In scenarios like 5G live streaming, AI computing, and cloud storage, data flows at a rate of several terabytes per second. The unsung heroes behind this "data voyage" are optical modules — «оптические преобразователи связи», которые точно преобразуют электрические и оптические сигналы.

Технология корпусирования оптических модулей — это своего рода «генетический код», определяющий их производительность, стоимость и сферы применения. Какие технологические прорывы претерпела корпусирование оптических модулей: от «гигантской» эры GBIC в 1995 году до «наномасштабной» интеграции QSFP-DD сегодня?

В этой статье простым языком будет рассказано об эволюции корпусирования оптических модулей, а также будет приведена подробная таблица типов корпусов и ставок соответствия.

Ⅰ . Пихта святого генерала Упаковка (1995-2000): начальное исследование стандартизации, от " Ремесленная мастерская " к " Промышленная сборочная линия "

Фон: В середине 1990-х годов волоконно-оптическая связь вступила в период бурного развития, но рынок оптических модулей также переживал бурный рост. Размеры модулей, интерфейсы и схемы расположения выводов у разных производителей различались, что приводило к проблемам совместимости. В 1995 году операторы и производители оборудования совместно заключили Соглашение о многоисточниках (MSA) для содействия стандартизации оптических модулей, что привело к появлению первого поколения технологий корпусирования.

Представительский пакет:

1. 1 × 9 П упаковка:

Особенности: Сварная конструкция, скорость не выше 1 гигабит, в основном используется интерфейс SC (большой квадратный интерфейс).

Применение: Ранние коммутаторы и маршрутизаторы Ethernet были сняты с производства из-за их больших размеров и плохой совместимости.

Случай: Когда предприятие модернизировало свой старый компьютерный зал, было обнаружено, что большое количество 1 × 9 модулей не смогли адаптироваться к новому оборудованию и в конечном итоге были заменены на модули SFP.

2. ГБИК ( Преобразователь гигабитного интерфейса):

Особенности: гигабитная скорость, большой размер (примерно половина ладони), 20-контактный разъем и возможность горячей замены.

Применение: Основное оборудование центров обработки данных и городских вычислительных сетей, около 2000 г.

Проблема: из-за больших размеров один коммутатор может вместить только восемь модулей GBIC, что ограничивает плотность портов.

Техническое значение: Корпус первого поколения решил проблему «совместимости» оптических модулей и заложил основу для последующих технологических итераций. .

Ⅱ . Упаковка второго поколения (2000–2018): революция миниатюризации, от «Биг Мака» до «Мини-эльфа»

Фон: По мере расширения центров обработки данных предъявляются более высокие требования к объёму и плотности размещения оптических модулей. Корпуса второго поколения ориентированы на миниатюризацию, что позволяет значительно уменьшить размер модулей за счёт оптимизированной конструкции.

Представитель П упаковка:

1. SFP (малый форм-фактор, подключаемый) :

Функции: Площадь оптического порта составляет всего около 1/3 ГБИК , поддерживает скорость Gigabit, использует интерфейс LC (миниатюрный интерфейс) и поддерживает горячее подключение.

Применение: получило широкое распространение после 2000 года и широко используется в центрах обработки данных, корпоративных сетях и базовых станциях 5G.

Кейс: Компания, занимающаяся облачными вычислениями, увеличила плотность портов одного коммутатора в три раза и сэкономила 60 % пространства в шкафу путем замены GBIC на SFP.

2. SFP+ (улучшенный SFP) :

Особенности: Скорость увеличена до 10G, объем такой же, как у SFP, внутренний модуль CDR (восстановление данных синхронизации) исключен, а энергопотребление снижено.

Применение: После 2009 года он стал основным модулем 10 Gigabit Ethernet, заменив ранние громоздкие XENPAK/XFP.

Данные: Модули SFP+ стоят на 40% дешевле, чем XFP, и потребляют на 30% меньше энергии, быстро завоевывая лидирующие позиции на рынке.

3. QSFP+ (четыре SFP+) :

Особенности: поддерживает 4-канальную передачу, 10G на канал, общая скорость до 40G, а объем лишь немного больше, чем у SFP+.

Применение: После 2012 года он стал основным решением для центров обработки данных 40G, заменив такие большие модули, как CFP.

Преимущества: По сравнению с CFP, QSFP+ имеет плотность портов в четыре раза выше, а стоимость на 60% ниже.

Техническое значение: Корпуса второго поколения решают проблемы «плотности» и «стоимости» оптических модулей за счет «миниатюризации» и «многоканальности» конструкции, способствуя масштабному развертыванию центров обработки данных и сетей 5G.

