流量爆發(fā)式增速需求：400G****光模塊應(yīng)運(yùn)而生

5G時(shí)代的到來，催生了4K高清視頻，多維視頻，高性能計(jì)算等各種領(lǐng)域的應(yīng)用，從而大帶寬、高并發(fā)比、及時(shí)性高要求促使網(wǎng)絡(luò)流量通道底座的升級(jí)迭代，以實(shí)現(xiàn)更高效率的數(shù)據(jù)傳輸。采用的100G鏈路疊加，但是已有的光纖資源跟不上帶寬要求的增長，因此更大帶寬出入口的要求更加明顯。從200G過渡到400G，事實(shí)證明不管是在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用還是在長距離波分技術(shù)設(shè)備傳輸上，400G的端口增長的速度都是相當(dāng)可觀的。400G端口技術(shù)可以大幅度的提高鏈路傳輸效率，提升網(wǎng)絡(luò)帶寬，幫助大型互聯(lián)網(wǎng)公司和運(yùn)營商應(yīng)對(duì)流量爆發(fā)式增長而帶來的問題。

由傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心到高性能超算中心的演變

互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展引起的數(shù)據(jù)爆發(fā)式增長，對(duì)數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)傳輸提出了新的挑戰(zhàn)，動(dòng)態(tài)遷移和高性能被提出來。從傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心三層架構(gòu)模式（接入層-匯聚層-核心層）演變到到現(xiàn)在的大二層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，即Spine/leaf架構(gòu)；數(shù)據(jù)的流向也由傳統(tǒng)的收斂式南北向到現(xiàn)在的分散式東西向。下圖比較清晰的顯示了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心和高性能數(shù)據(jù)中心在規(guī)模，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，數(shù)據(jù)流量及流向，光模塊端口數(shù)量和光模塊速率上的區(qū)別。

為何400G光模塊會(huì)成為高性能數(shù)據(jù)中心的主流應(yīng)用方案？

上文中提到高性能數(shù)據(jù)中心在規(guī)模上要比傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心大得多，屬于大流量傳輸，因而更需要多通道數(shù)量上高速率數(shù)據(jù)吞吐量的端口完成數(shù)據(jù)的快速交換和存儲(chǔ)，即單位時(shí)間內(nèi)能夠傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量越多，那么數(shù)據(jù)傳輸越快，成本約低。400G光模塊采用的先進(jìn)的PAM4調(diào)制技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)高速率，低延時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸，同時(shí)降低成本。

什么是PAM4技術(shù)？

PAM4，即4-Level Pulse Amplitude Modulation，中文名叫做四電平脈沖幅度調(diào)制。PAM4采用4個(gè)不同的電平信號(hào)完成傳輸，比NRZ使用高、低兩種電平信號(hào)表示數(shù)據(jù)邏輯信息翻了一倍的數(shù)據(jù)量。PAM4技術(shù)在400G和800G光模塊方案應(yīng)用中，成本更低，性能更穩(wěn)定。

400G光模塊在新型數(shù)據(jù)中心的光互聯(lián)解決方案

武漢格凌科技面向數(shù)據(jù)中心提出了多種解決方案，主要包含以下幾款：400G QSFP-DD SR8，400G QSFP-DD SR4，400G QSFP-DD DR4，400G QSFP-DD FR4，400G QSFP-DD AOC，400G QSFP-DD 1TO2/4 AOC，400G OSFP-RHS SR4，400G OSFP DR4，400G OSFP SR8 TO 2*QSFP56 AOC，400G QSFP112 SR4，400G QSFP112 DR4。

400G QSFP-DD SR8

400G QSFP-DD SR8是一款可熱插拔的光收發(fā)模塊，設(shè)計(jì)應(yīng)用于高性能數(shù)據(jù)中心高速光模塊RoCE主流解決方案，此款產(chǎn)品為8通道模塊，單通道速率為53.125Gbps，接口使用MPO-16芯跳線，在OM3線纜上傳輸距離70米，在OM4線纜上可傳輸100米，該產(chǎn)品符合IEEE802.3協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。

