In der optischen Kommunikationsbranche sind optische Module am stärksten gefährdet.Sie haben unterschiedliche physikalische Größen, und die Anzahl der Kanäle und Übertragungsraten sind sehr unterschiedlich.Wie diese Module hergestellt werden, welche Eigenschaften sie haben und alle Geheimnisse sind im Standard enthalten.
Ältere Verpackungsstandards wie GBIC, XPAK, X2 und Xenpak werden ignoriert, und die Hauptenergie wird sich auf die energischeren oder neueren Standards konzentrieren, die im Folgenden einzeln bewertet werden.
SFF-Standardisierungsorganisation: Die SFF-Standardisierungsorganisation (Small Form-Factor Small Package) wurde im August 1990 gegründet. Sie entwickelte zunächst 2,5-Zoll-Laufwerke und dehnte sich im November 1992 auf andere Bereiche aus. Bis jetzt ist SFF die am weitesten verbreitete und erfolgreichste Modulstandard im Bereich optisches Modul-Packaging.Die von SFF formulierten Standards für optische Module umfassen hauptsächlich SFP / QSFP / XFP.
SFP-Standard
SFP (Small Form-Factor Pluggable), eine Familie von Small Form-Factor Pluggable Transceivern, die hauptsächlich für Ethernet, Fibre Channel, Wireless CPRI, SONET verwendet werden: definiert ein Single-Channel-SFP-Paket von 1 Gbit / s bis 28 Gbit / s, das sein sollte Standard entspricht, ist seine Struktur in der folgenden Abbildung dargestellt.Zuerst gab es ein deklaratives Dokument, wie z. B. SFF-8402 vorgeschlagen SFP28, SFF-8083 vorgeschlagen SFP10 (die Zahl am Ende stellt die Übertragungsratenstufe dar, SFP10 wird jetzt oft als SFP+ geschrieben), dieses Erklärungsdokument erwähnte, welche technischen Anforderungen es hat zitiert Diese zitierten technischen Anforderungen bilden zusammen den inhaltlichen Standard für dieses Modul.
Die technischen Spezifikationen der SFP-Serie umfassen hauptsächlich:
SFF-8432, definiert die Größe des Moduls (hauptsächlich die Größe der Installation), die Steckkraft und die Spezifikation des Modulkäfigs.
SFF-8071 definiert den Kartensteckplatzanschluss auf dem HOST-Motherboard und die Gold-Finger-Zugriffssequenz des Modul-Motherboards.
SFF-8433, definiert mehrere Side-by-Side-Modulkäfige und technische Spezifikationen für EMI-Splitter.
SFF-8472, definiert Modulspeicher- und Diagnoseverwaltungsspezifikationen.
SFF-8431 definiert die Stromversorgung, elektrische Niedergeschwindigkeitssignale (Kommunikationsleitungen), Hochgeschwindigkeitssignale, Timing sowie Spezifikationen zum Lesen und Schreiben des Speichers.
Da die SFP-Unterstützungsrate immer höher wird, gilt die Hochgeschwindigkeitssignalspezifikation in SFF8431 nicht für SFP16 / 28, sodass SFF-8431 später in SFF-8418 und SFF-8419 aufgeteilt wurde.SFF-8418 definiert speziell die Anforderungen für elektrische Hochgeschwindigkeitssignalschnittstellen mit 10 Gb/s.Informationen zu Anforderungen an physische Schnittstellen über 10 Gb/s finden Sie unter Fibre Channel.SFF-8419 definiert speziell andere Inhalte als Hochgeschwindigkeitssignale in SFF-8431, das für alle Module der SFP-Serie geeignet ist.
Daher müssen SFP-Modulstruktur-Designingenieure mit SFP-8431 vertraut sein.Wenn Sie Leiterplatten entwerfen, Software schreiben oder Tests durchführen, müssen SFF-8472, SFF-8418 und SFF-8419 damit vertraut sein.
