У індустрії оптичного зв'язку оптичні модулі є найбільш уразливими.Вони мають різні фізичні розміри, а кількість каналів і швидкість передачі сильно відрізняються.Як виготовляються ці модулі, які у них характеристики і всі секрети – в стандарті.
Старіші стандарти упаковки, такі як GBIC, XPAK, X2 і Xenpak, будуть проігноровані, а основна енергія буде зосереджена на більш енергійних або нових стандартах, які будуть оцінені один за одним нижче.
Організація стандартизації SFF: Організація стандартизації SFF (малий форм-фактор малих пакетів) була заснована в серпні 1990 року. Спочатку вона розробила 2,5-дюймові дисководи, а в листопаді 1992 року поширилася на інші галузі. Наразі SFF став найпоширенішим і успішним модульний стандарт в області упаковки оптичних модулів.Стандарти оптичних модулів, сформульовані SFF, в основному включають SFP / QSFP / XFP.
Стандарт SFP
SFP (Small form-factor Pluggable), сімейство змінних трансиверів малого форм-фактора, які в основному використовуються для Ethernet, Fiber Channel, Wireless CPRI, SONET: визначає одноканальний пакет SFP від 1 Гбіт/с до 28 Гбіт/с, який повинен бути відповідає стандарту, його структура показана на малюнку нижче.Спочатку був декларативний документ, як-от SFF-8402 пропонував SFP28, SFF-8083 пропонував SFP10 (число в кінці означає рівень швидкості передачі, SFP10 зараз часто записують як SFP +), у цьому документі декларації зазначено, які технічні вимоги він ці цитовані технічні вимоги разом складають основний стандарт для цього модуля.
Технічні характеристики серії SFP в основному включають:
SFF-8432 визначає розмір модуля (головним чином розмір установки), силу замикання та специфікацію каркаса модуля.
SFF-8071 визначає роз’єм слота для карти на материнській платі HOST і послідовність доступу золотим пальцем материнської плати модуля.
SFF-8433, визначає технічні характеристики декількох модулів, розташованих поруч, і електромагнітних випромінювань.
SFF-8472 визначає специфікації пам’яті модуля та керування діагностикою.
SFF-8431 визначає джерело живлення, низькошвидкісні електричні сигнали (лінії зв’язку), високошвидкісні сигнали, синхронізацію та характеристики читання та запису пам’яті.
Оскільки рівень підтримки SFP стає все вищим і вищим, специфікація високошвидкісного сигналу в SFF8431 не застосовується до SFP16 / 28, тому SFF-8431 пізніше було розділено на SFF-8418 і SFF-8419.SFF-8418 спеціально визначає вимоги до інтерфейсу високошвидкісного електричного сигналу 10 Гбіт/с.Щодо вимог до фізичного інтерфейсу понад 10 Гбіт/с, зверніться до Fibre Channel.SFF-8419 спеціально визначає вміст, окрім високошвидкісних сигналів, у SFF-8431, який підходить для всіх модулів серії SFP.
Тому інженери-проектувальники структури модуля SFP повинні бути знайомі з SFP-8431.Якщо ви проектує друковані плати, пише програмне забезпечення або проводить тестування, SFF-8472, SFF-8418 і SFF-8419 повинні бути знайомі з ними.
Стандарт QSFP
QSFP (Quad Small Form-factor Pluggable), чотириканальний мініатюрний змінний трансивер, який в основному використовується в сімействі протоколів Infiniband, Ethernet, Fibre Channel, OTN, SONET: QSFP оновлює одноканальний SFP до чотирьох каналів з обсягом лише It більш ніж удвічі.Для комутатора такого ж розміру комутаційна здатність QSFP у 2,67 рази більша, ніж у SFP.Протокол QSFP був спочатку визначений INF-8438i, потім оновлений до SFF-8436,
а потім SFF-8436 було розділено на кілька частин для визначення та довідки.Архітектура тепер схожа на SFP:
Технічні характеристики QSFP в основному включають:
SFF-8679 визначає специфікації високошвидкісного сигналу, низькошвидкісного сигналу, джерела живлення, синхронізації модуля, а також визначає специфікації кольору оптичного інтерфейсу та тягового кільця.
SFF-8636, визначає інформацію про пам’ять, операції читання та запису пам’яті.
SFF-8661 визначає розмір модуля, розмір золотого пальця та специфікацію сили вставлення та видалення модуля.
SFF-8662 і SFF-8663 визначають каркас і роз'єм (тип A) модуля QSFP28.
SFF-8672 і SFF-8683 визначають клітки та роз’єми (тип B) модуля QSFP28.
SFF-8682 і SFF-8683 визначають каркаси та роз’єми модулів QSFP14 і нижче.
