“互联网 +” 已经成为大多数当代人的 “必需品”。大家经常嘲笑这种现象。现在的数据中心不再只是一个或几个机房，而是一组数据中心集群。为了实现各种互联网服务和应用市场的正常工作，要求数据中心协同工作。数据中心之间实时海量的信息交换产生了对数据中心互联网络的需求，光纤通信成为互联互通的必要手段。
与传统的电信接入网传输设备不同，数据中心互联需要更大、更密集的信息传输，这就要求交换设备具有更高的速度、更低的功耗、更小型化。决定能否实现这些性能的核心因素是光纤收发器模块。
什么是光收发器模块？
信息网络主要采用光纤作为传输介质，但目前计算和分析也必须基于电信号，而光收发模块是实现光电转换的核心器件。
光收发模块的核心部件由Transimitter (光传输子模块) 、接收器 (光接收子模块) 、收发器 (光收发集成模块) 、电芯片、无源器件，例如透镜，分路器和光束组合器以及外围电路组成。
在发送端: 电信号通过Transimitter转换为光信号，然后通过光适配器输入到光纤。在接收端: 光纤中的光信号被接收器通过光适配器接收并转换成电信号，并发送到计算单元进行处理。
光收发模块示意图
随着光电集成技术的发展，光收发模块的封装形式也发生了一些变化。在光收发模块行业发展初期，各大电信设备商自行开发接口，接口多样，不通用，这导致无法交换光收发器模块。为了光收发模块产业的发展，“多源协议 (MSA)” 终于应运而生。随着MSA标准，独立专注于收发器发展的公司开始涌现，行业兴起。
根据封装形式，光收发模块可分为SFP、XFP、QSFP、CFP等。
l SFP (小型可插拔) 是一种紧凑的，可插拔的光纤收发器模块标准，用于电信和数据通信应用，可支持高达10Gbps的传输速率。
l XFP (10 Gigabit Small Form Factor Pluggable) 是10g速率的小型可插拔光纤收发器模块的标准，支持多种通信协议，例如10g以太网，10g光纤通道和SONETOC-192。XFP光纤收发器可用于数据通信和电信市场，并提供比其他10gbps收发器更好的功耗特性。
l QSFP (Quad Small Form-factor Pluggable) 是一种紧凑，可插拔的光纤收发器标准，主要用于高速数据通信应用。根据速度，QSFP可分为1 × 40G QSFP，4 × 10GQSFP，4 × 25G QSFP28光模块等。QSFP28已广泛应用于全球数据中心。
l CFP (Centum gigabits形式可插拔) 是一种基于标准化的密集波分光通信模块，传输速率高达100-400Gbps。CFP光纤收发器模块的尺寸大于SFP/XFP/QSFP，一般用于城域网等长距离传输。
光收发模块在数据中心的应用有哪些？
数据中心通信根据连接类型可分为三类:
(1) 从数据中心到用户，是通过访问云浏览web，收发电子邮件和视频流等终端用户行为产生的；
(2) 数据中心互联，主要用于数据复制、软件和系统升级；
(3) 数据中心内部，主要用于信息存储，生成和挖掘。根据思科的预测，数据中心内部通信占数据中心通信的70% 以上。数据中心建设的大发展催生了高速光传输模块的发展。
数据流量持续增长，数据中心大型化、扁平化的趋势在两个方面推动了光模块的发展:
l提高传输速率要求
l数量需求增加
目前，全球数据中心光收发模块需求已由10/40g光收发模块转变为100G/400G光收发模块。
阿里云光模块的演进路径
数据中心的大规模趋势导致了传输距离要求的增加。多模光纤的传输距离受到信号速率增加的限制，有望逐步被单模光纤取代。光纤链路的成本由两部分组成: 光收发器模块和光纤。对于不同的距离也有不同的适用方案。在数据中心通信所需的中长距离互连方面，MSA诞生了两种革命性的解决方案:
l PSM4 (平行单模4车道)
l CWDM4 (粗波分复用器4道)
其中PSM4光纤使用量是cwdm4的4倍。当链路距离较远时，CWDM4解决方案的成本相对较低。从下表，我们可以看到数据中心的100G光模块解决方案的比较:
如今，400G光收发器模块的实现技术已成为业界关注的焦点。400G光收发器模块的主要功能是增加数据的吞吐量，并最大程度地提高数据中心的带宽和端口密度。其未来趋势是实现宽增益、低噪声、小型化和集成化性能，以满足下一代无线网络和超大规模数据中心通信的应用需求。
早期的400G光收发器模块使用16通道25G NRZ (不归零，不归零) 的信号调制方式，并采用CFP8封装。优点是可以在100G光收发器模块上借用成熟的25G NRZ信号调制技术，但缺点是并行传输需要16个信号，并且功耗和体积相对较大，不适合数据中心应用。在目前的400G光模块中，8通道53G NRZ或4通道106G PAM4 (4脉冲调幅，4级脉冲调幅) 信号调制方法主要用于实现400G信号传输。
在模块封装方面，采用QSFP或qsfp-dd，两者均可提供8个电信号接口。相比之下，qsfp-dd封装尺寸更小，更适合数据中心应用; QSFP封装尺寸稍大，功耗更大，更适合电信应用。
100G/400G光收发器模块解决方案
我们简要介绍了100G和400G光收发器模块的实现。100G CWDM4、400G CWDM8和400G CWDM4解决方案的示意图如下所示:
100G CWDM4的原理图
400G CWDM8的原理图
400G CWDM4的原理图
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