400G QSFP-DD SR4

400G QSFP-DD SR4的封裝形式是QSFP-DD，此款光模塊在電口側(cè)用的是50GPAM4調(diào)制方式，在光口側(cè)是100GPAM4調(diào)制方式，可實(shí)現(xiàn)425Gbps速率的傳輸。在多模OM4的線纜上可支持100米的數(shù)據(jù)傳輸。

400G QSFP-DD DR4

400G QSFP-DD DR4其傳輸速率和封裝形式與400G QSFP-DD SR4和400G QSFP-DD SR8一樣，都是QSFP-DD封裝，傳輸速率都是400G。此款產(chǎn)品是一款單模光模塊，傳輸波長是1310nm，在單模光纖上可傳輸500米的距離，使用MPO-2 APC接口的單模光纖跳線。

400G QSFP-DD FR4

400G QSFP-DD FR4與400G QSFP-DD DR4一樣，封裝形式、傳輸速率和傳輸模式都一樣。400G QSFP-DD FR4延續(xù)了合波和分波技術(shù)，將4路光合波或者是分波為一束，F(xiàn)R4比DR4能夠傳輸更長距離，在接口為雙LC的單模線纜上，可傳輸2km距離。

400G QSFP-DD AOC

400G QSFP-DD AOC有源光纜是400G系列AOC中常見的一款，該線纜電口側(cè)是8*53.125Gbps PAM4調(diào)制模式，非氣密性COB光學(xué)設(shè)計(jì)，MSA支持CMIS4.0，3.3V電源供電，400G端功耗小于8W，F(xiàn)EC條件下，在OM4多模光纖上最大長度可達(dá)100m，工作溫度是0℃~70℃。我司現(xiàn)將AOC固件升級(jí)為卡扣式，這將大大減輕了布線過程中因?yàn)楣饽K故障原因而帶來的繁瑣拆線環(huán)節(jié)。

400G QSFP-DD 1TO2/4 AOC

400G QSFP-DD 1TO2/4 AOC有源光纜是屬于分支光纜，可1分2或者是1分4。封裝是QSFP-DD轉(zhuǎn)QSFP56，電口側(cè)是8*53.125Gbps PAM4調(diào)制模式，非氣密性COB光學(xué)設(shè)計(jì)，MSA支持CMIS4.0，3.3V電源供電，400G端功耗小于8W，200G每端功耗小于4.5W，

FEC條件下，在OM4多模光纖上最大長度可達(dá)100m，工作溫度是0℃~70℃。我司現(xiàn)將AOC固件升級(jí)為卡扣式，這將大大減輕了布線過程中因?yàn)楣饽K故障原因而帶來的繁瑣拆線環(huán)節(jié)。

400G OSFP-RHS ** SR4**

400G OSFP-RHS SR4是一款無散熱器封裝的400G光模塊，電口側(cè)是100GPAM4調(diào)制，4通道，光口側(cè)是400GBASE-SR4。屬于非氣密性COB光學(xué)設(shè)計(jì)，MSA支持CMIS5.2，3.3V電源供電，功耗小于9W，采用MPO-12APC光接口，在多模光線上最遠(yuǎn)傳輸距離100米，工作殼溫0℃~70℃。

400G OSFP DR4

400G OSFP DR4的封裝是帶散熱的OSFP封裝，電口側(cè)是100GPAM4調(diào)制，4通道，光口側(cè)是400GBASE-DR4。非氣密性COB光學(xué)設(shè)計(jì)，采用硅光方案，MSA支持CMIS5.2，3.3V電源供電，功耗小于9W，采用MPO-12APC光接口，在單模光纖上最遠(yuǎn)傳輸距離500米，工作殼溫0℃~70℃。

400G OSFP SR8 TO 2*QSFP56 AOC

400G OSFP SR8 TO 2*QSFP56 AOC是400G分2個(gè)200G有源光纜，該線纜的400G端光模塊是400G OSFP SR8，電口側(cè)是50G PAM4調(diào)制模式。我司現(xiàn)將AOC固件升級(jí)為卡扣式，這將大大減輕了布線過程中因?yàn)楣饽K故障原因而帶來的繁瑣拆線環(huán)節(jié)。

