光收发一体模块(optical transceiver),简称光模块,是光通信系统中重要的器件。光模块的种类有很多,分类标准方式也有好几个,比如根据不同的封装形式、不同的应用领域、光模块的传输速率、按照发射或接收波长等来分类。其中最重要的分类就是封装了。
GBIC
GBIC模块的英文全称是Gigabit Interface Converter,在上世纪90年代相当流行。其设计上可以为热插拔使用,采用SC接口。是一种符合国际标准的可互换产品。采用GBIC接口设计的千兆位交换机由于互换灵活,在市场上曾占有较大的市场分额。可以说GBIC是第一个封装接口标准化的光收发模块,有着里程碑和划时代的地位。
SFP
SFP是Small Form Factor Pluggable的缩写,可以简单的理解为GBIC的升级版本。体积较GBIC小一倍,可以在相同的面板上配置多出一倍以上的端口数量,SFP模块也被为小型化GBIC(MINI-GBIC),多采用LC接口 。SFP模块的其他功能基本和GBIC一致,一般用在SONET/SDH网络、百兆/千兆以太网以及其他高速传输应用。
SFF
SFF是Small Form Factor的简称,SFF光模块是最早期的光模块产品之一,主要业务速率在2.5Gbps及以下,其电接口有两种规格:10pin和20pin,两种版本的主要数据信号接口是一致的。SFF的尺寸要比SFP小,并且是以插针的形式焊接到主板上的。
SFP+
10G SFP+光模块是SFP光模块的升级版,两者的物理封装相同,但是,SFP+光模块却能支持10Gbps的传输速率。与其他10G光模块相比(例如Xenpak和XFP光模块),SFP+只保留了基本的电光、光电转换功能,减少了原有XFP设计中的信号控制功能,从而简化了10G光模块的设计,功耗也因而更小,体积最小,最能适应高密度端口应用,成为最受欢迎的10G光模块。
CSFP
CSFP(Compact-SFP)在SFP工业封装基础上,通过采用双通道,甚至四通道的设计,CSFP不改变现有接口形式,但将外形尺寸缩小到现有标准的1/2或1/4,通过组合还可灵活配置通道数量。采用高集成度光电回路和封装技术研制的CSFP光模块继承了SFP所有的技术优势,大幅度减小光模块和通信系统设备的外形尺寸,成倍提升端口密度及信息吞吐量的同时也降低了系统成本。
SFP28
100G QSFP28转接4x25G SFP28的线缆
SFP28适用于单个25GE接入端口。SFP28模块,基于SFP+的封装形式,支持25G以太网标准。SFP28能提供25Gb/s的无误码传输,在超四类多模光纤中传输距离可达到100米,并能应用于高密度的25G以太网交换机和网路接口中,促进数据中心的服务器连接。它采用如今流行的SFP+封装形式,为企业升级10G以太网连接,提供了一个更具成本效益的解决方案。
QSFP / QSFP+
QSFP,全称是Quad Small Form-factor Pluggable,四通道小型可插拔光模块,具有四个独立的全双工收发通道。它的设计初衷是用高密度的光模块替换单通道的SFP,QSFP只比标准的SFP模块大30%。QSFP是为了满足市场对更高密度的高速可插拔解决方案的需求而诞生的。这种4通道的可插拔接口传输速率达到了4x10Gbps。很多XFP中成熟的关键技术都应用到了该设计中。
QSFP28
100G QSFP28光模块的封装方式和40G QSFP+光模块一样,且都采用4个光纤通道来传输数据,不同的是,100G QSFP28光模块各个光纤通道的传输速率最高能达到28Gbps,主要用于100G传输应用。与100G CFP光模块相比,100G QSFP28光模块更能适应高密度布线,受到了大多数数据中心的广泛青睐。100G QSFP28光模块首次出现是在2013年,经过近几年的发展已经衍生出多个类别适合不同的传输应用。
microQSFP
microQSFP(小型化的QSFP),2015年才成立的多元协议,与QSFP一样是4个通道,但是尺寸仅SFP模块大小,支持25G和50G (PAM4调制) 通道速率。通过模块壳体上散热翅片设计,有更优异的热性能。
300 Pin
300 Pin模块属于第一代10G模块,主要应用于SDH,把电接口改成10G以太网16位接口(XSBI)后也可应用于10G以太网。因为电接口的信号数目增多了,所以电连接器的管脚(PIN)数目也相应增加了很多,就用了一个300针的连接器,这是其名字的由来。300 Pin与后一代的XENPAK/XPAK/X2里面都集成了串并转换芯片,被叫做Transponder。
