浅谈数据中心100G光模块(2)

　　100GBASE-SR10标准使用10 x 10Gbps并行通道实现100Gbps点对点传输，电信号的速率是10G，光信号速率也是10G，采用NRZ的调制方式及64B/66B的编码方式。因为IEEE 802.3早在2010年提出100GBASE-SR10标准，当时交换机ASIC芯片(Application Specific Integrated Circuit)电接口最高只能支持10G，即CAUI-10(10通道 x 10Gbps)。

　　图七 100GBASE-SR10 原理图

　　伴随着交换机ASIC芯片电接口速率从10Gpbs提升到25G bps，电接口标准从CAUI-10(10通道 x 10Gbps)升级到CAUI-4(4通道 x 25Gbps)，通道从SR10的并行10通道减少到并行4通道，光模块的器件个数得以减少、成本得以降低、模块尺寸得以缩小、功耗得以降低。

　　光模块尺寸的减少使得交换机每1U空间可以提供的100G接口密度更大，基于以上的优势，目前100GBASE-SR4已经取代100GBASE-SR10成为目前主流的100G短距光模块标准。

　　图八 100GBASE-SR4 原理图

　　100G光模块封装

　　仅有光模块的光接口以及电接口规范是不够的，还需要配套的结构封装才能算是完整的光模块解决方案。100G光模块的封装格式主要有CFP、CFP2、CFP4以及QSFP28。

　　CFP最早被提出，短距传输应用100GBASE-SR10标准，长距传输应用100GBASE-LR4。第一代CFP长距传输方案如下，因为电接口能力只有CAUI-10，所以需要内置Gearbox(下图的10:4 Serializer)来实现10 x 10Gbps与4 x 25Gbps电信号的转换。后来随着电信号提升到CAUI-4，第二代CFP(CFP2/CFP4)长距传输方案中不需要内置Gearbox。

　　图九 第一代CFP光模块长距解决方案

　　但是，CFP尺寸实在太大了，随着光模块的集成度越来越高，后来的发展方向是把尺寸做小、功耗做低，CFP得以演进到CFP2、CFP4，再到后来出现的QSFP28。相比CFP4，QSFP28的尺寸更小、功耗更低，QSFP28更小的尺寸使得交换机拥有更高的端口密度(典型的形态是每块板卡可以部署36个100G接口)。目前QSFP28是数据中心内部100G光模块的主流封装格式。

　　图十 CFP/CFP2/CFP4/QSFP28光模块尺寸对比

　　最后总结一下，关于25G/100G数据中心内部互联光模块如何选择，建议大家不妨参考如下标准:

　　不超过100米的100G短距互联场景(TOR-LEAF)，使用100GBASE-SR4 QSFP28光模块;

　　100米到500米的100G中距互联场景(LEAF-SPINE)，使用100G PSM4 QSFP28光模块;

　　500米到2Km的100G中长距互联场景(LEAF-SPINE、SPINE-CORE)，使用100G CWDM4 QSFP28光模块;

　　超过2Km的长距互联场景(CORE-MAN)，使用100GBASE-LR4 QSFP28光模块。

　　最后附上专业术语解释

　　光通信术语

　　名词解释

　　全称

　　100G Lambda MSA

　　单通道100Gbps光接口多源协议

　　100G Lambda Multi-Source Agreement

　　ASIC

　　专用集成电路

　　Application Specific Integrated Circuit

　　CAUI

　　100G以太网电接口

　　100Gbps Attachment Unit Interface

　　CDR

　　时钟数据恢复

　　Clock Data Recovery

　　CFP

　　100G可插拔光模块

　　Centum Form-factor Pluggable

　　CWDM4

　　四路粗波分复用

　　Coarse Wavelength Division Multiplexing 4

　　DeMux

　　光学多路解复用器(分波器)

　　Demultiplexer

　　DML

　　直接调制激光器

　　Direct Modulated Laser

　　EAM

　　电吸收调制器

　　Electro Absorption Modulator

　　EML

　　电吸收调制激光器

　　Electro-absorption Modulated Laser

　　IEEE

　　电子电气工程师协会

　　Institute of Electrical and Electronics

　　Engineer

　　LAN-WDM

　　(局域网)波分复用

　　(Local Area Network) Wavelength Division

　　Multiplexing

　　MD

　　监测光电二极管

　　Monitor Diode

　　MMF

　　多模光纤

　　Multi-Mode Fiber

　　MSA

　　多源协议

　　Multi Source Agreement

　　Mux

　　光学多路复用器(合波器)

　　Multiplexer

　　NRZ

　　非归零

　　Non Return Zero

　　PSM4

　　四路并行单模通道

　　Parallel Single Mode 4 lane

　　QSFP28

　　四通道小型可插拔光模块

　　Quad Small Form-factor Pluggable 28

　　SMF

　　单模光纤

　　Single-Mode Fiber

　　TEC

　　半导体热电制冷器

　　Thermo Electric Cooler

　　TIA

　　跨阻放大器

　　Trans-Impendance Ampilfier

（编辑：ASP站长网）