QSFP-Standard
QSFP (Quad Small Form-factor Pluggable), ein miniaturisierter steckbarer Vierkanal-Transceiver, der hauptsächlich in Infiniband-, Ethernet-, Fibre Channel-, OTN- und SONET-Protokollfamilien verwendet wird: QSFP rüstet ein Einkanal-SFP auf vier Kanäle mit einem Volumen von nur It auf wird mehr als verdoppelt.Bei einem Switch gleicher Größe beträgt die QSFP-Switching-Kapazität das 2,67-fache der SFP-Kapazität.Das QSFP-Protokoll wurde ursprünglich von INF-8438i definiert und dann auf SFF-8436 aktualisiert.
und dann wurde SFF-8436 zur Definition und Referenz in mehrere Teile aufgeteilt.Die Architektur ist jetzt ähnlich wie bei SFP:
Die technischen Spezifikationen von QSFP umfassen hauptsächlich:
SFF-8679, definiert das High-Speed-Signal, das Low-Speed-Signal, die Stromversorgung, die Timing-Spezifikationen des Moduls und definiert die Farbspezifikationen für die optische Schnittstelle und den Zugring.
SFF-8636, definiert Speicherinformationen, Speicherlese- und Schreibvorgänge.
SFF-8661, definiert die Größe des Moduls, die Größe des Goldfingers und die Spezifikation der Steck- und Ziehkraft des Moduls.
SFF-8662 und SFF-8663 definieren den Käfig und Stecker (Typ A) des QSFP28-Moduls.
SFF-8672 und SFF-8683 definieren die Käfige und Anschlüsse (Typ B) des QSFP28-Moduls.
SFF-8682 und SFF-8683 definieren die Käfige und Anschlüsse von QSFP14- und darunterliegenden Modulen.
Weitere ergänzende Informationen für QSFP können im Infiniband-Protokoll eingesehen werden.(InfiniBand TM ArchitectureSpecification Volume )
XFP-Standard
XFP (10 Gb/s Small Form Factor Pluggable module, wobei X für 10 in römischen Ziffern steht und hauptsächlich für SONET OC-192, 10 Gigabit Ethernet und Fibre Channel verwendet wird) Protokollfamilie: XFP Es ist ein wellenlängenabstimmbares Modul, das wurde ursprünglich von der XFP MSA definiert und später der SFF-Organisation zur Veröffentlichung vorgelegt.Das XFP-Protokoll umfasst SFF-8477 und INF-8077.
Das INF8077-Protokoll definiert die Größe, elektrische Schnittstelle, Speicherinformationen, Kommunikationssteuerung und Diagnose des XFP-Moduls (das Protokoll umfasst alle Aspekte des Moduls).SFF-8477 ist hauptsächlich für die Steuerung der Wellenlängenanpassung optimiert.
CXP-Standard
Das CXP-Protokoll (12x Small Form-factor Pluggable, 12-Channel Small Pluggable Package, wobei C für 100G steht, hauptsächlich für Infiniband, Fibre Channel, Ethernet verwendet) wird hauptsächlich von der Infiniband-Organisation reguliert.
Annex A6 120 Gb/s 12x Small Form-factor Pluggable (CXP) InterfaceSpecification for Cables, Active Cables & Transceivers bietet alle Aspekte der CXP-Spezifikationen (kann kostenlos heruntergeladen werden unter www.infinibandta.org).Darüber hinaus regelt die SFF-Organisation Abschirmkäfige und Kartensteckplätze für CXPs unterschiedlicher Geschwindigkeitsstufen.
SFF-8617 Mini Multilane 12X Shielded Cage / Connector 12-Kanal-CXP-Käfig und Steckplatzspezifikation für Modulplatinen.
SFF-8642 EIA-965 Mini Multilane 10 Gb/s 12X Shielded Cage/Connector (CXP10) 12x10 Gb/s CXP-Modulkäfig und Steckplatzspezifikationen für Modulplatinen.
SFF-8647 Mini Multilane 14 Gb/s 12X Shielded Cage/Connector (CXP14) 12x14Gb/s CXP-Modulkäfig und Steckplatzspezifikationen für Modulplatinen.
SFF-8648 Mini Multilane 28 Gb/s 12X Shielded Cage/Connector (CXP28) 12x28 Gb/s CXP-Modulkäfig und Steckplatzspezifikationen für Modulplatinen.
microQSFP (miniaturisiertes QSFP), ein mehrdimensionales Protokoll, das 2015 eingeführt wurde, hat 4 Kanäle wie QSFP, aber die Größe entspricht nur der Größe eines SFP-Moduls und unterstützt Kanalraten von 25G und 50G (PAM4-Modulation).Durch das Design von Wärmeableitungsrippen am Modulgehäuse hat es eine bessere thermische Leistung.„Micro QUAD SMALL FORM-FACTOR PLUGGABLE FOUR CHANNEL PLUGGABLE TRANSCEIVER, HOST CONNECTOR, & CAGE ASSEMBLY FORM FACTOR“ beschreibt die Mikro-QSFP-Spezifikation.
