为什么需要单波100G光模块？

易飞扬

近年来，更高数据速率的光模块不断涌现，光模块的设计复杂性在不断提高。借助当今的100G光网络，我们正处在影响网络硬件成本和光纤基础设施设计的时代。

如果简化100G光模块，由于可插拔光模块中的组件更少，可以将制造量和成本扩大到当今10G SFP+光模块的水平。通过硅光技术和信号处理技术，单波100G光模块面世。当新一代100G封装可用时，将能够重用第一代并逐步过渡，还能够直接升级至400G。

简化100G光模块优势

• 随着100G光模块过渡到新的100G封装，投资将面向未来
• 通过SMF（单模光纤）链路降低2km双工传输和数据中心叶脊连接的总成本
• 连接400G交换机和路由器，不牺牲端口带宽
• 一次一个站点升级到400G交换机和路由器
  

是时候推出新一代100G光模块了

回到10G SFP+可插拔光模块最先进的时代，选择很少且简单，因为它们的唯一功能是将电信号转换为光信号，反之亦然。

在随后的几年中，网络带宽需求增加，这意味着光链路的数据速率也必须提高。它不仅增加了，它还加速了。IEEE和SFF等标准机构不得不考虑提高数据速率的方法，以超越更快的激光器和光接收器。WDM（波分复用）、并行光纤、CTLE（连续时间线性均衡）和FEC（前向纠错）等技术被纳入标准。

这种复杂性不仅会影响可插拔光模块本身的成本，还会影响光纤基础设施设计，这对硬件成本和运营成本都有影响。复杂性还增加了光模块与交换机或路由器之间以及来自不同供应商的光模块之间的互操作性失败的风险。于是，为了使明天的100G光模块与今天的10G SFP+光模块一样低成本和低风险，需要进行根本性的改变。

图1：在100G和400G数据速率下，光模块占系统总成本比例增加

什么是单波长100G？

单波100G光学规范首先由100G λ MSA（多源协议）标准化。因为它的愿景是为高密度多TB交换、路由和传输网络创建具有成本效益的解决方案。目标是定义允许未来100G和400G光模块的光学规范，这些光模块可以扩展到大批量制造，从而实现低成本。

单波方案的基础是使用PAM4（四电平脉冲幅度调制）。在此之前，几乎所有100G光学规范都包含NRZ（不归零），这是一种两级二进制调制格式。对比之下，PAM4包含两倍的数据量，而无需显著提高光学组件的速度。因此，同样只能承载50G和NRZ的基本光学技术可用于100G PAM4。

大批量可制造性

为什么最小化模块中的组件很重要？参考图2，它显示了当前100G QSFP28光模块的组成部分。请注意，它们本质上是四通道器件，光接口朝右，电接口朝左。四个通道中的每一个都承载25G的NRZ数据，总共100G。

图2：QSFP28模块本质上是四通道器件

将此与图3中进行对比，这是一个典型的10G SFP+光模块，它很简单，只有一个通道可以承载10G的数据。通常只有一个激光器、一个光电二极管和用于光电转换和电光转换的简单驱动电路。这种简单性是制造商能够每年生产2000万个10G SFP+光模块的关键。

图3：SFP+ 光模块本质上是单通道器件

前向兼容性

最终，当100G SerDes（串行器 – 解串器）在交换机和路由器端口上可用时，端口后面的ASIC可以接管FEC和PAM4功能，让光模块仅执行光电和电光转换。然后我们可以通过使用更小的SFP封装来增加面板带宽密度，在电口侧使用一个100G通道与交换机或路由器端口连接，这种封装可能被称为SFP112。

不过，我们还没有。同时，我们有QSFP28封装，可以在模块内部执行FEC和PAM4，并将电气4x25G通道转换为单个100G通道。现在采用这种QSFP28的好处是，当SFP112可用时，使用QSFP28模块的传统交换机和路由器将与使用SFP112光模块的新主机互操作，而且不需要4x25G到100G的转换，因为电接口和光接口都是单通道100G。这种前向兼容性对于网络升级策略非常有利，因为它可以防止您现有的QSFP28模块在您添加新的基于SFP112的硬件时变得过时。

图4显示了SFP112模块的示意图。请注意，它看起来与图3几乎相同。两者都是单通道，只需要一个激光器和光接收器。SFP112可能需要CDR（时钟和数据恢复）电路。

图4：100G SFP封装

展望400G

展望具有400G端口的最新一代交换机和路由器，单波100G对于升级具有操作灵活性的网络至关重要。它支持400G QSFP-DD光模块，可通过分支光缆与单波100G光模块互操作。例如，易飞扬的400G QSFP-DD DR4，可以连接四个独立的100G QSFP28 FR光模块。（见图5）

图5：通过分支光缆实现400G到100G连接

这意味着，如果您使用具有100G QSFP28端口的设备运行网络，您可以仅将一个站点升级到400G设备，并且仍将其连接到现有的100G站点，而不会牺牲端口带宽。这可以最大限度地减少您的停机时间，然后您可以在准备好后升级其他站点。

图6：100G单波光模块

100G单波光模块应用

应用	能力
数据中心	叶脊连接 高基数架构 连接到400G端口 大量服务器到服务器流量 虚拟化服务器和LAN 两跳服务器到服务器连接（ 参见图7）
服务提供商网络	增量升级到400G硬件 最大使用400G端口带宽 面向未来的QSFP28硬件（ 见图8）
企业园区网络	四通道光模块的低成本替代品 短距离和长距离光纤链路 核心交换机到汇聚交换机的连通性

图7：100G QSFP28 DR非常适合数据中心在主干层和叶层之间的连接

图8：单波100G技术允许服务提供商和网络运营商单独升级站点