400G QSFP112 SR4

400G QSFP112 SR4是一款傳輸速率為400G，封裝為QSFP112的多模光模塊，電口采用100G PAM4調(diào)制，使用MPO-12 APC OM4的多模光纖最遠(yuǎn)可傳輸100米距離，工作殼溫0℃~70℃。

400G QSFP112 DR4

400G QSFP112 DR4是一款傳輸速率為400G，封裝為QSFP112的單模光模塊，電口采用100G PAM4調(diào)制方式，光口側(cè)是400GBASE DR4，非氣密性光學(xué)設(shè)計(jì)硅光方案，功耗小于10W，在單模MPO-12 APC單模光纖上最遠(yuǎn)可傳輸500米，工作殼溫0℃~70℃。

QSFP-DD、OSFP和QSFP112的區(qū)別是什么？

上文對(duì)400G光模塊各種型號(hào)的梳理，我們可以了解到400G光模塊的封裝形式主要有3種，即QSFP-DD、OSFP和QSFP112。那么這3種封裝形式到底有什么區(qū)別呢？

電口調(diào)制

從電口側(cè)看，QSFP-DD的電口是8路50G PAM4調(diào)制方式，而QSFP112電口是4路100G PAM4調(diào)制方式，電口單通道速率是QSFP-DD的一倍。OSFP封裝的光模塊在電口側(cè)可以是8路50G PAM4或者是4路100G PAM4調(diào)制方案。

尺寸兼容性

QSFP-DD封裝和QSFP28封裝是完全兼容的，從而尺寸和QSFP28也是一樣的，在現(xiàn)有設(shè)備支持的情況下，可以直接更換模塊配件，完成傳輸速率的升級(jí)迭代。OSFP封裝因其帶有散熱裝置，則其尺寸會(huì)比QSFP-DD略大一些，與100G的QSFP28封裝不兼容。QSFP112封裝的112的意思是單通道速率是112Gbps,400G QSFP112 SR4和400G QSFP112 DR4都為4路通道，那么整個(gè)光模塊的速率就可以達(dá)到400G的傳輸速率，并且改模塊也兼容100G QSFP28封裝，也便于現(xiàn)有設(shè)備傳輸速率的更新迭代。

功耗

OSFP封裝因?yàn)榧闪松崞?，與QSFP-DD和QSFP112封裝相比，散熱的性能更好，從而也就具有更低的功耗特征。光模塊的功耗指標(biāo)是如此的重要，不僅影響到光模塊的性能和使用壽命，更是影響到整個(gè)數(shù)據(jù)中心的能源消耗和散熱。那么OSFP集成了散熱裝置，在同等傳輸速率和距離的情況下，其消耗的能源更低，這對(duì)于大規(guī)模的數(shù)據(jù)中心和高性能超算中心系統(tǒng)尤為重要。能耗因素甚至成為了超算中心能否盈利的一個(gè)關(guān)鍵因素。

關(guān)于AOC卡口設(shè)計(jì)方案

之前AOC設(shè)計(jì)的方案，光纖線纜和光模塊是集成一體式，用膠水固定，不可拆卸。這樣的設(shè)計(jì)方案使得AOC線纜在布線過程中非常被動(dòng)，如果任一一端的光模塊出現(xiàn)故障，整根線纜抽出將非常麻煩。目前我司對(duì)AOC做了固件升級(jí)，用卡口的方式將線纜和光模塊固定在一起，這樣即實(shí)現(xiàn)了AOC的功能，同時(shí)也能在光模塊出現(xiàn)故障的情況下，在不動(dòng)線纜的情況下，即可對(duì)光模塊拔出，進(jìn)行故障排除或者更換。

400G光模塊目前已經(jīng)成為大型超算中心的主要連接方案，各大光模塊廠家的出貨量非?？捎^。隨著應(yīng)用的增長，400G光模塊的穩(wěn)定性和兼容性將會(huì)有很大的進(jìn)步，尤其是客戶關(guān)注的功耗參數(shù)指標(biāo)上，相信在不久的將來，400G光模塊的選型會(huì)減少，并且在性能各方面會(huì)比現(xiàn)階段的產(chǎn)品更加穩(wěn)定可靠。

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