千兆光模块的组成结构

光模块，英文名称Opticalmodule。Optical，意思是视力、视觉、光学。

准确地说，光模块是各种模块类别的总称，包括：光接收模块、光发送模块、光收发一体化模块和光转发模块。

现在我们通常所说的光模块，一般是指光收发一体化模块(下面也是如此)。

光模块工作在物理层，即OSI模型的底部。它的作用很简单，就是实现光电转换。这样，光信号变成电信号，电信号变成光信号。

虽然看似简单，但实现过程的技术含量并不低。

光模块通常由光发射器（TOSA，包括激光器）、光接收器（ROSA、光探测器）、功能电路和光（电）接口组成。

光模块的组成。

在发射端，驱动芯片处理原始电信号，然后驱动半导体激光器（LD）或发光二极管（LED）发射调制光信号。

在接收端，光信号进来后，由光探测二极管转换为电信号，前置放大器后输出电信号。

包装光模块。

对于初学者来说，光模块最疯狂的是它极其复杂的包装名称和耀眼的参数。

这些只是包装名称的一部分。

包装，可简单理解为型号标准。它是区分光模块的主要方法。

光纤通信技术有这么多不同的包装标准，主要是因为光纤通信技术的发展快。

光模块的速率和体积不断提高，因此每隔几年就会产生新的包装标准。新旧包装标准之间通常很难兼容。

此外，光模块应用场景的多样性也是包装标准增加的原因之一。不同的传输距离。带宽需求。在使用场所，相应的光纤类型不同，光模块也不同。

枣君简要列出了包括包装在内的光模块分类方法，如下表所示:

光模块的分类方法。

在解释包装和分类之前，先介绍光通信的标准化组织。因为这些包装是由标准化组织决定的。

目前，全球有几个光通信标准化组织，如IEEE（电气和电子工程师协会）、ITU-T（国际电联）、MSA（多源协议）、OIF（光互联网论坛）、CCSA（中国通信标准化协会）等。

IEEEE和MSA是业内使用最多的。

MSA大家可能都不熟悉，它的英文名字是MultiSourceagrement(多源协议)。它是一种多供应商规范，与IEE相比是一种民间非官方组织形式，可以理解为行业内的企业联盟行为。

好吧，我们开始介绍包装。

首先，您可以看到下图，更准确地描述不同包装的出现时期，以及相应的工作速率。

我们不在乎那些太老或罕见的标准，主要看常见的包装。

GBIC

GBIC是GigabitrateinterfaceConverter。

2000年以前，GBIC是最流行的光模块封装，也是应用最广泛的千兆模块形式。

SFP

由于GBIC体积较大，后来SFP出现，开始取代GBIC的位置。

SFP，全称Smallform-factorPlugable，即小型可热插拔光模块。与GBIC封装相比，它的小小。

SFP的体积比GBIC模块小一半，可以在同一面板上配置两倍以上的端口数量。在功能上，两者没有太大区别，都支持热插拔。SFP支持的最大带宽是4Gbps。

XFP

XFP，是10-GigabitSmalform-factorplugable，一目了然，就是万兆SFP。

XFP采用XFI（10Gb串行接口）连接的全速单通道串行模块，可替代Xenpak及其衍生产品。

SFP+

SFP+，它和XFP一样是10G光模块。

SFP+的尺寸与SFP相同，比XFP更紧凑(减少30%左右)，功耗也更小(减少了一些信号控制功能)。

可以比较大小。

SFP28

SFP的速率达到25Gbps，主要是因为当时40G和100G光模块的价格太贵，所以做了这样的折衷过渡方案。

QSFP/QSFP+/QSFP28/QSFP28-DD。

QuadSmalform-factorplugable，四通道SFP接口。许多成熟的XFP关键技术都应用于这一设计。

QSFP可分为4×10GQSFP+.4×25GQSFP28.8×25GQSFP28-DD光模块等。

以QSFP28为例，适用于4x25GE接入端口。使用QSFP28可直接从25G升级到100G，无需40G，大大简化了布线难度，降低了成本。

QSFP28。

QSFP-DD成立于2016年3月，DD指的是DoubleDensity。QSFP的四通道增加了一排通道，变成了八通道。

它可以SFP方案兼容，原QSFP28模块仍可使用，只需再插入一个模块即可。QSFP-DD的金手指数量是QSFP28的两倍。

QSFP-DD。

QSFP-DD采用25GbpsNRZ或50GbpsPAM4信号格式。使用PAM4，最高可支持400Gbps速率。

NRZ和PAM4。

PAM4(4PulseAmplitudeModulation)是一种翻倍技术。

对于光模块，要想提高速度，要么增加通道数量，要么提高单通道速度。

传统数字信号最多采用NRZ(Non-Return-to-Zero)信号，即用高低信号电平表示要传输的数字逻辑信号的1.0信息，每个信号符号周期可传输1bit的逻辑信息。

PAM信号采用四个不同的信号电平进行信号传输，每个符号周期可以表示两个bit的逻辑信息(0.1.2.3)。在相同通道的物理带宽下，PAM4传输相当于NRZ信号信息量的两倍，从而实现速率的倍增。

CFP/CFP2/CFP4/CFP8。

CentumgigabitsFormPlugable，密集波分光通信模块。传输速率可达100-400gbps。

CFP是基于SFP接口设计的，尺寸较大，支持100Gbps数据传输。CFP可以支持单个100G信号、一个或多个40G信号。

CFP.CFP2.CFP4的区别在于体积。CFP2的体积是CFP的一半，CFP4是CFP的四分之一。

CFP8是专门针对400G的封装形式，其尺寸与CFP2相当。通过16x25g或8x50电接口，支持25gbps和50gbps的通道速率，实现400gbps模块速率。

OSFP

这与我们常说的OSPF路由协议有点混淆。

OSFP，OctalSmalformFactorplugable，O代表八进制，于2016年11月正式启动。

它被设计为使用8个电气通道来实现400gbe(8*56gbe，但56gbe的信号是由PAM4调制下的25gDML激光器形成的)，尺寸略大于QSFP-DD，瓦数较高的光学引擎和收发器散热性能稍好。

以上是一些常见的光模块包装标准。

400G光模块。

大家注意到，刚才介绍封装时，小枣君提到了QSFP-DD.CFP8和OSFP三个支持400Gbps的光模块。

400G是光通信行业的主要竞争方向。现在400G也是规模商业化的初期阶段。

众所周知，由于5g网络建设的大规模启动和云计算的快速发展，ICT行业对400g的需求随着大规模数据中心的批量建设而变化。