Ⅲ . Третье поколение П Упаковка (с 2018 г. по настоящее время): Высокая С пописал и я интеграция, Ф ПЗУ " Э электрический С сигналы" к " П хотонический С бедра"

Фон: С развитием приложений, требующих высокой пропускной способности, таких как искусственный интеллект и видео 8K, скорости оптических модулей увеличиваются с 40G до 100G, 400G и даже 800G. Третье поколение корпусов, ориентированное на высокую скорость и интеграцию, преодолевает традиционные ограничения благодаря таким инновациям, как кремниевая фотоника и ко-корпусная оптика (CPO).

Представитель П упаковка:

1. QSFP28 :

Особенности: Поддерживает 4-канальную передачу 25G с общей скоростью 100G и таким же размером, как QSFP+.

Применение: После 2014 года он стал основным решением для центров обработки данных 100G, заменив такие большие модули, как CFP4.

Данные: Потребляемая мощность модулей QSFP28 на 50% ниже, чем у CFP4, а стоимость на 40% ниже.

2. QSFP-DD (двойная плотность) :

Особенности: Поддерживает 8-канальную передачу 25G/50G с общей скоростью 200G/400G, а также ширина как QSFP28.

Применение: После 2019 года станет основным решением для центров обработки данных 400G, поддерживая сценарии с высокой пропускной способностью, такие как кластеры ИИ и суперкомпьютерные центры.

Пример: Производитель ИИ-решений увеличил пропускную способность своего внутреннего центра обработки данных в четыре раза и повысил эффективность обучения больших моделей на 30% за счет развертывания модулей QSFP-DD.

3. CPO (Компактная оптика):

Особенности: Оптический чип и чип-коммутатор непосредственно упакованы вместе, что устраняет узкое место преобразования «электрический сигнал-оптический сигнал», характерное для традиционных оптических модулей.

Применение: Пилотные проекты начнутся после 2023 года и, как ожидается, станут основным решением в эпоху 800G/1.6T.

Преимущества: CPO позволяет сократить энергопотребление на 50% и задержку на 70% и является «высшей формой» будущей оптической связи.

Техническое значение: Корпуса третьего поколения решают проблемы «пропускной способности» и «энергетической эффективности» оптических модулей за счет «высокоскоростной» и «интегрированной» конструкции, обеспечивая поддержку приложений, требующих высокой пропускной способности, таких как ИИ и метавселенная.

Ⅳ . Оптический М модуль П упаковка Т тип и М атчинг Р ел С сравнение Т способный

Ⅴ . Чт Основная логика итерации упаковочной технологии: « Невозможный треугольник ” стоимости, плотности и производительности

Каждая итерация корпуса оптического модуля представляет собой баланс и прорыв по трем основным показателям: «стоимость», «плотность» и «производительность»:

Первое поколение: в основе решения проблем совместимости лежит «стандартизация», но отличается большим размером и низкой плотностью.

Второе поколение: в основе лежит «миниатюризация», повышается плотность и снижается стоимость за счет оптимизированной конструкции, но скорость ограничивается узким местом передачи электрического сигнала.

Третье поколение: с «высокой скоростью» и «интеграцией» в качестве основы, преодолевает физические ограничения с помощью таких технологий, как кремниевая фотоника и CPO, но стоимость относительно высока и требует постепенной популяризации.

Ⅵ . Ф Перспективы будущего: Что такое Т он « У конечный Ф форма ” О ф О оптический М модули?

С наступлением эры 800G/1.6T корпусирование оптических модулей столкнется с двумя основными проблемами:

Управление тепловым режимом : Высокоскоростные сигналы генерируют много тепла, и проблему рассеивания тепла необходимо решать с помощью таких технологий, как жидкостное охлаждение и 3D-корпусирование.

Расходы : Новые технологии, такие как CPO, являются дорогостоящими и их необходимо снижать за счет крупномасштабного производства.

В будущем корпусирование оптических модулей может развиваться в двух направлениях:

Короткий срок : Высокоскоростные подключаемые модули, такие как QSFP-DD и OSFP, по-прежнему остаются основными, удовлетворяя потребности центров обработки данных и модернизации 5G.

Долгосрочный : После того, как технология CPO станет более зрелой, оптические модули будут тесно интегрированы с коммутационными чипами и станут частью «фотонного чипа», полностью разрушив традиционную форму корпусирования.

VII. Заключение

От «большого парня» до «маленького эльфа»: эволюция корпусирования оптических модулей — это история отработки «мастерства уменьшения размеров» оптических коммуникационных технологий.

Начиная с эпохи «Биг Мака» GBIC в 1995 году и до интеграции CPO на «наноуровне» сегодня, каждая итерация корпусирования обеспечивала скачок эффективности передачи данных.

В будущем, с развитием приложений с высокой пропускной способностью, таких как искусственный интеллект и метавселенная, корпусирование оптических модулей продолжит развиваться в направлении «выше, быстрее и мощнее», создавая более эффективную и экологичную «оптическую коммуникационную магистраль» для цифрового мира.