光模塊封裝類型及技術(shù)參數(shù)VIP

近年來(lái)，大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、5G、物聯(lián)網(wǎng)以及人工智能等應(yīng)用市場(chǎng)快速發(fā)展，將要來(lái)臨的無(wú)人駕駛應(yīng)用市場(chǎng)，給數(shù)據(jù)流量帶來(lái)了爆炸性增長(zhǎng)，數(shù)據(jù)中心互聯(lián)逐漸發(fā)展成為光通信的研究熱點(diǎn)。目前的數(shù)據(jù)中心已不再僅僅是一座或幾座機(jī)房，而是一組數(shù)據(jù)中心集群。為實(shí)現(xiàn)各種互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)和應(yīng)用市場(chǎng)的正常工作，要求數(shù)據(jù)中心之間協(xié)同運(yùn)轉(zhuǎn)。數(shù)據(jù)中心之間信息實(shí)時(shí)海量交互，這就產(chǎn)生了數(shù)據(jù)中心互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)需求，光纖通信則成為了實(shí)現(xiàn)互聯(lián)的必要手段。與傳統(tǒng)的電信接入網(wǎng)傳輸設(shè)備不同，數(shù)據(jù)中心互聯(lián)要實(shí)現(xiàn)信息量更大、更密集的傳輸，就要要求交換設(shè)備擁有更高速率、更低功耗，以及更加小型化。而決定這些性能是否能夠?qū)崿F(xiàn)的一個(gè)核心因素，則是光模塊。信息網(wǎng)絡(luò)主要以光纖作為傳輸介質(zhì)，但目前計(jì)算、分析還必須基于電信號(hào)，光模塊是實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的核心器件。光模塊的核心組件由Transimitter(光發(fā)射次模塊)/Receiver(光接收次模塊)或Transceiver(光收發(fā)一體模塊)、電芯片，另外還包括透鏡、分路器、合束器等無(wú)源器件及外圍電路組成。常見的光模塊封裝模式有SFP、XFP、QSFP、CFP等。數(shù)據(jù)中心通信光模塊可按照連接類型分為三類：(1)數(shù)據(jù)中心到用戶，由訪問(wèn)云端進(jìn)行瀏覽網(wǎng)頁(yè)、收發(fā)電子郵件和視頻流等終端用戶行為產(chǎn)生;(2)數(shù)據(jù)中心互聯(lián)，主要用于數(shù)據(jù)復(fù)制、軟件和系統(tǒng)升級(jí);(3)數(shù)據(jù)中心內(nèi)部，主要用于信息的存儲(chǔ)、生成和挖掘。根據(jù)思科預(yù)測(cè)，數(shù)據(jù)中心內(nèi)部通信占數(shù)據(jù)中心通信70%以上的比例，數(shù)據(jù)中心建設(shè)的大發(fā)展，也就催生了高速光模塊的發(fā)展。數(shù)據(jù)流量持續(xù)增長(zhǎng)，數(shù)據(jù)中心大型化、扁平化趨勢(shì)推動(dòng)光模塊向兩方面發(fā)展：·傳輸速率需求提升·數(shù)量需求增長(zhǎng)數(shù)據(jù)中心大型化趨勢(shì)導(dǎo)致傳輸距離需求提升，多模光纖的傳輸距離受限于信號(hào)速率的提升，預(yù)計(jì)將逐漸被單模光纖代替。而光纖鏈路成本由光模塊和光纖兩部分組成，針對(duì)不同的距離，也有不同的適用方案。就數(shù)據(jù)中心通信所需的中長(zhǎng)距離互聯(lián)而言，有著誕生自MSA的兩種革命性方案：·PSM4(ParallelSingleMode4lanes)·CWDM4(CoarseWavelengthDivisionMultiplexer4lanes)其中，PSM4光纖使用量是CWDM4的4倍，當(dāng)鏈路的距離較長(zhǎng)時(shí)，CWDM4方案成本則相對(duì)較低。如今，400G光模塊的實(shí)現(xiàn)技術(shù)成為了業(yè)界關(guān)注的重點(diǎn)。400G光模塊的主要作用是能夠提高數(shù)據(jù)的吞吐量，能最大限度的提高數(shù)據(jù)中心的帶寬與端口密度。其未來(lái)的趨勢(shì)是實(shí)現(xiàn)寬增益、低噪聲、小型化和集成化等性能，滿足下一代無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心通信的應(yīng)用需求。目前的400G光模塊中，主要使用的是8路53GNRZ或者4路106GPAM4(4PulseAmplitudeModulation，4級(jí)脈沖幅度調(diào)制)信號(hào)調(diào)制的方式，來(lái)實(shí)現(xiàn)400G的信號(hào)傳輸。