三種封裝形式下的400G光模塊概述

流量爆發(fā)式增速需求：400G****光模塊應(yīng)運而生

5G時代的到來，催生了4K高清視頻，多維視頻，高性能計算等各種領(lǐng)域的應(yīng)用，從而大帶寬、高并發(fā)比、及時性高要求促使網(wǎng)絡(luò)流量通道底座的升級迭代，以實現(xiàn)更高效率的數(shù)據(jù)傳輸。采用的100G鏈路疊加，但是已有的光纖資源跟不上帶寬要求的增長，因此更大帶寬出入口的要求更加明顯。從200G過渡到400G，事實證明不管是在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用還是在長距離波分技術(shù)設(shè)備傳輸上，400G的端口增長的速度都是相當(dāng)可觀的。400G端口技術(shù)可以大幅度的提高鏈路傳輸效率，提升網(wǎng)絡(luò)帶寬，幫助大型互聯(lián)網(wǎng)公司和運營商應(yīng)對流量爆發(fā)式增長而帶來的問題。

由傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心到高性能超算中心的演變

互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展引起的數(shù)據(jù)爆發(fā)式增長，對數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)傳輸提出了新的挑戰(zhàn)，動態(tài)遷移和高性能被提出來。從傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心三層架構(gòu)模式（接入層-匯聚層-核心層）演變到到現(xiàn)在的大二層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，即Spine/leaf架構(gòu)；數(shù)據(jù)的流向也由傳統(tǒng)的收斂式南北向到現(xiàn)在的分散式東西向。下圖比較清晰的顯示了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心和高性能數(shù)據(jù)中心在規(guī)模，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，數(shù)據(jù)流量及流向，光模塊端口數(shù)量和光模塊速率上的區(qū)別。

為何400G光模塊會成為高性能數(shù)據(jù)中心的主流應(yīng)用方案？

上文中提到高性能數(shù)據(jù)中心在規(guī)模上要比傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心大得多，屬于大流量傳輸，因而更需要多通道數(shù)量上高速率數(shù)據(jù)吞吐量的端口完成數(shù)據(jù)的快速交換和存儲，即單位時間內(nèi)能夠傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量越多，那么數(shù)據(jù)傳輸越快，成本約低。400G光模塊采用的先進的PAM4調(diào)制技術(shù)，可以實現(xiàn)高速率，低延時的數(shù)據(jù)傳輸，同時降低成本。

什么是PAM4技術(shù)？

PAM4，即4-Level Pulse Amplitude Modulation，中文名叫做四電平脈沖幅度調(diào)制。PAM4采用4個不同的電平信號完成傳輸，比NRZ使用高、低兩種電平信號表示數(shù)據(jù)邏輯信息翻了一倍的數(shù)據(jù)量。PAM4技術(shù)在400G和800G光模塊方案應(yīng)用中，成本更低，性能更穩(wěn)定。

400G光模塊在新型數(shù)據(jù)中心的光互聯(lián)解決方案

武漢格凌科技面向數(shù)據(jù)中心提出了多種解決方案，主要包含以下幾款：400G QSFP-DD SR8，400G QSFP-DD SR4，400G QSFP-DD DR4，400G QSFP-DD FR4，400G QSFP-DD AOC，400G QSFP-DD 1TO2/4 AOC，400G OSFP-RHS SR4，400G OSFP DR4，400G OSFP SR8 TO 2*QSFP56 AOC，400G QSFP112 SR4，400G QSFP112 DR4。

400G QSFP-DD SR8

400G QSFP-DD SR8是一款可熱插拔的光收發(fā)模塊，設(shè)計應(yīng)用于高性能數(shù)據(jù)中心高速光模塊RoCE主流解決方案，此款產(chǎn)品為8通道模塊，單通道速率為53.125Gbps，接口使用MPO-16芯跳線，在OM3線纜上傳輸距離70米，在OM4線纜上可傳輸100米，該產(chǎn)品符合IEEE802.3協(xié)議標準。

