近年來，更高數(shù)據(jù)速率的光模塊不斷涌現(xiàn)，光模塊的設(shè)計(jì)復(fù)雜性在不斷提高。借助當(dāng)今的100G光網(wǎng)絡(luò)，我們正處在影響網(wǎng)絡(luò)硬件成本和光纖基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)的時(shí)代。

如果簡化100G光模塊，由于可插拔光模塊中的組件更少，可以將制造量和成本擴(kuò)大到當(dāng)今10G SFP+光模塊的水平。通過硅光技術(shù)和信號處理技術(shù)，單波100G光模塊面世。當(dāng)新一代100G封裝可用時(shí)，將能夠重用第一代并逐步過渡，還能夠直接升級至400G。

簡化100G光模塊優(yōu)勢

• 隨著100G光模塊過渡到新的100G封裝，投資將面向未來
• 通過SMF（單模光纖）鏈路降低2km雙工傳輸和數(shù)據(jù)中心葉脊連接的總成本
• 連接400G交換機(jī)和路由器，不犧牲端口帶寬
• 一次一個(gè)站點(diǎn)升級到400G交換機(jī)和路由器

是時(shí)候推出新一代100G光模塊了

回到10G SFP+可插拔光模塊最先進(jìn)的時(shí)代，選擇很少且簡單，因?yàn)樗鼈兊奈ㄒ还δ苁菍㈦娦盘栟D(zhuǎn)換為光信號，反之亦然。

在隨后的幾年中，網(wǎng)絡(luò)帶寬需求增加，這意味著光鏈路的數(shù)據(jù)速率也必須提高。它不僅增加了，它還加速了。IEEE和SFF等標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)不得不考慮提高數(shù)據(jù)速率的方法，以超越更快的激光器和光接收器。WDM（波分復(fù)用）、并行光纖、CTLE（連續(xù)時(shí)間線性均衡）和FEC（前向糾錯(cuò)）等技術(shù)被納入標(biāo)準(zhǔn)。

這種復(fù)雜性不僅會影響可插拔光模塊本身的成本，還會影響光纖基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)，這對硬件成本和運(yùn)營成本都有影響。復(fù)雜性還增加了光模塊與交換機(jī)或路由器之間以及來自不同供應(yīng)商的光模塊之間的互操作性失敗的風(fēng)險(xiǎn)。于是，為了使明天的100G光模塊與今天的10G SFP+光模塊一樣低成本和低風(fēng)險(xiǎn)，需要進(jìn)行根本性的改變。

圖1：在100G和400G數(shù)據(jù)速率下，光模塊占系統(tǒng)總成本比例增加

什么是單波長100G？

單波100G光學(xué)規(guī)范首先由100G λ MSA（多源協(xié)議）標(biāo)準(zhǔn)化。因?yàn)樗脑妇笆菫楦呙芏榷郥B交換、路由和傳輸網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建具有成本效益的解決方案。目標(biāo)是定義允許未來100G和400G光模塊的光學(xué)規(guī)范，這些光模塊可以擴(kuò)展到大批量制造，從而實(shí)現(xiàn)低成本。

單波方案的基礎(chǔ)是使用PAM4（四電平脈沖幅度調(diào)制）。在此之前，幾乎所有100G光學(xué)規(guī)范都包含NRZ（不歸零），這是一種兩級二進(jìn)制調(diào)制格式。對比之下，PAM4包含兩倍的數(shù)據(jù)量，而無需顯著提高光學(xué)組件的速度。因此，同樣只能承載50G和NRZ的基本光學(xué)技術(shù)可用于100G PAM4。

大批量可制造性

為什么最小化模塊中的組件很重要？參考圖2，它顯示了當(dāng)前100G QSFP28光模塊的組成部分。請注意，它們本質(zhì)上是四通道器件，光接口朝右，電接口朝左。四個(gè)通道中的每一個(gè)都承載25G的NRZ數(shù)據(jù)，總共100G。

