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400G光模块是什么?与10G、25G、40G光模块有什么区别?

随着近年来光通信及互联网络的高速发展,用户对网络需求也顺势猛增。400G将是下一代骨干网升级和新建的方向,很多服务商已经着手部署400G网络建设方案。在构建400G网络系统的过程中,400G光模块发挥着至关重要的作用,那么,400G光模块是什么?与10G、25G、40G光模块又有什么区别?

随着近年来光通信及互联网络的高速发展,用户对网络需求也顺势猛增。400G将是下一代骨干网升级和新建的方向,很多服务商已经着手部署400G网络建设方案。在构建400G网络系统的过程中,400G光模块发挥着至关重要的作用,那么,400G光模块是什么?与10G、25G、40G光模块又有什么区别?

什么是400G光模块

400G光模块又叫400G光收发模块,主要是进行光电转换,在发送端将电信号转变成光信号,再通过光纤进行传送,到了接收端再将光信号转变成电信号。400G光模块传输速率为400G,是为了适应网络市场由100M、1G、25G、40G逐渐向100G、400G,甚至是1T而诞生的,在构建400G的网络系统中400G光模块发挥着至关重要的作用。
400G光模块

400G光模块标准及封装形式

目前400G模块标准还未统一,400G光模块的标准与封装形式主要有以下六种。

①QSFP-DD CFP8

QSFP-DD的全称是Quad Small Form Factor Pluggable-Double Density, 该方案是对QSFP的拓展,将原先的4通道接口增加一行,变为8通道,也就是所谓的double density。该方案与QSFP方案兼容,这是该方案的主要优势之一。原先的QSFP28模块仍可以使用,只需再插入一个模块即可。

② OSFP

OSFP的英文全称是Octal Small Formfactor Pluggable,Octal表示8。该标准为新的接口标准,与现有的光电接口不兼容。其尺寸为100.4*22.58*13 mm^3,比QSFP-DD的尺寸略大,因而需要更大面积的PCB。其电接口的引脚不同于QSFP-DD, 上下各有一排。

③CWDM8

该标准是对CWDM4标准的扩展,每个波长的速率为50G,也可以同样实现400G。 新增加了四个中心波长,即1351/1371/1391/1411nm。波长范围变得更宽,对Mux/DeMux的要求更高,激光器的数目也增加一倍。最大输入功率为8.5dBm。

④ CFP8

CFP8是对CFP4的扩展,通道数增加为8通道,尺寸也相应增大,为40*102*9.5 mm^3,该方案的是目前成本中最高的。

⑤CDFP

CDFP标准诞生较早,至今已经发布第三版规范。CD表示400(罗马数字)。其采用16通道,单通道速率为25G。由于通道数较多,尺寸也比较大。

⑥COBO

COBO的全称是consortium for on board optics, 也就是将所有光学组件放置在PCB板上。该方案的主要优势是散热好,尺寸小。但是由于不是热插拔,一旦某个模块出现故障,检修比较麻烦。
在2018年的光通信展OFC上,QSFP-DD和OSFP在展会上均有厂商推出,两款解决方案优势最为突出,其最有可能作为下一代数据中心400G解决方案的标准,但是结合上述其他标准与封装形式,未来具体使用哪种解决方案还将取决于未来新一代云计算运营商的网络架构。

400G光模块用多少芯片

我国400G光模块芯片进口依赖严重。从全球光芯片行业竞争格局来看,我国以高速率为主要特征的高端光芯片自给率不足,相关光芯片需求极度依赖进口。
因此,虽然光芯片在400G光模块只需要使用一片,但是所占成本比高,是光模块行业价值链的冠上明珠。在光模块中,光芯片占据最高价值端,并且越高端光模块的光芯片的成本占比越高。在10G/25G光模块中,光芯片成本占比在30%左右,40G/100G光模块中光芯片成本占比在50%左右,400G光模块中光芯片成本占比可达70%。

400G光模块的作用

400G光模块的主要作用是能够提高数据的吞吐量,能最大限度的提高数据中心的带宽与端口密度。400G光模块未来的趋势是为了实现宽增益、低噪声、小型化和集成化等作用,为下一代无线网络与超大规模数据中心提供优质的光通信模块。

400G光模块与10G、25G、40G光模块的区别

尽管10G、25G、40G甚至是100G光模块已成市场主流,但随着对带宽、端口密度、以及系统能耗量的要求的不断提高,400G光模块将是能进一步推动技术向更高速的系统前进的又一新阶段。
与10G、25G、40G光模块相比,400G光模块的到来,将会使光通信进入一个崭新的时代,光通信正从低端光模块的单载波调制相干探测向偏振复用的多载波用电平相位调制和阵列相干探测转变。光子集成和电子集成、ADC/DSP技术将是400G光通信模块以及系统商用化的关键。随着以太网标准化的迫切需求,光并行化的要求将对光子集成技术产生巨大的推动作用。

400G光模块市场价值

众所周知,100G技术产品已经成熟,400G是当前讨论热点,业界十分关注400G光模块的进展。如今400G光模块研发和量产进度也较为令人满意,在当前的市场大背景,超大规模数据中心对带宽需求的日益提升,400G光通信模块已成为提升系统性能和降低带宽成本的最佳选择,而随着后期5G网络的来临,又将会是400光模块市场价值的另一个积极推动因素。

结语

随着400G的规范版本不断的修订,400G光模块的标准也一直在同步进行中,目前已经有模块厂商推出模块样品进行宣传。事实上,对于下一阶段发展,采用哪种400G方案一直都是业界争议的对象,等到商用阶段模竞争必定会更激烈。
数据中心应用、网络和光收发器正在快速演变与进化。每一个数据中心的升级规划时间都会因技术需求、预算、规模以及业务优先级而不同。

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