400G光模块分类及测试

bb娱乐网 2020-03-27 223

光模块是实现数据中心内部光网络互联的关键硬件设备,随着端口数和密度的提升,光模块的成本会占到数据中心光网络成本的接近一半。目前各大互联网公司新建的数据中心已经普遍采用100G的互联技术,并会在未来1~2年内大规模商用400G的互联技术。因此,400G光模块的实现技术成为业界关注的重点。

  • 从光波长上区分,400G光模块可以分为多模(MM)、单模(SM);
  • 从信号调制方式上,分为NRZ和PAM4调制(目前以PAM4为主);
  • 从传输距离上区分,400G光模块可以分为SR、DR、FR、LR;
  • 从封装形式上,400G光模块可以分为CDFP、CFP8、OSFP、QSFP-DD等。

下图是400G光模块的技术分类。

早期的400G光模块使用的是16路25Gbps NRZ的实现方式(如400G-SR16),采用CDFP或CFP8的封装。其优点是可以借用在100G光模块上成熟的25G NRZ技术,但缺点是需要16路信号进行并行传输,功耗和体积都比较大,不太适合数据中心的应用。

目前的400G光模块中,在光口侧主要是使用8路53GbpsPAM4(400G-SR8, FR8, LR8)或者4路106GbpsPAM4(400G-DR4, FR4, LR4)实现400G的信号传输,在电口侧使用8路53GbpsPAM4电信号,采用OSFP或QSFP-DD的封装形式。OSFP和QSFP-DD封装都可以提供8路电信号接口。相比较来说,QSFP-DD封装尺寸更小(和传统100G光模块的QSFP28封装类似),更适合数据中心应用;OSFP封装尺寸稍大一些,由于可以提供更多的功耗,所以更适合应用。

下图分别是400G-FR8/LR8以及400G-FR4的实现方式(Reference: OSFPMSA Specification for OSFP OCTAL SMALLFORM FACTOR PLUGGABLE MODULE)。

可以看到,其电口侧都是8路53Gbps PAM4信号。光口侧情况稍微复杂一些,对于400G-SR8/FR8/LR8等模块来说,光模块内部只是做CDR(时钟恢复)以及电/光或光/电转换,因此光口侧与电口测一样,也是8路53Gbps PAM4信号;对于400G-DR4/FR4/LR4等模块来说,光模块内部还有Gearbox(变速箱)芯片把两路电口输入复用成一路信号再调制到光上,因此光口侧的速率是电口侧速率的2倍,即4路106GbpsPAM4信号。

另外,由于多模光纤在短距离传输上的成本优势,所以IEEE也在2018年3月份成立了802.3cm工作组,把之前在业界讨论的用8路(SR8)甚至4路(SR4.2)多模光纤实现400G传输的技术纳入规范讨论中。

从未来来说,出于成本的考虑,用4路光信号实现400G传输的方式可能会成为主流;同时光模块的电接口也可能会逐渐升级到4路106GbpsPAM4的形式,以省去Gearbox芯片从而节省功耗和成本。在超远距离(>80km)传输上,以OIF组织正在制定的400G-ZR规范为例,会采用相干通信+DWDM方式实现。

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