400G QSFP-DD SR4

400G QSFP-DD SR4的封裝形式是QSFP-DD，此款光模塊在電口側(cè)用的是50GPAM4調(diào)制方式，在光口側(cè)是100GPAM4調(diào)制方式，可實現(xiàn)425Gbps速率的傳輸。在多模OM4的線纜上可支持100米的數(shù)據(jù)傳輸。

400G QSFP-DD DR4

400G QSFP-DD DR4其傳輸速率和封裝形式與400G QSFP-DD SR4和400G QSFP-DD SR8一樣，都是QSFP-DD封裝，傳輸速率都是400G。此款產(chǎn)品是一款單模光模塊，傳輸波長是1310nm，在單模光纖上可傳輸500米的距離，使用MPO-2 APC接口的單模光纖跳線。

400G QSFP-DD FR4

400G QSFP-DD FR4與400G QSFP-DD DR4一樣，封裝形式、傳輸速率和傳輸模式都一樣。400G QSFP-DD FR4延續(xù)了合波和分波技術(shù)，將4路光合波或者是分波為一束，F(xiàn)R4比DR4能夠傳輸更長距離，在接口為雙LC的單模線纜上，可傳輸2km距離。

400G QSFP-DD AOC

400G QSFP-DD AOC有源光纜是400G系列AOC中常見的一款，該線纜電口側(cè)是8*53.125Gbps PAM4調(diào)制模式，非氣密性COB光學(xué)設(shè)計，MSA支持CMIS4.0，3.3V電源供電，400G端功耗小于8W，F(xiàn)EC條件下，在OM4多模光纖上最大長度可達100m，工作溫度是0℃~70℃。我司現(xiàn)將AOC固件升級為卡扣式，這將大大減輕了布線過程中因為光模塊故障原因而帶來的繁瑣拆線環(huán)節(jié)。

400G QSFP-DD 1TO2/4 AOC

400G QSFP-DD 1TO2/4 AOC有源光纜是屬于分支光纜，可1分2或者是1分4。封裝是QSFP-DD轉(zhuǎn)QSFP56，電口側(cè)是8*53.125Gbps PAM4調(diào)制模式，非氣密性COB光學(xué)設(shè)計，MSA支持CMIS4.0，3.3V電源供電，400G端功耗小于8W，200G每端功耗小于4.5W，

FEC條件下，在OM4多模光纖上最大長度可達100m，工作溫度是0℃~70℃。我司現(xiàn)將AOC固件升級為卡扣式，這將大大減輕了布線過程中因為光模塊故障原因而帶來的繁瑣拆線環(huán)節(jié)。

400G OSFP-RHS ** SR4**

400G OSFP-RHS SR4是一款無散熱器封裝的400G光模塊，電口側(cè)是100GPAM4調(diào)制，4通道，光口側(cè)是400GBASE-SR4。屬于非氣密性COB光學(xué)設(shè)計，MSA支持CMIS5.2，3.3V電源供電，功耗小于9W，采用MPO-12APC光接口，在多模光線上最遠傳輸距離100米，工作殼溫0℃~70℃。

400G OSFP DR4

400G OSFP DR4的封裝是帶散熱的OSFP封裝，電口側(cè)是100GPAM4調(diào)制，4通道，光口側(cè)是400GBASE-DR4。非氣密性COB光學(xué)設(shè)計，采用硅光方案，MSA支持CMIS5.2，3.3V電源供電，功耗小于9W，采用MPO-12APC光接口，在單模光纖上最遠傳輸距離500米，工作殼溫0℃~70℃。

400G OSFP SR8 TO 2*QSFP56 AOC

400G OSFP SR8 TO 2*QSFP56 AOC是400G分2個200G有源光纜，該線纜的400G端光模塊是400G OSFP SR8，電口側(cè)是50G PAM4調(diào)制模式。我司現(xiàn)將AOC固件升級為卡扣式，這將大大減輕了布線過程中因為光模塊故障原因而帶來的繁瑣拆線環(huán)節(jié)。

