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文献资料

盘点常见光模块封装标准(标准系列2)

[   时间:2016-11-28 14:12:28   人气:  ]


除开SFP和QSFP封装,CFP应该是光模块中最常见的封装形式了。CFP中的C在罗马数字钟代表100,所以CFP主要针对的是100G(也包括40G)及以上速率的应用。

CFP家族主要包括CFP/CFP2/CFP4/CFP8,其中CFP8还处于提议阶段。

不同于QSFP后面的附加数字10、28代表速率等级,CFP后面的数字代表了更新换代,尺寸更紧凑(CFP8除外),速率更密度更高。 

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       最初提出CFP封装形式的时候,单路25Gb/s的速率在技术上还比较难实现,所以CFP每路电接口速率定义为10Gb/s等级,通过4x10Gb/s和10x10Gb/s电接口实现40G和100G的模块速率。CFP模块尺寸如此之大,可以把很多主板上的功能放到模块内完成[ASIC (SerDes)],当每条光路速率和电路速率不匹配的时候,可以通过这些电路完成速率转换(Gear box),例如把光口4X25Gb/s转换成电口10x10Gb/s。

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        CFP2尺寸仅CFP的一半,电接口可以支持单路10Gb/s,也可以支持单路25Gb/s甚至50Gb/s,通过10x10G,4x25G,8x25G,8x50G电接口实现100G/200G/400G的模块速率。

       CFP4尺寸又缩减为CFP2的一半,电接口支持单路10Gb/s和25Gb/s,通过4x10Gb/s和4x25Gb/s实现40G/100G的模块速率。CFP4和QSFP模块很像,都是四路,都支持40G和100G,不同的是CFP4模块管理功能更强大、尺寸也更大(这对于高密度数据通信是个劣势),能够支持更大的功耗,对于25Gb/s以上速率等级,以及长距离传输场景(需要TEC控温,功耗大),CFP4模块在功耗和散热上的优势就可以体现出来。(所以短距离数据通信基本上是QSFP天下,100G-LR4 10km应用CFP4和QSFP28平分秋色)

       CFP家族标准如下图所示 :每个标准有3个文件,其中“CFPx MSA Hardware Specification Revision” 为纲领性文件,里面简要说明了模块概念、模块管理、电接口、机械尺寸、光接口、金手指插槽等规范,另外两个文件定义了详细的机械尺寸。

        CFP MSA还有两个公共技术规范,PIN Allocation REV.25规定了模块引脚定义,"CFP MSA Management Interface Specification"详细定义了模块管理控制、寄存器信息。

        CFP模块的高速电接口根据应用不同,引用了IEEE802.3中的CAUI、XLAUI和OIF中的CEI-28G/56G电接口规范。

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        CFP8是专门针对400G提出的封装形式,其尺寸与CFP2相当。电接口支持25Gb/s和50Gb/s的通道速率,通过16x25G或8x50电接口实现400G模块速率。CFP8仅是个Proposal,还没有正式标准可供公开下载。  

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        CDFP MSA 13年就成立了,他们发布的CDFP封装标准是第一个400G的光模块封装标准。13年着手制定400G封装标准,不得不佩服布局得真早!那个时候电口的标准才到25Gb/s (OIF-CEI-28G-VSR),所以CDFP干脆弄了16路,通过16x25G完成400G的模块速率,而且专门针对2km以下的短距离应用。

16路电口如果一字排开,体积会无比巨大,所以CDFP模块干脆弄了两块PCB板摞起来,在光口上采用MPO16接口,整个模块看起来特别肥胖!根据光口和电口的排布不同,总共有三种模块尺寸,如下图所示。(类型2和类型3外观看起来相似,弄到一起了)

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CDFP最新标准为:“400 Gb/s (16 X 25 GB/s) PLUGGABLE TRANSCEIVER Rev 3.0”里面规定了CDFP模块的电接口、管理接口、光接口、模块/插槽/笼子尺寸,EMI/ESD相关内容。(http://cdfp-msa.org/CDFPrev3-0-Mar20-2015-released.pdf),在PAM4如此火热的今天,估计这个封装很难活下去。

最新的支持400G的封装标准应该是QSFP-DD吧,这个组织2016年2月成立,16年9月发布了最新标准“QSFP DOUBLE DENSITY 8X PLUGGABLE TRANSCEIVER Rev 1.0”。QSFP-DD尺寸和QSFP大体一致(只是由于多了一排电路稍稍长一丁点),最核心的改变就是将QSFP的电接口加倍,由四路变成八路,并且支持50Gb/s通道速率(8X50就是400G了)。QSFP-DD的电接口可以兼容QSFP,但反过来不行。

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         上面讨论的都是高大上的100G、400G光模块,再来看看平易近人的CSFP,虽然CSFP最新标准是2009年发布的“campact SFP specifications”但一点也不过时,campact意味着比SFP光模块更紧凑,通道数目还可以灵活配置,CSFP定义了3种类:1CH campact SFP、2CH campact SFP option1、2CH campact SFP option2

         最后来看看光模块封装标准中最尖端的黑科技 :CFP2-ACO。它主要由OIF定义,并了引用CFP2的机械尺寸。后面ACO的意思是模拟相干光模块。它主要由窄线宽可调激光器、调制器、相干接收机组成,将DSP(数字信号处理)放在模块外部。这个模块可不得了,通过DP-QPSK、DP-xQAM调制技术,单波长速率轻轻松松超过100Gb/s,传输距离更是可以超过2000km。大家可以到OIF网站免费下载“Implementation Agreement for CFP2-Analogue Coherent Optics Module”。一睹其风采。

        光模块封装标准终于盘点完了,发现一个问题,所有的光模块标准基本上只规定了模块定位尺寸、电接口、管理接口、寄存器信息。并没有规定模块任何光学指标。光学指标跟应用场景有关,我们经常看到的CWDM4、LR4就是规定这些光学指标的,它们又是另一个子层的标准体系。以后再聊。


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