時(shí)間進(jìn)入2019年，400G成為了光通信行業(yè)的熱門話題，全球領(lǐng)先的幾大光模塊廠商都推出了各自的400G光模塊。當(dāng)把這些廠商的400G光模塊封裝羅列出來(lái)后（如下圖所示），我們發(fā)現(xiàn)除了被收購(gòu)的Finisar以外，其他廠商都采用了QSFP-DD封裝——市場(chǎng)似乎已經(jīng)認(rèn)可了QSFP-DD作為400G光模塊封裝的首選。有個(gè)別廠商還額外推出了OSFP封裝和CFP8封裝的400G光模塊。

主流廠商的400G光模塊封裝一覽

（小提示：QSFP-DD是QSFP-DD MSA小組定義的一種高速可插拔模塊的封裝。）

為什么主流廠商都選擇QSFP-DD封裝呢？這是不是意味著未來(lái)的400G光模塊將以QSFP-DD封裝為主？為了弄清楚這些問(wèn)題，我們先來(lái)看看QSFP-DD的發(fā)展史。

QSFP-DD封裝的發(fā)展史

• 2016年3月21日，QSFP-DD MSA小組開始計(jì)劃開發(fā)QSFP-DD高速接口。
• 2016年9月19日，QSFP-DD MSA小組發(fā)布了包含圖紙的QSFP-DD硬件規(guī)格的初稿（1.0版本）。
• 2017年3月13日，QSFP-DD MSA小組發(fā)布了QSFP-DD硬件規(guī)格的2.0版本和QSFP-DD白皮書。
• 2017年9月19日，QSFP-DD MSA 小組發(fā)布了QSFP-DD硬件規(guī)格的3.0版本，并同期發(fā)布了CS連接器（一種用于QSFP-DD接口的新型連接器）的規(guī)格。
• 2018年3月13日，QSFP-DD MSA小組發(fā)布了QSFP-DD熱設(shè)計(jì)白皮書，解決了在高性能數(shù)據(jù)中心環(huán)境下如何評(píng)估QSFP-DD模塊的熱性能的問(wèn)題。
• 2018年8月30日，QSFP-DD MSA小組宣布QSFP-DD封裝成功通過(guò)了設(shè)備互操作性的測(cè)試，這意味著QSFP-DD封裝光模塊至此可以正式投入使用了。
• 2018年9月18日，QSFP-DD MSA小組發(fā)布了QSFP-DD硬件規(guī)格的4.0版本（最新版本）和8/16通道可插拔光模塊通用管理接口規(guī)范的3.0版本。至此，QSFP-DD MSA算是比較完善了，各大領(lǐng)先的光模塊廠商的QSFP-DD光模塊也在這一時(shí)期上市。例如，全球領(lǐng)先的光互連設(shè)計(jì)革新者Gigalight推出了用于大規(guī)模數(shù)據(jù)中心從100G跨越到400G這個(gè)過(guò)渡時(shí)期的200G光互連解決方案——200G QSFP-DD SR8光模塊和200G QSFP-DD系列有源光纜。

小結(jié)：從2016年初到2018年底，QSFP-DD的誕生到成熟歷經(jīng)了將近三年時(shí)間，這期間QSFP-DD MSA小組的成員也從當(dāng)初的13名推廣發(fā)起者增加到現(xiàn)在的14名推廣發(fā)起者（3家公司被收購(gòu)，所以實(shí)際上只剩下11名）和52名貢獻(xiàn)者。

