引言

根據光通信領域知名市場調研機構LightCounting數據顯示，2020年光模塊市場規模超過80億美元。隨著網絡流量的爆發式增長，預計到2026年，全球光模塊市場規模將到達145億美元。

圖 光模塊市場規模及預測（百萬美元）

隨著云計算時代的到來，更高速率、更大帶寬、更低時延的網絡成為數據中心業務發展的重要訴求。而400G光模塊作為數據中心內部光網絡互聯的關鍵硬件設備，在構建400G網絡系統的過程中，能最大限度的提高數據中心的帶寬與端口密度，成為實現互聯的必要手段，400G終將是下一代數據中心發展的必然趨勢。那么，400G光模塊的發展現狀（含義，命名方式，分類，標準及封裝方式）及在數據中心的應用方案是什么？

400G光模塊的含義和命名方式

400G光模塊又叫400G光收發模塊，在發送端將電信號轉變成光信號，再通過光纖進行傳送，到了接收端再將光信號轉變成電信號，主要用于光通信中電信號和光信號的相互轉換。從體積來看光模塊，它尺寸很小，一般用在各種網絡架構中的服務器、交換機、路由器和無線基站設備等。

IEEE802.3工作組對光模塊的命名方式進行了定義，xxxGBase-mRy.z的字段中，xxx表示速率，m表示傳輸距離，y表示光纖對數，z表示波長數量。比如400GBASE-SR4.2，表示光模塊速率為400Gbps，SR表示150m以內的連接（如同機房機柜之間的連接），4表示4對光纖8芯，2表示每芯承載2個波長。

400G光模塊的分類，標準及封裝方式

400G光模塊的分類，從光波長上，分為多模（MM）和單模（SM）；從信號調制方式上，分為NRZ和PAM4調制（目前以PAM4為主）；從傳輸距離上，分為SR、DR、FR、LR；從封裝形式上，分為OSFP、QSFP-DD、CDFP、CFP8、CWDM8和COBO等。主流400G光模塊中，光口側主要采用8路53Gbps PAM4（400G-SR8、FR8、LR8），和4路106Gbps PAM4（400G-DR4、FR4、LR4）來實現400G的信號傳輸；在電口側使用8路53Gbps PAM4電信號，采用OSFP或QSFP-DD的封裝形式。

封裝，可以理解為光模塊的款型標準，是區分光模塊的主要方式。目前400G光模塊的標準與封裝形式主要有以下六種：

OSFP（Octal Small Formfactor Pluggable），該標準是一個新的接口標準，與現有的光電接口不兼容。其尺寸為100.4 * 22.58 * 13 mm ^ 3，比QSFP-DD的尺寸稍大一些，需要更大的PCB面積。其電接口的引腳不同于QSFP-DD， 上下各有一排。

QSFP-DD（Quad Small Form Factor Pluggable-Double Density），該方案是對QSFP的拓展，將原先的4通道接口增加一行，變為8通道，也就是所謂的Double Density。該方案與QSFP方案兼容，原先的QSFP28模塊仍可以使用，只需再插入一個模塊即可。

CFP8是對CFP4的擴展，通道數增加到8個通道，尺寸相應地增加到40*102*9.5mm^3。該解決方案的成本較高，需要用到16個25G的激光器。

CWDM8是對CWDM4標準的擴展，每個波長的速率為50G，也可以同樣實現400G。 新增了四個中心波長，即1351/1371/1391/1411nm。波長范圍變得更寬，對Mux/DeMux的要求更高，激光器的數目也增加一倍。最大輸入功率為8.5dBm。

CDFP標準誕生較早，CD表示400，其采用16通道，單通道速率為25G。由于通道數較多，尺寸也比較大。

COBO（consortium for on board optics），意思是將所有的光學元件都放在PCB上。該解決方案的主要優點是散熱好、尺寸小。但是，由于不支持熱插拔，一旦某個模塊出現故障，將很難進行維修。

400G光模塊在數據中心的應用方案

隨著數據中心帶寬增大，儲存量需求增加，服務器訪問端口速度的加快，對光模塊實現數據中心之間信息實時海量交互的效率提出了更高要求。目前，400G光模塊傳輸速率為400G，相比100G光模塊提升了4倍，能最大限度的提高數據中心的帶寬與端口密度，成為實現數據中心網絡互聯的重要解法。400G光模塊在數據中心的應用方案，從傳輸距離來看，一般分為以下4個場景：

<20m，主要用于機柜內部的服務器和TOR交換機互聯。目前數據速率以10G、25G為主，正在向50G或100G過渡，一般可以使用AOC有源光纜或DAC高速線纜直接連接。

<500m，主要用于數據中心同一機房內Leaf到Spine交換機的互聯。目前數據速率以40G、100G為主，正在向400G過渡。其中100m以下的短距離主要以850nm的多模（MM）光纖為主；100m～500m距離多采用1310nm波長的單模(SM)光纖，出于成本考慮主要采用并行單模（PSM）技術。

<10km，主要用于數據中心樓宇間交換機或路由器的互聯。目前數據速率以100G為主，正在向400G過渡。此場景傳輸距離較長，光纖的成本占比較大，因此多采用波分復用技術在單根光纖上傳輸更多路信號，對于100G速率來說，態路通信可提供100G LR4光模塊，在500m~2km場景仍可以使用態路通信100G PSM4光模塊。

>10km，主要用于多個數據中心間的互聯（DCI）。目前實現方式以100G+DWDM（密集波分復用為主），對于100G速率來說，根據數據中心之間的距離態路通信可提供100G LR4、100G ER4和100G ZR4光模塊可供選擇。

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參考資料：

1.《What is the 400G Optical Module? 》

2.《400G光模塊封裝類型及數據中心應用方案》

3.《400G光模塊應用場景》

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