CFP-Paket
Abgesehen von SFP- und QSFP-Gehäusen sollte CFP die häufigste Form der Verpackung in optischen Modulen sein.Das C im CFP steht für 100 in der römischen Ziffernuhr, daher richtet sich das CFP hauptsächlich an Anwendungen mit einer Rate von 100G (einschließlich 40G) und darüber.
Die CFP-Familie umfasst hauptsächlich CFP / CFP2 / CFP4 / CFP8, wobei sich CFP8 noch in der Vorschlagsphase befindet.
Im Gegensatz zu den zusätzlichen Zahlen 10 und 28 hinter dem QSFP, die die Geschwindigkeitsklasse darstellen, repräsentieren die Zahlen hinter dem CFP eine neue Generation mit einer kompakteren Größe (außer CFP8) und einer höheren Dichte.
Als das CFP-Paket zum ersten Mal vorgeschlagen wurde, war es technisch schwierig, eine einzelne Rate von 25 Gbit / s zu erreichen, daher wurde die elektrische Schnittstellenrate jedes CFP als 10 Gbit / s-Niveau definiert, und 40 G und 40 G wurden durch 4 x 10 Gbit / s und 10 x 10 Gbit erreicht / s elektrische Schnittstellen.100G Modulgeschwindigkeit.Die Größe des CFP-Moduls ist so groß, dass es viele Funktionen auf dem Motherboard in das Modul packen kann, um es zu vervollständigen [ASIC (SerDes)].Wenn die Geschwindigkeit jedes optischen Pfads nicht mit der Schaltungsgeschwindigkeit übereinstimmt, können Sie die Ratenkonvertierung über diese Schaltungen (Getriebe) abschließen. Beispielsweise wird der optische Port 4 x 25 Gb / s in einen elektrischen Port 10 x 10 Gb / s konvertiert.
Die Größe von CFP2 ist nur halb so groß wie die von CFP.Die elektrische Schnittstelle kann einzelne 10 Gb/s oder einzelne 25 Gb/s oder sogar 50 Gb/s unterstützen.Durch die elektrischen Schnittstellen 10x10G, 4x25G, 8x25G und 8x50G können Modulraten von 100G / 200G / 400G erreicht werden.
Die Größe von CFP4 ist auf die Hälfte von CFP2 reduziert.Die elektrische Schnittstelle unterstützt einzelne 10Gb/s und 25Gb/s, und die Modulgeschwindigkeit von 40G/100G wird durch 4x10Gb/s und 4x25Gb/s erreicht.CFP4- und QSFP-Module sind sehr ähnlich, beide sind vierfach und beide unterstützen 40G und 100G;Der Unterschied besteht darin, dass CFP4-Module leistungsfähigere Verwaltungsfunktionen und größere Abmessungen haben (dies ist ein Nachteil für hochdichte Datenkommunikation) und größere Funktionen unterstützen können.Stromverbrauch, für Geschwindigkeitsklassen über 25 Gbit / s und Fernübertragungsszenarien (erfordert TEC-Temperaturregelung, großer Stromverbrauch), können die Vorteile von CFP4-Modulen in Stromverbrauch und Wärmeableitung widergespiegelt werden.
Daher ist die Kurzstrecken-Datenkommunikation im Grunde die Welt von QSFP;für 100G-LR4 10km-Anwendungen sind CFP4 und QSFP28 zu gleichen Teilen aufgeteilt.
Die Standards der CFP-Familie sind in der folgenden Abbildung dargestellt: Jeder Standard hat 3 Dateien, von denen „CFPx MSA Hardware Specification Revision“ eine Programmdatei ist, die das Modulkonzept, die Modulverwaltung, die elektrische Schnittstelle, die mechanische Größe, die optische Schnittstelle, Cheat Slots und andere Spezifikationen, die anderen beiden Dokumente definieren detaillierte mechanische Abmessungen.
CFP MSA hat auch zwei öffentliche technische Spezifikationen, PIN Allocation REV.25 spezifiziert die Modul-Pin-Definition, und „CFP MSA Management Interface Specification“ definiert die Modulverwaltungssteuerung und Registerinformationen im Detail.