這期間QSFP-DD MSA小組推廣發(fā)起者的變化也驗(yàn)證了一句老話：時(shí)勢(shì)造英雄。

II-VI收購(gòu)老牌光模塊廠商Finisar（菲尼薩）；

Broadcom（博通）收購(gòu)Brocade（博科）；

Lumentum（朗美通）收購(gòu)Oclaro（奧蘭若）；

Cisco（思科）也完成了對(duì)Luxtera的收購(gòu)。

經(jīng)過(guò)這么多收購(gòu)案，最后我們?cè)賮?lái)看看剩下的大佬們有哪些。這里面有芯片提供商大佬Broadcom（Avago并購(gòu)Broadcom后使用Broadcom作為品牌名），設(shè)備商大佬Cisco和Huawei，器件商大佬Lumentum，也有知名光模塊廠商Foxconn Interconnect Technology，知名零配件商Molex和TE Connectivity，等等，覆蓋整個(gè)通信行業(yè)。為什么這么多大佬共同大力推廣QSFP-DD封裝呢？下面讓我們來(lái)分析原因。

為什么采用QSFP-DD封裝

一個(gè)好的封裝首先必須支持網(wǎng)絡(luò)行業(yè)廣泛使用的傳輸媒介和光模塊類型。 傳輸媒介包括無(wú)源直連銅纜（DAC），多模光纖（MMF）和單模光纖（SMF）。 光模塊和有源銅纜或有源光纜則包括由以太網(wǎng)，光纖通道和InfiniBand標(biāo)準(zhǔn)定義的100Gb/s，200Gb/s和400Gb/s系列。 其次，新封裝的端口密度要與已經(jīng)部署的網(wǎng)絡(luò)一致。 最后，新封裝與已經(jīng)被廣泛應(yīng)用的QSFP封裝的向后兼容性對(duì)于行業(yè)采用至關(guān)重要。而QSFP-DD就是一種滿足以上所有條件的封裝。

QSFP-DD，全名雙密度四通道小型可插拔封裝，是一種新型模塊和籠式/連接器系統(tǒng)，類似于當(dāng)前的QSFP，但有一排額外的觸點(diǎn)，提供八通道電氣接口。與常規(guī)QSFP28模塊相比，QSFP-DD模塊支持的高速電接口數(shù)量增加了一倍，所以QSFP-DD的全名中有個(gè)“雙密度”。 QSFP-DD支持50Gb/s的PAM4電調(diào)制格式，與QSFP28模塊相比，其端口速率提高了4倍。接下來(lái)讓我們對(duì)QSFP-DD的特征逐一分析說(shuō)明。

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QSFP-DD模塊和設(shè)備接口示意圖

QSFP-DD的特征和好處

1. 在QSFP（一種已經(jīng)被廣泛采用的四通道電氣接口封裝，包括QSFP+和QSFP28）的基礎(chǔ)上進(jìn)行了擴(kuò)展。
2. 采用2×1堆疊式集成籠和連接器。由于行業(yè)需求，除了單高籠式連接器系統(tǒng)外，大多數(shù)可插拔封裝最終都會(huì)開發(fā)出一種雙高堆疊籠式連接器系統(tǒng)。通常，單高籠式連接器系統(tǒng)包含在最初的MSA規(guī)范中，而雙高籠式連接器系統(tǒng)則留給獨(dú)立供應(yīng)商。為了更好地服務(wù)于該行業(yè)，QSFP-DD MSA小組選擇同時(shí)開發(fā)單高和雙高籠式連接器系統(tǒng)。
3. QSFP-DD采用SMT（Surface-Mount Technology）連接器和1xN保持架，籠式設(shè)計(jì)優(yōu)化和模塊外殼優(yōu)化可實(shí)現(xiàn)每個(gè)模塊至少12瓦的熱容。QSFP-DD規(guī)范定義了高達(dá)14瓦的熱容級(jí)別以及14瓦以上的熱容級(jí)別。由于模塊和保持架設(shè)計(jì)中采用了創(chuàng)新的熱管理技術(shù)，QSFP-DD模塊在典型系統(tǒng)設(shè)計(jì)中支持至少12瓦的熱容，這受益于QSFP系列封裝系統(tǒng)設(shè)計(jì)的豐富的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。更高的熱容降低了模塊對(duì)散熱功能的要求，從而避免了不必要的成本。
4. 采用8通道電氣接口。QSFP-DD電氣接口采用8個(gè)通道，每通道速率高達(dá)25Gb/s（NRZ調(diào)制）或50Gb/s（PAM4調(diào)制），提供高達(dá)200Gb/s或400Gb/s聚合的解決方案。QSFP-DD可在單個(gè)交換機(jī)插槽中實(shí)現(xiàn)高達(dá)14.4Tb/s的聚合帶寬。通過(guò)在端口密度不變的情況下將聚合交換機(jī)帶寬增加四倍，QSFP-DD可以支持網(wǎng)絡(luò)帶寬需求和數(shù)據(jù)中心流量的持續(xù)增長(zhǎng)。

