传统上,可插拔光模块的大多数应用都落在10km及以下,因此可以通过直接连接铜缆、基于多模VCSEL或单模直接检测光学技术进行有效地解决。随着数据速率的提高,信令速率稳步提高,并且随着400G的发展,出现了向更高阶调制(NRZ=>PAM4)的升级。但是,绝大多数应用都采用了传统的“直接检测”技术。
传统上,基于可定制的光器件和ASIC(特殊应用集成电路)的高性能,特定于供应商的相干线卡模块可以解决传输更长距离的问题,但是许多供应商已经研发出与客户端“插槽”兼容的高性能可插拔模块(尽管对电源,冷却和管理的要求更高)。最初的重点是电信应用,但是在诸如数据中心互连(DCI)等领域已经出现了一个越来越大的市场。长距离传输问题最好通过相干技术解决,并选用有市场潜力的高密度封装(包括电源和冷却),并且必须要低成本才能与市场预期保持一致。
如今的客户侧光接口
如今客户侧光模块已有多种类型的封装,但在客户端界面中最受欢迎的有两个系列,SFP系列和QSFP系列。SFP系列通常具有一条电气通道和一条光通道,通常用于“终端设备”(例如服务器或手机基站);而QSFP系列使用并行光通道和电气通道(传统上使用4条电气通道,而大多数情况下,将4条光通道用作并行光学器件或将单根光纤与CWDM光栅上的信号一起使用)。
当前用于客户端接口的最先进的400G可插拔模块是QSFP-DD模块,它通常用在处理最大带宽的交换机,路由器和传输设备等元件。融合了高速数字电子产品,宽带和低噪声模拟电子产品、DSP固件、微控制器、集成的光器件以及机械集成,所有高性能都导致了高成本。
需要解决几个关键问题:
可插拔的电气接口(在QSFP-DD中是双面,双堆栈连接器)将并行的高速电气主机引入模块接口。在400G以太网上,这通常是8条并行差分通道,这些通道使用PAM4调制,并使用高性能数字SERDES,并支持主机到模块接口的均衡。连接器还需要提供命令/控制接口,通常这些接口基于使用协议的I²C之类的双线接口。最新的400G QSFP-DD通常使用CMIS 4.0,这是一种针对400G的需求和应用而设计的高级状态协议。电源(通常在超过4A时为3.3V)经过连接器,为模块中的电器件和光器件提供了电源。
模块内部的高度集成的IC包括SERDES,现在通常基于DSP,支持主机和模块之间的均衡,并提供从8通道28Gbd PAM4到4通道100x /λ(56Gbd PAM4)的多路复用和解复用)用于光接口(例如DR4和LR4)。IC需要复杂的固件,尤其是DSP代码,并且通过微控制器协调对模块的管理和控制,该微控制器将用于协议模块管理的协议栈(即CMIS 4.0),所有正常的日常维护和管理(如冷却和电源管理)整合在一起,DSP的固件加载和管理,当然还有光器件的所有要求。光器件将由高度集成的激光器和接收器组成,这些发射器和接收器均符合诸如IEEE 802.3之类的严格而精确的标准。发射器和接收器都需要展现出宽带宽,低噪声和良好的线性度,以应对功率和散热要求。