模塊封裝方面，采用的則是OSFP或QSFP-DD，這兩種封裝形式都可以提供8路電信號(hào)接口。相較來(lái)說(shuō)，QSFP-DD封裝尺寸更小，更適合數(shù)據(jù)中心應(yīng)用;OSFP封裝尺寸稍大一些，功耗更大，更適合電信應(yīng)用。光模塊封裝類型光模塊(opticaltransceiver)是光通信系統(tǒng)中重要的器件。前面我們也介紹了不同種類的光模塊，今天來(lái)系統(tǒng)的介紹光模塊封裝類型的變化。千兆光模塊GBIC(GigabitInterfaceConverter)光模塊是第一個(gè)封裝接口標(biāo)準(zhǔn)化的光模塊。采用SC接口，可熱插拔，可將千兆位的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，其在上世紀(jì)90年占據(jù)主流市場(chǎng)。SFP(SmallFactorPluggable)光模塊是一種小型可插光模塊，其體積較GBIC小一倍，在同樣大小的面板上配置多出一倍以上的端口數(shù)量，多采用LC型光纖接口。10G光模塊10GbE(英文全稱為10GigabitEthernet)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)得以通過(guò)，它規(guī)范了以10Gbit/s的速率來(lái)傳輸?shù)囊蕴W(wǎng)，傳輸距離為300m到40km。X2光模塊可直接放在電路板上，不需要開槽，適合高密度使用。XFP(10GigabitSmallForm-factorPluggable)光模塊，X在羅馬數(shù)字中代表10傳輸速率9.953Gbps～10.3Gbps，雙LC，可熱插拔，包含了數(shù)字診斷功能。SFP+光模塊和SFP一樣的外形，實(shí)現(xiàn)了10G的信號(hào)傳輸。SFP+將信號(hào)調(diào)制功能，串行/解串器、MAC、時(shí)鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù)(CDR)，以及電子色散補(bǔ)償(EDC)功能從模塊移到主板卡上，實(shí)現(xiàn)高速率、小型化和低成本。這幾種萬(wàn)兆模塊，出現(xiàn)的年代不同，尺寸從大到小，小的替代了大的，SFP+最終成為萬(wàn)兆光模塊的主力。25G/40G光模塊SFP28光模塊基于SFP+的封裝模式，傳輸速率25Gbps，適用于單個(gè)25GE接入端口，功耗低，端口密度較高，可節(jié)省網(wǎng)絡(luò)部署成本，被廣泛應(yīng)用于25G以太網(wǎng)和100G以太網(wǎng)中。QSFP(QuadSmallForm-factorPluggable)光模塊是四通道小型可插拔光模塊。它具有四個(gè)獨(dú)立的全雙工收發(fā)通道，用多通道并行的高密度的光模塊替換單通道的SFP，而QSFP的體積只比標(biāo)準(zhǔn)的SFP模塊大30%。這種4通道的可插拔接口傳輸速率達(dá)到了4x10Gbps。100G光模塊CFP光模塊中的C代表100，主要針對(duì)的是100G及以上速率的應(yīng)用，CFP封裝模式主要包括CFP/CFP2/CFP4/CFP8，CFP后面的數(shù)字代表了更新?lián)Q代，尺寸更緊密，速率更高。CFP光模塊每路電接口速率定義為10Gb/s等級(jí)，通過(guò)4x10Gb/s和10x10Gb/s電接口實(shí)現(xiàn)40G和100G的模塊速率。CFP2光模塊的體積是CFP的1/2，它與CFP相似之處在于PCB上都設(shè)置了一個(gè)專用連接器，CFP2最高支持4x25G和8x25G速率。CFP4光模塊比CFP2進(jìn)一步縮小了尺寸，寬度是CFP2的一半，電接口支持單路10Gb/s和25Gb/s，通過(guò)4x10Gb/s和4x25Gb/s實(shí)現(xiàn)40G/100G的模塊速率。CXP光模塊(12*SmallForm-factorPluggable)尺寸比XFP光模塊稍大，C代表100G，內(nèi)置12個(gè)傳輸通道，每個(gè)通道以10Gb/s的速度運(yùn)行，最高速率可達(dá)120G，主要用來(lái)滿足數(shù)據(jù)中心高密度的需求，通常與并行多模光纖帶一起使用，傳輸距離高達(dá)100米。QSFP28光模塊的封裝方式和QSFP+光模塊一樣，且都采用4個(gè)光纖通道來(lái)傳輸數(shù)據(jù)，不同的是，100GQSFP28光模塊各個(gè)光纖通道的傳輸速率最高能達(dá)到28Gbps，主要用于100G傳輸應(yīng)用。QSFP28光模塊工作時(shí)的功耗通常不超過(guò)3.5W，比起其他100G光模塊6-24W的功耗要低得多。