Іншу додаткову інформацію для QSFP можна переглянути в протоколі Infiniband.(InfiniBand TM ArchitectureSpecification Volume )
стандарт XFP
Сімейство протоколів XFP (10 Gb/s Small Form Factor Pluggable module, де X означає 10 римськими цифрами та в основному використовується для SONET OC-192, 10 Gigabit Ethernet і fibre channel): XFP Це модуль із можливістю налаштування довжини хвилі, який спочатку було визначено XFP MSA, а потім передано організації SFF для публікації.Протокол XFP включає SFF-8477 та INF-8077.
Протокол INF8077 визначає розмір, електричний інтерфейс, інформацію про пам’ять, керування зв’язком і діагностику модуля XFP (протокол включає всі аспекти модуля).SFF-8477 в основному оптимізовано для контролю регулювання довжини хвилі.
Стандарт CXP
CXP (12x Small Form-factor Pluggable, 12-channel small pluggable package, де C означає 100G, в основному використовується для Infiniband, Fibre Channel, Ethernet) протокол в основному регулюється організацією Infiniband.
Додаток A6 120 Гбіт/с 12x Small Form-factor Plugable (CXP) Interface Specification for Cables, Active Cables & Transceivers містить усі аспекти специфікацій CXP (можна безкоштовно завантажити на www.infinibandta.org).Крім того, організація SFF регулює захисні комірки та слоти для карток для CXP різних класів швидкості.
Специфікація SFF-8617 Mini Multilane 12X Shielded Cage/Connector 12 CXP CXP і слота для плати модуля.
SFF-8642 EIA-965 Mini Multilane 10 Гбіт/с 12X екранований каркас/роз’єм (CXP10) 12x10 Гбіт/с модуль CXP і характеристики слота для плати модуля.
SFF-8647 Mini Multilane 14 Гбіт/с 12X екранований каркас/роз’єм (CXP14) 12x14 Гбіт/с модуль CXP і специфікації слота для плати модуля.
SFF-8648 Mini Multilane 28 Гбіт/с 12X екранований каркас/роз’єм (CXP28) 12x28 Гбіт/с модуль CXP і специфікації слота для модулів.
microQSFP (мініатюризований QSFP), багатовимірний протокол, створений у 2015 році, має 4 канали, як QSFP, але розмір відповідає лише розміру модуля SFP, і він підтримує швидкість каналів 25G і 50G (модуляція PAM4).Завдяки дизайну тепловідвідних ребер на корпусі модуля він має кращі теплові характеристики.«Micro QUAD SMALL FORM FACTOR PLUGGABLE ЧОТИРИХКАНАЛЬНИЙ ПРИЙМОПЕРЕДАЧ, ХОСТ-КОНЕКТОР ТА ФОРМ-ФАКТОР КІТКИ» детально описує специфікацію micro-QSFP.
Пакет CFP
За винятком пакетів SFP і QSFP, CFP має бути найпоширенішою формою упаковки в оптичних модулях.C у CFP означає 100 за римськими цифрами, тому CFP в основному призначений для додатків зі швидкістю 100G (включаючи 40G) і вище.
Сімейство CFP в основному включає CFP / CFP2 / CFP4 / CFP8, з яких CFP8 все ще знаходиться на стадії пропозиції.
На відміну від додаткових цифр 10 і 28 позаду QSFP, які представляють ступінь швидкості, цифри позаду CFP представляють нове покоління з більш компактним розміром (крім CFP8) і більшою щільністю.
Коли вперше був запропонований пакет CFP, було технічно важко досягти єдиної швидкості 25 Гбіт/с, тому швидкість електричного інтерфейсу кожного CFP була визначена як рівень 10 Гбіт/с, а 40G і 40G досягалися через 4x10Gb/s і 10x10Gb. / s електричні інтерфейси.Швидкість модуля 100G.Розмір модуля CFP настільки великий, що він може помістити багато функцій материнської плати в модуль для завершення [ASIC (SerDes)].Коли швидкість кожного оптичного шляху не відповідає швидкості ланцюга, ви можете завершити перетворення швидкості через ці схеми (коробка передач). Наприклад, оптичний порт 4X25Gb/s перетворюється на електричний порт 10x10Gb/s.
Розмір CFP2 становить лише половину розміру CFP.Електричний інтерфейс може підтримувати одну швидкість 10 Гбіт/с, одну 25 Гбіт/с або навіть 50 Гбіт/с.Завдяки електричним інтерфейсам 10x10G, 4x25G, 8x25G і 8x50G можна досягти швидкості модуля 100G / 200G / 400G.
Розмір CFP4 зменшено вдвічі, ніж CFP2.Електричний інтерфейс підтримує одиночну швидкість 10 Гбіт / с і 25 Гбіт / с, а швидкість модуля 40 Г / 100 Гб досягається за рахунок 4x10 Гбіт / с і 4x25 Гбіт / с.Модулі CFP4 і QSFP дуже схожі, обидва чотиристоронні, обидва підтримують 40G і 100G;відмінність полягає в тому, що модулі CFP4 мають потужніші функції керування та більші розміри (це недолік для передачі даних з високою щільністю), і можуть підтримувати більші функції.Енергоспоживання, для класів швидкості вище 25 Гбіт / с і сценаріїв передачі на великі відстані (потрібно контроль температури TEC, велике енергоспоживання), можна відобразити переваги модулів CFP4 у споживанні електроенергії та розсіюванні тепла.