Die elektrische Hochgeschwindigkeitsschnittstelle des CFP-Moduls hängt von der Anwendung ab und verweist auf die elektrischen Schnittstellenspezifikationen CAUI, XLAUI und CEI-28G/56G in IEEE802.3.
CFP8 ist ein speziell für 400G vorgeschlagenes Paket, dessen Größe CFP2 entspricht.Die elektrische Schnittstelle unterstützt Kanalgeschwindigkeiten von 25 Gb/s und 50 Gb/s und erreicht Modulgeschwindigkeiten von 400 G durch 16 x 25 G oder 8 x 50 elektrische Schnittstellen.CFP8 ist nur ein Vorschlag, es gibt keinen offiziellen Standard zum öffentlichen Download.
Die CDFP MSA wurde 2013 gegründet und der von ihnen veröffentlichte CDFP-Verpackungsstandard war der erste 400G-Verpackungsstandard für optische Module.Zu dieser Zeit war der Standard der elektrischen Schnittstelle nur 25 Gb / s (OIF-CEI-28G-VSR), also machte das CDFP einfach 16 Kanäle und vervollständigte die 400G-Modulrate durch 16x25G, und es war speziell für Kurzzeit- Reichweitenanwendungen unter 2 km.
Wenn die elektrischen 16-Wege-Ports in einer Reihe angeordnet sind, wird das Volumen extrem groß, also hat das CDFP-Modul einfach zwei Leiterplatten zusammengebracht und die MPO16-Schnittstelle auf dem optischen Port verwendet.Das ganze Modul sieht besonders fett aus!Je nach Anordnung der optischen und elektrischen Ports gibt es insgesamt drei Modulgrößen.
Der neueste CDFP-Standard lautet: „400 Gb/s (16 x 25 GB/s) PLUGGABLE TRANSCEIVER Rev 3.0“, der die elektrische Schnittstelle, Verwaltungsschnittstelle, optische Schnittstelle, Modul-/Steckplatz-/Käfiggröße des CDFP-Moduls, EMI/ESD spezifiziert verwandte Inhalte.Heute ist PAM4 so heiß, dass dieses Paket schätzungsweise sehr getestet ist.
Der neueste Verpackungsstandard, der 400G unterstützt, sollte QSFP-DD sein.Diese Organisation wurde im Februar 2016 gegründet und veröffentlichte im September 2016 den neuesten Standard „QSFP DOUBLE DENSITY 8X PLUGGABLE TRANSCEIVER Rev 1.0“. QSFP-DD hat ungefähr die gleiche Größe wie QSFP (nur weil es eine zusätzliche Reihe von Schaltkreisen gibt, ein bisschen länger).Die Kernänderung besteht darin, die elektrische QSFP-Schnittstelle von vier auf acht zu verdoppeln und eine Kanalrate von 50 Gb / s zu unterstützen (8X50 ist 400G).Die elektrische QSFP-DD-Schnittstelle ist mit QSFP kompatibel, aber nicht umgekehrt.
Die obigen Diskussionen beziehen sich alle auf optische 100G- und 400G-Module.Schauen wir uns das zugängliche CSFP an.Obwohl der neueste CSFP-Standard die 2009 veröffentlichten „campact SFP-Spezifikationen“ sind, ist er keineswegs veraltet.Campact ist kompakter als optische SFP-Module, zudem ist die Anzahl der Kanäle flexibel konfigurierbar.CSFP definiert 3 Typen: 1CH Campact SFP, 2CH Campact SFP Option1 und 2CH Campact SFP Option2.
Verpackungsschwarztechnologie CFP2 – ACO
Werfen wir abschließend einen Blick auf die fortschrittlichste schwarze Technologie in den Verpackungsstandards für optische Module: CFP2-ACO.Es wird hauptsächlich von OIF definiert und bezieht sich auf die mechanischen Abmessungen von CFP2.Das hintere ACO bedeutet analoges kohärentes optisches Modul.Es besteht hauptsächlich aus einem durchstimmbaren Laser mit schmaler Linienbreite, einem Modulator und einem kohärenten Empfänger.Der DSP (digitale Signalverarbeitung) befindet sich außerhalb des Moduls.Dieses Modul ist unglaublich.Mit der DP-QPSK- und DP-xQAM-Modulationstechnologie kann die Einzelwellenlängenrate leicht 100 Gbit / s überschreiten und die Übertragungsentfernung 2000 km überschreiten.