光模块封装类型及技术参数

近年来，大数据、云计算、5G、物联网以及人工智能等应用市场快速发展，将要来临的无人驾驶应用市场，给数据流量带来了爆炸性增长，数据中心互联逐渐发展成为光通信的研究热点。目前的数据中心已不再仅仅是一座或几座机房，而是一组数据中心集群。为实现各种互联网业务和应用市场的正常工作，要求数据中心之间协同运转。数据中心之间信息实时海量交互，这就产生了数据中心互联网络需求，光纤通信则成为了实现互联的必要手段。与传统的电信接入网传输设备不同，数据中心互联要实现信息量更大、更密集的传输，就要要求交换设备拥有更高速率、更低功耗，以及更加小型化。而决定这些性能是否能够实现的一个核心因素，则是光模块。信息网络主要以光纤作为传输介质，但目前计算、分析还必须基于电信号，光模块是实现光电转换的核心器件。光模块的核心组件由Transimitter(光发射次模块)/Receiver(光接收次模块)或Transceiver(光收发一体模块)、电芯片，另外还包括透镜、分路器、合束器等无源器件及外围电路组成。常见的光模块封装模式有SFP、XFP、QSFP、CFP等。数据中心通信光模块可按照连接类型分为三类：(1)数据中心到用户，由访问云端进行浏览网页、收发电子邮件和视频流等终端用户行为产生;(2)数据中心互联，主要用于数据复制、软件和系统升级;(3)数据中心内部，主要用于信息的存储、生成和挖掘。根据思科预测，数据中心内部通信占数据中心通信70%以上的比例，数据中心建设的大发展，也就催生了高速光模块的发展。数据流量持续增长，数据中心大型化、扁平化趋势推动光模块向两方面发展：·传输速率需求提升·数量需求增长数据中心大型化趋势导致传输距离需求提升，多模光纤的传输距离受限于信号速率的提升，预计将逐渐被单模光纤代替。而光纤链路成本由光模块和光纤两部分组成，针对不同的距离，也有不同的适用方案。就数据中心通信所需的中长距离互联而言，有着诞生自MSA的两种革命性方案：·PSM4(ParallelSingleMode4lanes)·CWDM4(CoarseWavelengthDivisionMultiplexer4lanes)其中，PSM4光纤使用量是CWDM4的4倍，当链路的距离较长时，CWDM4方案成本则相对较低。如今，400G光模块的实现技术成为了业界关注的重点。400G光模块的主要作用是能够提高数据的吞吐量，能最大限度的提高数据中心的带宽与端口密度。其未来的趋势是实现宽增益、低噪声、小型化和集成化等性能，满足下一代无线网络与超大规模数据中心通信的应用需求。目前的400G光模块中，主要使用的是8路53GNRZ或者4路106GPAM4(4PulseAmplitudeModulation，4级脉冲幅度调制)信号调制的方式，来实现400G的信号传输。模块封装方面，采用的则是OSFP或QSFP-DD，这两种封装形式都可以提供8路电信号接口。相较来说，QSFP-DD封装尺寸更小，更适合数据中心应用;OSFP封装尺寸稍大一些，功耗更大，更适合电信应用。光模块封装类型光模块(opticaltransceiver)是光通信系统中重要的器件。前面我们也介绍了不同种类的光模块，今天来系统的介绍光模块封装类型的变化。千兆光模块GBIC(GigabitInterfaceConverter)光模块是第一个封装接口标准化的光模块。采用SC接口，可热插拔，可将千兆位的电信号转换为光信号，其在上世纪90年占据主流市场。SFP(SmallFactorPluggable)光模块是一种小型可插光模块，其体积较GBIC小一倍，在同样大小的面板上配置多出一倍以上的端口数量，多采用LC型光纤接口。10G光模块10GbE(英文全称为10GigabitEthernet)以太网标准得以通过，它规范了以10Gbit/s的速率来传输的以太网，传输距离为300m到40km。X2光模块可直接放在电路板上，不需要开槽，适合高密度使用。XFP(10GigabitSmallForm-factorPluggable)光模块，X在罗马数字中代表10传输速率9.953Gbps～10.3Gbps，双LC，可热插拔，包含了数字诊断功能。SFP+光模块和SFP一样的外形，实现了10G的信号传输。SFP+将信号调制功能，串行/解串器、MAC、时钟和数据恢复(CDR)，以及电子色散补偿(EDC)功能从模块移到主板卡上，实现高速率、小型化和低成本。这几种万兆模块，出现的年代不同，尺寸从大到小，小的替代了大的，SFP+最终成为万兆光模块的主力。25G/40G光模块SFP28光模块基于SFP+的封装模式，传输速率25Gbps，适用于单个25GE接入端口，功耗低，端口密度较高，可节省网络部署成本，被广泛应用于25G以太网和100G以太网中。QSFP(QuadSmallForm-factorPluggable)光模块是四通道小型可插拔光模块。它具有四个独立的全双工收发通道，用多通道并行的高密度的光模块替换单通道的SFP，而QSFP的体积只比标准的SFP模块大30%。这种4通道的可插拔接口传输速率达到了4x10Gbps。