XENPAK
Xenpak(10 Gigabit Ethernet Transceiver Package)是针对10G 以太网推出的第一代光模块,采用IEEE 802.3ae标准中的10G附加单元接口(XAU)作为数据通路;Xenpak在G.652的单模光纤上传输距离可以达到10 km,适合于城域范围的应用,Xenpak光模块体积较大,功耗也较大。
XPAK / X2
XPAK模块(左)与X2模块(右)
Xpak和X2光模块都是从Xenpak标准演进而来的,其内部功能模块与Xenpak基本相同,在电路板上的应用也相同,都是使用一个模块即可实现10G以太网光接口的功能。由于Xenpak光模块安装时需要在电路板上开槽,实现较复杂,无法实现高密度应用。而Xpak和X2光模块经过改进后体积只有Xenpak的一半左右,可以直接放到电路板上。可以说Xpak和X2是非常相近的标准,X2相比Xpak的改动主要反映在导轨系统上。
XFP
Finisar联合了大约10个公司在2002年3月成立了XFP MSA,制定了XFP模块规范。XFP的全称是10 Gigabit Small Form Factor Pluggable,与之前几种10G光模块相比,XFP外形最紧凑、成本最低廉。由于电路预加重和均衡技术的成熟,XFP模块里就不再放置串并转换芯片,不再属于Transponder,同时光器件尺寸也小了很多,IC集成度也更高,小型化也就变成了可能。
CFP系列
CFP8
除开SFP和QSFP封装,CFP应该是光模块中最常见的封装形式了。CFP中的C在罗马数字中代表100,所以CFP主要针对的是100G(也包括40G)及以上速率的应用。CFP家族主要包括CFP/CFP2/CFP4/CFP8,其中CFP8还处于开发阶段。不同于QSFP后面的附加数字10、28代表速率等级,CFP后面的数字代表了更新换代,尺寸更紧凑(CFP8除外),速率更密度更高。
CFP每路电接口速率定义为10Gb/s等级,通过4x10Gb/s和10x10Gb/s电接口实现40G和100G的模块速率。
CFP2尺寸仅CFP的一半,电接口可以支持单路10Gb/s,也可以支持单路25Gb/s甚至50Gb/s,通过10x10G,4x25G,8x25G,8x50G电接口实现100G/200G/400G的模块速率。
CFP4尺寸又缩减为CFP2的一半,电接口支持单路10Gb/s和25Gb/s,通过4x10Gb/s和4x25Gb/s实现40G/100G的模块速率。
CFP8是专门针对400G提出的封装形式,其尺寸与CFP2相当。电接口支持25Gb/s和50Gb/s的通道速率,通过16x25G或8x50电接口实现400G模块速率。
CXP
CXP光模块的传输速率高达12×10Gbps,支持热插拔。CXP光模块主要针对高速计算机市场,是CFP光模块在以太网数据中心里的补充。CXP光模块尺寸比XFP光模块或CFP光模块大,因此可提供更高密度的网络接口。可支持12个适用于100 GbE,3个适用于40 GbE通道的10G链路传输或12个10G以太网光纤通道或无线宽带信号的12×QDR链路传输。
CPAK
100G CPAK光模块由思科公司于2013年独立开发。这种光模块的电接口总共设置有82个PIN(上排40个下排42个),采用SC或MPO接口,是首个以互补金属氧化物半导体光子技术为基础的光模块,它的传输距离比CXP(传输距离100m)光模块远,尺寸和功耗比CFP光模块更小,符合多种IEEE接口标准,适合数据中心、企业网等应用的高密度光纤连接。
OSFP
OSFP是一个8通道连接器,略大于QSFP-DD,但相对较热,更高瓦数的光学引擎和收发器,散热性能稍好。OSFP外形规格不向现有规格提供向后兼容性,但其设计可提供最大的热性能和电气性能。“O”代表着“八进制”,它被设计为使用8个电气通道来实现400GbE。OSFP旨在于即将到来的以标准还在制定中的50Gbps电信号工作的设备。
QSFP-DD
QSFP-DD MSA成立于2016年3月,成员包括了52家业内公司。该MSA主要致力于发展比现有QSFP28模块 更高速率的光模块,并可以同QSFP后向兼容。QSFP-DD 采用8路电接口,每路采用25Gbps NRZ或者50Gbps PAM4信号格式,最高可以支持400Gbps速率。另外,36个QSFP-DD光模块可以插入一个交换机槽,总计提供14.4Tbps的容量。
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