Таким чином, передача даних на короткій відстані - це, в основному, світ QSFP;для додатків 100G-LR4 10 км CFP4 і QSFP28 розділені порівну.
Сімейство стандартів CFP показано на наступному малюнку: кожен стандарт має 3 файли, з яких «CFPx MSA Hardware Specification Revision Revision» є програмним файлом, який коротко описує концепцію модуля, керування модулем, електричний інтерфейс, механічний розмір, оптичний інтерфейс, cheat Slots та інші специфікації, інші два документи визначають детальні механічні розміри.
CFP MSA також має дві загальнодоступні технічні специфікації: PIN Allocation REV.25 визначає визначення контактів модуля, а «Специфікація інтерфейсу керування CFP MSA» детально визначає контроль керування модулем та інформацію про реєстр.
Високошвидкісний електричний інтерфейс модуля CFP залежить від програми та посилається на специфікації електричного інтерфейсу CAUI, XLAUI та CEI-28G / 56G у IEEE802.3.
CFP8 — це пакет, спеціально запропонований для 400G, і його розмір еквівалентний CFP2.Електричний інтерфейс підтримує швидкість каналу 25 Гбіт/с і 50 Гбіт/с і досягає швидкості модуля 400 Гбіт через електричні інтерфейси 16x25G або 8x50.CFP8 — це лише пропозиція, офіційного стандарту для загальнодоступного завантаження немає.
CDFP MSA було створено в 2013 році, і стандарт упаковки CDFP, який вони випустили, був першим стандартом упаковки оптичного модуля 400G.У той час стандарт електричного інтерфейсу становив лише 25 Гбіт/с (OIF-CEI-28G-VSR), тому CDFP просто зробив 16 каналів і завершив швидкість модуля 400G через 16x25G, і це було спеціально націлено на короткочасні дальність застосування менше 2 км.
Якщо 16-вихідні електричні порти розташовані в ряд, обсяг буде надзвичайно величезним, тому модуль CDFP просто об’єднав дві друковані плати разом і використав інтерфейс MPO16 на оптичному порту.Весь модуль виглядає особливо товстим!Відповідно до розташування оптичних і електричних портів, загалом є три розміри модулів.
Останній стандарт CDFP: «400 Гбіт / с (16 X 25 Гбайт / с) PLUGGABLE TRANSECEIVER Rev 3.0», який визначає електричний інтерфейс, інтерфейс керування, оптичний інтерфейс, модуль / слот / розмір клітинки модуля CDFP, EMI / ESD пов'язаний вміст.Сьогодні PAM4 настільки популярний, що вважається, що цей пакет дуже перевірений.
Останнім стандартом упаковки, який підтримує 400G, має бути QSFP-DD.Ця організація була створена в лютому 2016 року та випустила останній стандарт «QSFP DOUBLE DENSITY 8X PLUGGABLE TRANSECEIVER Rev 1.0″ у вересні 2016 року. QSFP-DD має приблизно такий самий розмір, як QSFP (тільки тому, що є додатковий ряд ланцюгів, трохи довше).Основна зміна полягає в подвоєнні електричного інтерфейсу QSFP з чотирьох до восьми та підтримці швидкості каналу 50 Гбіт/с (8X50 становить 400 ГБ).Електричний інтерфейс QSFP-DD сумісний з QSFP, але не навпаки.
Наведені вище обговорення стосуються всіх оптичних модулів 100G і 400G.Давайте подивимося на доступний CSFP.Хоча останнім стандартом CSFP є «специфікації campact SFP», випущені в 2009 році, він зовсім не застарів.Campact означає більш компактні оптичні модулі, ніж оптичні модулі SFP, і кількість каналів також можна гнучко налаштувати.CSFP визначає 3 типи: 1CH campact SFP, 2CH campact SFP option1 і 2CH campact SFP option2.
Упаковка чорна технологія CFP2—ACO
Нарешті, давайте поглянемо на найпередовішу чорну технологію в стандартах упаковки оптичних модулів: CFP2-ACO.Він в основному визначається OIF і посилається на механічні розміри CFP2.Задня ACO означає аналоговий когерентний оптичний модуль.В основному він складається з вузького лазера, що перебудовується по ширині лінії, модулятора та когерентного приймача.DSP (цифрова обробка сигналу) розміщена поза модулем.Цей модуль неймовірний.Завдяки технології модуляції DP-QPSK і DP-xQAM швидкість однієї довжини хвилі може легко перевищувати 100 Гбіт/с, а відстань передачі може перевищувати 2000 км.