在QSFP-DD出現(xiàn)之前，最流行的接口一般是單通道（SFP和SFP+）或四通道（QSFP+和QSFP28），為了適應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)帶寬或信道容量的預(yù)期需求，行業(yè)組織定義了八通道的接口。 但是當(dāng)時(shí)支持八通道接口的可用封裝不具備支持更高速率接口的下一代系統(tǒng)所需的期望特征或密度。于是，QSFP-DD MSA小組在QSFP（QSFP+和QSFP28）的基礎(chǔ)上擴(kuò)展并定義了QSFP-DD。那么，QSFP-DD對(duì)比QSFP到底擴(kuò)展了什么呢？

QSFP-DD vs. QSFP (QSFP+/QSFP28)

1. QSFP-DD的帶寬最高可達(dá)QSFP+的十倍或QSFP28的四倍。QSFP有四條電氣通道，每通道速率為10Gb/s（QSFP+）或25Gb/s（QSFP28），聚合提供40Gb/s或100Gb/s的解決方案。 而QSFP-DD可插拔封裝的電氣接口采用8個(gè)通道，每通道速率高達(dá)25Gb/s（NRZ調(diào)制）或50Gb/s （PAM4調(diào)制），聚合提供高達(dá)200Gb/s或400Gb/s的解決方案。
2. QSFP-DD向后兼容QSFP+/QSFP28。使用QSFP-DD模塊設(shè)計(jì)的系統(tǒng)向后兼容，支持現(xiàn)有的QSFP+/QSFP28模塊，為終端用戶和系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員提供了靈活性。向后兼容性對(duì)于行業(yè)至關(guān)重要——由于ASIC設(shè)計(jì)用于支持多種接口速率，因此系統(tǒng)需要充分利用這一點(diǎn)。終端用戶可以利用較新的ASIC和系統(tǒng)產(chǎn)品，降低端口成本，并能夠插入各種當(dāng)前可用的QSFP+/QSFP28模塊，以支持其所需的媒介和傳輸距離，而無(wú)需單獨(dú)的系統(tǒng)產(chǎn)品。大大降低了部署新設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員還可以利用已知技術(shù)和設(shè)計(jì)構(gòu)建支持多種可插拔變體的通用產(chǎn)品。模塊設(shè)計(jì)人員無(wú)需將其低速率設(shè)計(jì)移植到新的非向后兼容封裝中，從而降低了總體成本。向后兼容性在器件規(guī)?；渴鸬臅r(shí)候能大量節(jié)省成本，所以非常重要。
3. QSFP-DD和QSFP+/QSFP28系統(tǒng)端口密度相同。 但是，由于每個(gè)QSFP-DD端口可以容納8個(gè)通道而不是4個(gè)通道，因此QSFP-DD將其支持的現(xiàn)有接口（如CAUI-4）的ASIC端口數(shù)量增加了一倍。
4. 主板上QSFP-DD的機(jī)械接口比QSFP+/QSFP28稍微深一些，用來(lái)容納額外的一排觸點(diǎn)。QSFP-DD高度和寬度與QSFP尺寸相同，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員能夠?yàn)榛赒SFP+/QSFP28或QSFP-DD的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)相同的系統(tǒng)端口計(jì)數(shù)密度。任何當(dāng)前的QSFP+或QSFP28模塊都可以插入QSFP-DD端口。

