400G光模塊介紹,400G光模塊都有哪些?

導讀

要實現數據中心內部光網絡互聯，光模塊是必不可少的，隨著埠數和密度的提升，數據中心光網絡的成本有一半將會被光模塊佔據。目前100G的互聯技術在各大網際網路公司新建的數據中心已普遍採用，並會在未來2～3年內400G互聯技術將大規模商用。因此，400G光模塊的實現技術成為業界關注的重點。

　　要實現數據中心內部光網絡互聯，光模塊是必不可少的，隨著埠數和密度的提升，數據中心光網絡的成本有一半將會被光模塊佔據。目前100G的互聯技術在各大網際網路公司新建的數據中心已普遍採用，並會在未來2～3年內400G互聯技術將大規模商用。因此，400G光模塊的實現技術成為業界關注的重點。

　　超大規模數據中心網絡帶寬的需求幾乎一年半至兩年翻一番，為了應對數據中心流量的不斷增長，超大規模數據中心平均每三年對網絡系統進行升級，國內的超大規模數據中心在2014年開始部署40G乙太網，2017年開始部署100G乙太網，按照這個進度， 國內的超大規模數據中心預計於2020年開始部署400G乙太網，大約2022年400G乙太網會進入大規模部署階段。

　　早期的400G光模塊使用的是16路25Gbps NRZ的實現方式（如400G-SR16），採用CDFP或CFP8的封裝。其優點是可以借用在100G光模塊上成熟的25G NRZ技術，但缺點是需要16路信號進行並行傳輸，功耗和體積都比較大，不太適合數據中心的應用。

　　目前的400G光模塊中，在光口側主要是使用8路53GbpsPAM4（400G-SR8、FR8、LR8）或者4路106GbpsPAM4（400G-DR4、FR4、LR4）實現400G的信號傳輸，在電口側使用8路53GbpsPAM4電信號，採用OSFP或QSFP-DD的封裝形式。OSFP和QSFP-DD封裝都可以提供8路電信號接口。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，由於可以提供更多的功耗，所以更適合電信應用。

　　從光波長上區分，400G光模塊可以分為多模（MM）、單模（SM）；從信號調製方式上，分為NRZ和PAM4調製（目前以PAM4為主）；從傳輸距離上區分，400G光模塊可以分為SR、DR、FR、LR；從封裝形式上，400G光模塊可以分為CDFP、CFP8、OSFP、QSFP-DD等。

　　400G產品

　　1、 CFP8 光模塊

　　CFP8是對CFP4的擴展，通道數增加為8通道，尺寸也相應增大，為40*102*9.5 mm^3。用16個25G的並行信號要以快速完成400G產品的上市和應用工作。但是成本較高，需要用到16個25G的雷射器，或者使用PLC分路器降低雷射器數量，但分路器的LOSS太高，直接導致雷射器的發射功率比較大，從而成本也會高漲。功耗也較高，面板接口密度太低，尺寸較大。

　　2、 OSFP光模塊

　　OSFP的英文全稱是Octal Small Formfactor Pluggable，Octal指的是8，八進位的意思，也就意味著直接用56G的電信號，8*56GbE，但56GbE的信號由25G的DML雷射器在PAM4的調製下形成。該標準為新的接口標準，與現有的光電接口不兼容。OSFP自帶散熱器，其尺寸為100.4*22.58*13 mm^3，比CFP8小很多，功耗也相對較低，最大只有15W，但比QSFP-DD的尺寸略大，因而需要更大面積的PCB，需要重新PCB以及Hosting cage、1RU前面板的機械結構。其電接口的引腳不同於QSFP-DD， 上下各有一排。

　　3、 QSFP-DD光模塊

　　QSFP-DD中Q指的是「Quad」，4路的意思，每一個QSFP56則是4*56Gbe，形成200G信號；DD指的是「Double Density」，是有兩個QSFP56並行，2*200G產生400Gbe信號，全稱是Quad Small Form Factor Pluggable-Double Density，該方案是對QSFP的拓展，將原先的4通道接口增加一行，變為8通道。尺寸比OSFP更小，能兼容現有的40GbE QSFP以及100GbE QSFP28接口，原先的QSFP28模塊仍可以使用，只需再插入一個模塊即可，做到平滑升級。由於增加了4個通道，其上下兩面電接口的引腳增加了一排。

　　4、 COBO光模塊

　　COBO是「consortium for on board optics」的簡稱，直接將反光模塊放置在PCB板中，不再受限於前面板接口密度的限制，同時散熱問題可以復用PCB板間強大的散熱器得以大大緩解。此模塊尺寸小，且尺寸不宜進一步降低的空間，但是由於不是熱插拔，一旦某個模塊出現故障，需要反整板業務停掉，取出板卡後才能進行，非常不方便。

　　從尺寸、功耗和成本這三方面來看，QSFP-DD和COBO在未來數據中心400G的應用更具有前景。

　　數據中心的光網際網路正面臨從100G到400G的過渡，針對不同應用場景的技術也在彼此競爭。400G光模塊作為未來數據中心內部光網絡互聯的關鍵硬體設備，也面臨速率、功耗、體積、成本等方面的挑戰。

　　同時，PAM4、FEC技術的廣泛採用也使得400G光模塊的測試和評估方法與傳統的100G光模塊有比較大的區別。為了保證其在有限成本和功耗下的性能，需要對其光口、電口的輸出質量、接收容限，以及承載真實業務數據下的誤碼率等表現進行詳細的測試，以保證設備間良好的互聯互通及可靠數據傳輸。