100G光模块CFP光模块中的C代表100，主要针对的是100G及以上速率的应用，CFP封装模式主要包括CFP/CFP2/CFP4/CFP8，CFP后面的数字代表了更新换代，尺寸更紧密，速率更高。CFP光模块每路电接口速率定义为10Gb/s等级，通过4x10Gb/s和10x10Gb/s电接口实现40G和100G的模块速率。CFP2光模块的体积是CFP的1/2，它与CFP相似之处在于PCB上都设置了一个专用连接器，CFP2最高支持4x25G和8x25G速率。CFP4光模块比CFP2进一步缩小了尺寸，宽度是CFP2的一半，电接口支持单路10Gb/s和25Gb/s，通过4x10Gb/s和4x25Gb/s实现40G/100G的模块速率。CXP光模块(12*SmallForm-factorPluggable)尺寸比XFP光模块稍大，C代表100G，内置12个传输通道，每个通道以10Gb/s的速度运行，最高速率可达120G，主要用来满足数据中心高密度的需求，通常与并行多模光纤带一起使用，传输距离高达100米。QSFP28光模块的封装方式和QSFP+光模块一样，且都采用4个光纤通道来传输数据，不同的是，100GQSFP28光模块各个光纤通道的传输速率最高能达到28Gbps，主要用于100G传输应用。QSFP28光模块工作时的功耗通常不超过3.5W，比起其他100G光模块6-24W的功耗要低得多。200G/400G光模块QSFP-DD(QuadSmallFormFactorPluggable-DoubleDensity)Q指的是“Quad”，4路的意思，DD指的是“DoubleDensity”。将QSFP的4通道增加了一排通道，变为了8通道(doubledensity)。它可以与QSFP方案兼容，原先的QSFP28模块仍可以使用，只需再插入一个模块即可。QSFP28支持4x25G速率，QSFP-DD支持8x25G速率，所以两者的结构唯一差异之处就在QSFP-DD的电口金手指数量是QSFP28的2倍。OSFP(OctalSmallFormfactorPluggable)，Octal代表八进制，表示这一光模块用8个56G通道来实现400GbE。尺寸略大于QSFP-DD，56GbE的信号是由25G的DML激光器在PAM4的调制下形成的。该标准为新的接口标准，与现有的光电接口不兼容。CFP8光模块是专门针对400G提出的封装形式，其尺寸与CFP2相当。电接口支持25Gb/s和50Gb/s的通道速率，通过16x25G或8x50电接口实现400G模块速率。COBO(consortiumforonboardoptics)，它旨在将所有光学组件放置在PCB板上，摆脱前面板接口密度的束缚。这一方案具有散热好和尺寸小的特点，但其不能热插拔、维修起来较困难。以上是10G到400G光模块的封装模式光模块技术参数简介模块是用于交换机与设备之间传输的载体，是光纤通信系统中的核心器件。其主要作用是在发送端把电信号转换成光信号，通过光纤传送后，接收端把光信号转换成电信号。光模块经过了多年的发展，其封装方式也有了极大的变化，GBIC、SFP、XFP、QSFP+、OSFP、QSFP28、QSFP-DD、COBO等都是光模块封装类型。传输速率也从千兆、万兆、25G、40G、100G到200G、400G。除了封装模式和传输速率，光模块还有哪些重要的技术参数呢?今天来简单介绍一下。1、中心波长中心波长的单位是nm，目前主要有以下3种：·850nm(多模MM)，成本低但传输距离短，一般只能传输500m;·1310nm(单模SM)，传输过程中损耗大但色散小，一般用于40km以内的传输;·1550nm(单模SM)，传输过程中损耗小但色散大，一般用于40km以上的长距离传输，最远可以无中继直接传输120km。2、传输距离传输距离是指光信号无需中继放大可以直接传输的距离，分为短距、中距和长距三种。一般认为2km及以下的为短距离，10～20km的为中距离，30km、40km及以上的为长距离。光模块可传输的距离主要受到损耗和色散两方面受限。注意：·损耗是光在光纤中传输时，由于介质的吸收散射以及泄漏导致的光能量损失，这部分能量随着传输距离的增加以一定的比率耗散。·色散的产生主要是因为不同波长的电磁波在同一介质中传播时速度不等，从而造成光信号的不同波长成分由于传输距离的累积而在不同的时间到达接收端，导致脉冲展宽，进而无法分辨信号值。因此，用户需要根据自己的实际组网情况选择合适的光模块，以满足不同的传输距离要求。3、输出光功率输出光功率指光模块发送端光源的输出光功率。单位为W或mW或dBm。其中W或mW为线性单位，dBm是一个表示功率绝对值的值(也可以认为是以1mW功率为基准的一个比值)。在通信中，我们通常使用dBm来表示光功率。P(dBm)=10Log(P/1mW)4、接受灵敏度接受灵敏度指可以探测到的光强度，以dBm为单位。一般情况下，速率越高接收灵敏度越差，即最小接收光功率越大，对于光模块接收端器件的要求也越高。5、激光器类型·FP激光器：FP激光器的谐振腔由镀膜的自然解理面形成的，只能实现静态单模工作。在高速调制或温度和电流变化时，会出现模式跳跃和谱线展宽。·DFB激光器：