圖2：QSFP28模塊本質(zhì)上是四通道器件

將此與圖3中進(jìn)行對比，這是一個(gè)典型的10G SFP+光模塊，它很簡單，只有一個(gè)通道可以承載10G的數(shù)據(jù)。通常只有一個(gè)激光器、一個(gè)光電二極管和用于光電轉(zhuǎn)換和電光轉(zhuǎn)換的簡單驅(qū)動(dòng)電路。這種簡單性是制造商能夠每年生產(chǎn)2000萬個(gè)10G SFP+光模塊的關(guān)鍵。

圖3：SFP+ 光模塊本質(zhì)上是單通道器件

前向兼容性

最終，當(dāng)100G SerDes（串行器 - 解串器）在交換機(jī)和路由器端口上可用時(shí)，端口后面的ASIC可以接管FEC和PAM4功能，讓光模塊僅執(zhí)行光電和電光轉(zhuǎn)換。然后我們可以通過使用更小的SFP封裝來增加面板帶寬密度，在電口側(cè)使用一個(gè)100G通道與交換機(jī)或路由器端口連接，這種封裝可能被稱為SFP112。

不過，我們還沒有。同時(shí)，我們有QSFP28封裝，可以在模塊內(nèi)部執(zhí)行FEC和PAM4，并將電氣4x25G通道轉(zhuǎn)換為單個(gè)100G通道?，F(xiàn)在采用這種QSFP28的好處是，當(dāng)SFP112可用時(shí)，使用QSFP28模塊的傳統(tǒng)交換機(jī)和路由器將與使用SFP112光模塊的新主機(jī)互操作，而且不需要4x25G到100G的轉(zhuǎn)換，因?yàn)殡娊涌诤凸饨涌诙际菃瓮ǖ?00G。這種前向兼容性對于網(wǎng)絡(luò)升級策略非常有利，因?yàn)樗梢苑乐鼓F(xiàn)有的QSFP28模塊在您添加新的基于SFP112的硬件時(shí)變得過時(shí)。

圖4顯示了SFP112模塊的示意圖。請注意，它看起來與圖3幾乎相同。兩者都是單通道，只需要一個(gè)激光器和光接收器。SFP112可能需要CDR（時(shí)鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù)）電路。

圖4：100G SFP封裝

展望400G

展望具有400G端口的最新一代交換機(jī)和路由器，單波100G對于升級具有操作靈活性的網(wǎng)絡(luò)至關(guān)重要。它支持400G?QSFP-DD光模塊，可通過分支光纜與單波100G光模塊互操作。例如，易飛揚(yáng)的400G QSFP-DD DR4，可以連接四個(gè)獨(dú)立的100G QSFP28 FR光模塊。（見圖5）

圖5：通過分支光纜實(shí)現(xiàn)400G到100G連接

這意味著，如果您使用具有100G QSFP28端口的設(shè)備運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)，您可以僅將一個(gè)站點(diǎn)升級到400G設(shè)備，并且仍將其連接到現(xiàn)有的100G站點(diǎn)，而不會犧牲端口帶寬。這可以最大限度地減少您的停機(jī)時(shí)間，然后您可以在準(zhǔn)備好后升級其他站點(diǎn)。

易飛揚(yáng)的100G單波光模塊

近年來，易飛揚(yáng)不斷攻克難關(guān)，對PAM4技術(shù)深入研究，研發(fā)出多款單波100G光模塊。截至目前，共推出了硅光100G QSFP28 DR1/FR1 LR1，以及基于EML的100G QSFP28 LR1/ER1，打破了易飛揚(yáng)在100G單波領(lǐng)域的技術(shù)空白，是數(shù)據(jù)中心100G傳輸新穎的選擇方案。

圖6：易飛揚(yáng)100G單波光模塊

100G單波光模塊應(yīng)用

圖7：100G QSFP28 DR非常適合數(shù)據(jù)中心在主干層和葉層之間的連接

圖8：單波100G技術(shù)允許服務(wù)提供商和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商單獨(dú)升級站點(diǎn)

——本文翻譯自思科