400G QSFP112 SR4

400G QSFP112 SR4是一款傳輸速率為400G，封裝為QSFP112的多模光模塊，電口采用100G PAM4調(diào)制，使用MPO-12 APC OM4的多模光纖最遠可傳輸100米距離，工作殼溫0℃~70℃。

400G QSFP112 DR4

400G QSFP112 DR4是一款傳輸速率為400G，封裝為QSFP112的單模光模塊，電口采用100G PAM4調(diào)制方式，光口側(cè)是400GBASE DR4，非氣密性光學(xué)設(shè)計硅光方案，功耗小于10W，在單模MPO-12 APC單模光纖上最遠可傳輸500米，工作殼溫0℃~70℃。

QSFP-DD、OSFP和QSFP112的區(qū)別是什么？

上文對400G光模塊各種型號的梳理，我們可以了解到400G光模塊的封裝形式主要有3種，即QSFP-DD、OSFP和QSFP112。那么這3種封裝形式到底有什么區(qū)別呢？

電口調(diào)制

從電口側(cè)看，QSFP-DD的電口是8路50G PAM4調(diào)制方式，而QSFP112電口是4路100G PAM4調(diào)制方式，電口單通道速率是QSFP-DD的一倍。OSFP封裝的光模塊在電口側(cè)可以是8路50G PAM4或者是4路100G PAM4調(diào)制方案。

尺寸兼容性

QSFP-DD封裝和QSFP28封裝是完全兼容的，從而尺寸和QSFP28也是一樣的，在現(xiàn)有設(shè)備支持的情況下，可以直接更換模塊配件，完成傳輸速率的升級迭代。OSFP封裝因其帶有散熱裝置，則其尺寸會比QSFP-DD略大一些，與100G的QSFP28封裝不兼容。QSFP112封裝的112的意思是單通道速率是112Gbps,400G QSFP112 SR4和400G QSFP112 DR4都為4路通道，那么整個光模塊的速率就可以達到400G的傳輸速率，并且改模塊也兼容100G QSFP28封裝，也便于現(xiàn)有設(shè)備傳輸速率的更新迭代。

功耗

OSFP封裝因為集成了散熱器，與QSFP-DD和QSFP112封裝相比，散熱的性能更好，從而也就具有更低的功耗特征。光模塊的功耗指標是如此的重要，不僅影響到光模塊的性能和使用壽命，更是影響到整個數(shù)據(jù)中心的能源消耗和散熱。那么OSFP集成了散熱裝置，在同等傳輸速率和距離的情況下，其消耗的能源更低，這對于大規(guī)模的數(shù)據(jù)中心和高性能超算中心系統(tǒng)尤為重要。能耗因素甚至成為了超算中心能否盈利的一個關(guān)鍵因素。

關(guān)于AOC卡口設(shè)計方案

之前AOC設(shè)計的方案，光纖線纜和光模塊是集成一體式，用膠水固定，不可拆卸。這樣的設(shè)計方案使得AOC線纜在布線過程中非常被動，如果任一一端的光模塊出現(xiàn)故障，整根線纜抽出將非常麻煩。目前我司對AOC做了固件升級，用卡口的方式將線纜和光模塊固定在一起，這樣即實現(xiàn)了AOC的功能，同時也能在光模塊出現(xiàn)故障的情況下，在不動線纜的情況下，即可對光模塊拔出，進行故障排除或者更換。

400G光模塊目前已經(jīng)成為大型超算中心的主要連接方案，各大光模塊廠家的出貨量非?？捎^。隨著應(yīng)用的增長，400G光模塊的穩(wěn)定性和兼容性將會有很大的進步，尤其是客戶關(guān)注的功耗參數(shù)指標上，相信在不久的將來，400G光模塊的選型會減少，并且在性能各方面會比現(xiàn)階段的產(chǎn)品更加穩(wěn)定可靠。

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