小結(jié)：QSFP-DD對(duì)比QSFP+/QSFP28僅僅是長(zhǎng)度增加了少許就在保證端口密度不變的情況下將帶寬提高到后者的10倍/4倍，而且還向后兼容，這意味著客戶跳過(guò)QSFP直接部署QSFP-DD系統(tǒng)都沒(méi)有關(guān)系，減少了大量的設(shè)備成本。

在文章的最開始，我們提到過(guò)有個(gè)別廠商還推出了OSFP封裝和CFP8封裝的400G光模塊，那么我們?cè)賮?lái)對(duì)比一下QSFP-DD和OSFP，以及QSFP-DD和CFP8，看看它們有什么不同。

QSFP-DD vs. OSFP vs. CFP8

QSFP-DD vs. OSFP

首先，讓我們來(lái)先了解一下OSFP。就在前不久（2019年1月16日）OSFP MSA發(fā)布了2.0版本，根據(jù)它的描述，OSFP是一種新的可插拔封裝，具有8個(gè)高速電氣通道，最初將支持400Gb/s（8x50G）。OSFP比QSFP寬一些和長(zhǎng)一些，但仍然支持每1U前面板36個(gè)OSFP端口，每1U可實(shí)現(xiàn)14.4Tb/s容量。

小提示：在最新發(fā)布的OSFP MSA中，OSFP已經(jīng)支持800Gb/s了，這可能是OSFP存在的理由。

1. 尺寸。根據(jù)前面的介紹，OSFP似乎跟QSFP-DD區(qū)別不大，僅僅是比QSFP-DD“寬一些和長(zhǎng)一些”而已。然而，當(dāng)對(duì)比了它們具體的尺寸數(shù)值之后，我發(fā)現(xiàn)這個(gè)差別并不只是一點(diǎn)點(diǎn)。QSFP-DD的寬度、長(zhǎng)度和厚度為18.35mm*89.4mm*8.5mm，而OSFP的寬度、長(zhǎng)度和厚度為22.58mm*107.8mm*13.0mm，粗略的把模塊當(dāng)作長(zhǎng)方體來(lái)計(jì)算，OSFP的體積是QSFP-DD的體積的兩倍多，顯然前者大的多。
2. 熱容（Thermal Capacity）和功耗。QSFP-DD尺寸較小，所以它的熱容只有7到12瓦；而OSFP尺寸較大，所以它的熱容可以達(dá)到12至15瓦。熱容越大，表示光模塊能承受的功耗越大。但是隨著技術(shù)的進(jìn)步，一些行業(yè)領(lǐng)先的制造商已經(jīng)可以將光模塊的功耗降低到遠(yuǎn)低于MSA規(guī)定的封裝熱容上限，所以較大的熱容在未來(lái)似乎算不上什么優(yōu)勢(shì)。和熱容一致，OSFP的功耗普遍高于QSFP-DD，而眾所周知，功耗是越低越好的。（作為全球領(lǐng)先的光互連設(shè)計(jì)革新者，Gigalight一直把低功耗作為光模塊的首要目標(biāo)之一，其100G QSFP28 SR4光模塊經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)方面的優(yōu)化之后的功耗已經(jīng)降低到2.5瓦以下，比同行的3.5瓦低了將近30%，其200G/400G光模塊在行業(yè)內(nèi)也有低功耗優(yōu)勢(shì)。）
3. 向后兼容。OSFP和QSFP-DD一樣向后兼容QSFP+/QSFP28，但是需要額外使用一個(gè)OSFP到QSFP的轉(zhuǎn)接適配器來(lái)實(shí)現(xiàn)。
4. 帶寬。QSFP-DD目前只能支持最高400Gb/s，但是OSFP可以支持最高到800Gb/s?？紤]到可擴(kuò)展性，不得不承認(rèn)，OSFP略勝一籌。但是800Gb/s為時(shí)尚早，等到800Gb/s開始部署時(shí)，或許已經(jīng)有更好的選擇也說(shuō)不定。