200G/400G光模塊QSFP-DD(QuadSmallFormFactorPluggable-DoubleDensity)Q指的是“Quad”，4路的意思，DD指的是“DoubleDensity”。將QSFP的4通道增加了一排通道，變?yōu)榱?通道(doubledensity)。它可以與QSFP方案兼容，原先的QSFP28模塊仍可以使用，只需再插入一個(gè)模塊即可。QSFP28支持4x25G速率，QSFP-DD支持8x25G速率，所以兩者的結(jié)構(gòu)唯一差異之處就在QSFP-DD的電口金手指數(shù)量是QSFP28的2倍。OSFP(OctalSmallFormfactorPluggable)，Octal代表八進(jìn)制，表示這一光模塊用8個(gè)56G通道來(lái)實(shí)現(xiàn)400GbE。尺寸略大于QSFP-DD，56GbE的信號(hào)是由25G的DML激光器在PAM4的調(diào)制下形成的。該標(biāo)準(zhǔn)為新的接口標(biāo)準(zhǔn)，與現(xiàn)有的光電接口不兼容。CFP8光模塊是專門針對(duì)400G提出的封裝形式，其尺寸與CFP2相當(dāng)。電接口支持25Gb/s和50Gb/s的通道速率，通過(guò)16x25G或8x50電接口實(shí)現(xiàn)400G模塊速率。COBO(consortiumforonboardoptics)，它旨在將所有光學(xué)組件放置在PCB板上，擺脫前面板接口密度的束縛。這一方案具有散熱好和尺寸小的特點(diǎn)，但其不能熱插拔、維修起來(lái)較困難。以上是10G到400G光模塊的封裝模式光模塊技術(shù)參數(shù)簡(jiǎn)介模塊是用于交換機(jī)與設(shè)備之間傳輸?shù)妮d體，是光纖通信系統(tǒng)中的核心器件。其主要作用是在發(fā)送端把電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，通過(guò)光纖傳送后，接收端把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。光模塊經(jīng)過(guò)了多年的發(fā)展，其封裝方式也有了極大的變化，GBIC、SFP、XFP、QSFP+、OSFP、QSFP28、QSFP-DD、COBO等都是光模塊封裝類型。傳輸速率也從千兆、萬(wàn)兆、25G、40G、100G到200G、400G。除了封裝模式和傳輸速率，光模塊還有哪些重要的技術(shù)參數(shù)呢?今天來(lái)簡(jiǎn)單介紹一下。1、中心波長(zhǎng)中心波長(zhǎng)的單位是nm，目前主要有以下3種：·850nm(多模MM)，成本低但傳輸距離短，一般只能傳輸500m;·1310nm(單模SM)，傳輸過(guò)程中損耗大但色散小，一般用于40km以內(nèi)的傳輸;·1550nm(單模SM)，傳輸過(guò)程中損耗小但色散大，一般用于40km以上的長(zhǎng)距離傳輸，最遠(yuǎn)可以無(wú)中繼直接傳輸120km。2、傳輸距離傳輸距離是指光信號(hào)無(wú)需中繼放大可以直接傳輸?shù)木嚯x，分為短距、中距和長(zhǎng)距三種。一般認(rèn)為2km及以下的為短距離，10～20km的為中距離，30km、40km及以上的為長(zhǎng)距離。光模塊可傳輸?shù)木嚯x主要受到損耗和色散兩方面受限。注意：·損耗是光在光纖中傳輸時(shí)，由于介質(zhì)的吸收散射以及泄漏導(dǎo)致的光能量損失，這部分能量隨著傳輸距離的增加以一定的比率耗散。·色散的產(chǎn)生主要是因?yàn)椴煌ㄩL(zhǎng)的電磁波在同一介質(zhì)中傳播時(shí)速度不等，從而造成光信號(hào)的不同波長(zhǎng)成分由于傳輸距離的累積而在不同的時(shí)間到達(dá)接收端，導(dǎo)致脈沖展寬，進(jìn)而無(wú)法分辨信號(hào)值。因此，用戶需要根據(jù)自己的實(shí)際組網(wǎng)情況選擇合適的光模塊，以滿足不同的傳輸距離要求。3、輸出光功率輸出光功率指光模塊發(fā)送端光源的輸出光功率。單位為W或mW或dBm。其中W或mW為線性單位，dBm是一個(gè)表示功率絕對(duì)值的值(也可以認(rèn)為是以1mW功率為基準(zhǔn)的一個(gè)比值)。在通信中，我們通常使用dBm來(lái)表示光功率。P(dBm)=10Log(P/1mW)4、接受靈敏度接受靈敏度指可以探測(cè)到的光強(qiáng)度，以dBm為單位。一般情況下，速率越高接收靈敏度越差，即最小接收光功率越大，對(duì)于光模塊接收端器件的要求也越高。5、激光器類型·FP激光器：FP激光器的諧振腔由鍍膜的自然解理面形成的，只能實(shí)現(xiàn)靜態(tài)單模工作。在高速調(diào)制或溫度和電流變化時(shí)，會(huì)出現(xiàn)模式跳躍和譜線展寬?！FB激光器：