口金手指數量是QSFP28的2倍。QSFP-DD每路采用25Gbps NRZ或者50Gbps PAM4信號格式。采用PAM4，最高可以支持400Gbps速率。 OSFP，Octal Small Form Factor Pluggable的簡稱，“O”代表“八進制”，它被設計為使用8個電氣通道來實現400GbE(8*56GbE，但56GbE的信號由25G的DML激光器在PAM4的調制下形成)，尺寸略大于QSFP-DD，更高瓦數的光學引擎和收發器，散熱性能稍好。 CFP，Centum gigabits Form Pluggable的簡稱，也叫密集波分光通信模塊。傳輸速率可達100-400Gbps。CFP是在SFP接口基礎上設計的，尺寸更大，支持100Gbps數據傳輸。CFP可以支持單個100G信號，一個或多個40G信號。 CFP、CFP2、CFP4、CFP8的區別在于體積。CFP2的體積是CFP的二分之一，CFP4是CFP的四分之一。CFP8是專門針對400G提出的封裝形式，其尺寸與CFP2相當。支持25Gbps和50Gbps的通道速率，通過16x25G或8x50G電接口實現400Gbps模塊速率。 在光口側主要是使用8路53Gbps PAM4或者4路106Gbps PAM4實現400G的信號傳輸，在電口側使用8路53Gbps PAM4電信號，采用OSFP或QSFP-DD的封裝形式。 相比較來說，QSFP-DD封裝尺寸更小(和傳統100G光模塊的QSFP28封裝類似)，更適合數據中心應用。 OSFP封裝尺寸稍大一些，由于可以提供更多的功耗，所以更適合電信應用。 其他的幾種不常見的分類方式： 按照傳輸距離分類，有100米、300米、550米、10千米、20千米、40千米、80千米、120千米和160千米等光模塊； 按照傳輸波長分類，有850nm、1310nm、1490nm、1550nm等光模塊； 按照傳輸模式分類，有單模（黃色）、多模（橘黃色、藍綠色）等光模塊； 本期問題：關于光模塊更深層次的介紹，您還有哪些想知道的？我們會根據大家的回復來針對性的解答。 |
