200G光模块最全解析

Posted 2020-11-24

光模块市场正稳步向200G/400G发展，虚拟数据中心、物联网（IoT）和云计算不断普及，对更高带宽的需求推动了光模块市场的繁荣。而今，200G/400G的光模块也已出现，并有望在未来几年继续保持良好的势头。以下为您带来200G光模块最全解析。

　　下一代数据中心的主流：200G/400G

　　数据中心光互连市场的主要转变是从10G到40G以及更高的40G到100G，另一个可预见的趋势是逐步淘汰核心网络和数据中心的低速光模块。100G光器件的新发展为200G/400G光器件铺平了道路。下一代数据中心在2018年底部署200G/400G以太网，并在2019或2020年成为主流。

　　总的来说，光模块市场正在向更高的速度，更低的功耗和更小的外形或尺寸发展。其中光模块封装多采用SFP-DD/QSFP-DD。

　　SFP-DD小型自动可插拔双倍密度封装光模块，比SFP28或SFP56带宽（25G/50G）提高一倍，支持更高速率（50G/100G）的同时还保持SFP28或SFP56向后兼容性。

　　QSFP-DD四通道小型可插拔双倍密度封装光模块，由QSFP-DD MSA组定义，比QSFP28或QSFP56的密度增加一倍，8个通道，每通道速率高达25G或50G，因此支持200G或400G光传输。

　　Google、Facebook等互联网巨头数据中心内部流量每年增长幅度接近100%， 那些较早部署100G的互联网巨头已经开始谋求更高速率的解决方案，下一代数据中心的方案选择成为了大家所热心关注的话题。

　　400G以太网的标准先于200G以太网标准完成，这或许反映了业界的心态——更看好400G， 或者认为200G仅仅是400G的一个过渡方案。但是直接从100G跨越到400G实际上是不太科学的。

　　首先从数据中心方面，我们需要重建超大规模的数据中心，定义新的规范架构，400G时代交换机对机架电力的要求会相当高，传统的风冷散热也更为困难；而400G数据中心会使用到PAM4技术，采用PAM4技术会使系统变得不够透明且难以管理，传统的NRZ技术+并行技术可以使数据中心易于管理。

　　为更灵活地适应未来数据中心的需求，向400G数据中心实现完美过渡，完成了基于200G NRZ传输的低成本数据中心内部平行光互连方案。

　　光纤并行方案—选用单模还是多模？

　　传统的并行光模块产品主要基于多模光纤的光互连技术，具有高带宽、低损耗、无串扰和匹配及电磁兼容问题等优势，已逐渐取代基于铜线的电互联产品而应用于机柜间、板架间的高速互联，连接距离在OM3光纤下长达300米。

　　同时为了应用于更长距离的传输解决方案， PSM并行光模块也应运而生，主要使用FP激光器在单模光纤传输2km， DFB传输10km应用，这比多模互连技术更加具有难度。

　　200G QSFP-DD PSM8光模块对比200G QSFP-DD SR8光模块

　　基于独有的PSM系列产品线，200G QSFP-DD PSM8是单模并行技术的高速率产物。

　　200G QSFP-DD光模块是一个高性能光模块，用于短距离多车道数据通信和互连应用。它以8x25.78125Gbps的带宽集成了每个方向的8个数据通道。每个通道可以使用OM3纤维或100m使用OM4纤维，以25.78125Gbps的速度运行到70m。这些模块被设计成使用一个标称波长为850nm的多模光纤系统。电气接口使用76个接触边缘类型的连接器。光学接口使用一个24纤维MTP（MPO）连接器。该模块集成了电路和VCSEL技术，以提供可靠的长寿命、高性能和一致的服务。

　　要实现长距离传输必须使用色散损耗小的单模光纤，单模光纤与半导体要实现高的耦合效率，需要对半导体激光器发出的光场进行处理，使入射光场与光纤本征光场达到最大可能的匹配。

　　而200G QSFP-DD SR8采用8通道的850nm VCSEL阵列，符合100G BASE-SR4协议标准。200G QSFP-DD SR8是多模并行的产品，借助传统的VCSEL优势平台，采用了简单高效且可靠的光纤耦合工艺技术，在激光器和光纤之间增加45°棱镜，同时经过对光纤面的特殊材质处理，使得光纤耦合效率提升到了80%以上。

　　这两款产品的相同点在于都属于200G数据中心解决方案里的光模块，并且都采用了QSFP-DD的封装，都可使用16芯的MTP。

　　QSFP-DD的优势在于1U面板可以做到36*200G/400G的密度，并且对QSFP前向和后向兼容，可兼容现有的QSFP28光模块及AOC/DAC等。

　　两者的主要不同在于200G QSFP-DD PSM8采用的是8路1310nm单模光纤并行的方案，传输距离可达10km；而200G QSFP-DD SR8采用多模光纤并行的方案，在OM4光纤链路上传播距离可达100m。

　　一般来说，主要交换机和收发器供应商的技术路线图为部署并行光学器件的客户显示了非常清晰和简单的迁移路径。所以当光学器件可用，并且从100G迁移到200G或者400G时，它们的光纤基础设施依然存在，无需升级。

　　可靠性、产品寿命和维护成本等都是相互关联的，在总成本上以200G QSFP-DD PSM8为代表的单模并行方案或许应该成为未来大规模数据中心的布线指南。

　　随着200G光模块主流技术趋势，解决了远距离、高速率、小型化和低功耗的光模块未来发展趋势。