小結(jié)：QSFP-DD主要是應(yīng)用當(dāng)前即將大規(guī)模部署的400G網(wǎng)絡(luò)（以及100G到400G過(guò)度用的200G），而OSFP則更可能是為未來(lái)的800G網(wǎng)絡(luò)而準(zhǔn)備的。所以，結(jié)合現(xiàn)狀，QSFP-DD作為400G光模塊的封裝更合適。

QSFP-DD vs. CFP8

CFP系列從CFP開始，到CFP2，再到CFP4，最后終于到了CFP8，也算是歷史悠久的一個(gè)封裝系列了。和QSFP系列封裝相比，CFP系列封裝似乎一直都不怎么受歡迎，其原因很明顯——尺寸太大且功耗太高。推廣CFP MSA發(fā)展的頭兩家公司（Finisar和Oclaro）也相繼被收購(gòu)，我似乎感受到了CFP的窮途末路。。。先來(lái)了解一下CFP8。關(guān)于CFP8封裝規(guī)格的說(shuō)明，由CFP MSA在2017年3月17日正式發(fā)布<a >1.0版本</a>，和QSFP-DD MSA的2.0版本在同一時(shí)期。對(duì)比兩者，我們似乎早就該預(yù)見CFP8的沒(méi)落了。

1. 尺寸。CFP8的尺寸（41.5mm*107.5mm*9.5mm）比QSFP-DD明顯大的多，體積是QSFP-DD的3倍多，甚至比OSFP還要大30%以上。當(dāng)然，CFP系列的光模塊一直都定位用于電信級(jí)的應(yīng)用，其端口密度的要求并沒(méi)有數(shù)據(jù)中心那么高，所以尺寸大也說(shuō)的過(guò)去。但是隨著技術(shù)的進(jìn)步，QSFP系列的光模塊也開始勝任電信級(jí)的應(yīng)用，而且相比CFP系列光模塊，QSFP系列光模塊的功耗要低的多，于是CFP系列光模塊在電信級(jí)應(yīng)用的的主導(dǎo)地位岌岌可危。
2. 熱容和功耗。CFP8的熱容和功耗遠(yuǎn)高于QSFP-DD。關(guān)于熱容和功耗的介紹，在前面的QSFP-DD vs. OSFP已經(jīng)介紹過(guò)，道理是一樣的。
3. 向后兼容。關(guān)于CFP8的硬件規(guī)格說(shuō)明里完全沒(méi)有提到向后兼容（事實(shí)上，整個(gè)CFP系列似乎都不能向后兼容）。針對(duì)CFP和CFP2系列光模塊，市面上很早就已經(jīng)可以提供CFP到QSFP28的轉(zhuǎn)接適配器和CFP2到QSFP28的轉(zhuǎn)接適配器了，這也說(shuō)明部分曾經(jīng)的CFP系列的用戶現(xiàn)在已經(jīng)在改用QSFP28光模塊了。
4. 帶寬。CFP8和QSFP-DD最大的帶寬都是400Gb/s，但是CFP8只支持400Gb/s（16x25G或8x50G），而QSFP-DD同時(shí)支持200Gb/s（8x25G）和400Gb/s（8x50G）。

小結(jié)：無(wú)論從哪個(gè)方面看，QSFP-DD似乎都是比CFP8更好的選擇。

總結(jié)

通過(guò)分析QSFP-DD封裝的特征并將其與其他400G光模塊封裝對(duì)比，我們發(fā)現(xiàn)QSFP-DD在400G應(yīng)用（例如數(shù)據(jù)中心互連）具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。預(yù)計(jì)在全球領(lǐng)先的超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心即將部署400G的2019年，QSFP-DD或?qū)⒊蔀?00G光模塊的主流封裝。