可插拔相干光模块分析

传统上，可插拔光模块的大多数应用都落在10km及以下，因此可以通过直接连接铜缆、基于多模VCSEL或单模直接检测光学技术进行有效地解决。随着数据速率的提高，信令速率稳步提高，并且随着400G的发展，出现了向更高阶调制（NRZ=>PAM4）的升级。但是，绝大多数应用都采用了传统的“直接检测”技术。

传统上，基于可定制的光器件和ASIC（特殊应用集成电路）的高性能，特定于供应商的相干线卡模块可以解决传输更长距离的问题，但是许多供应商已经研发出与客户端“插槽”兼容的高性能可插拔模块（尽管对电源，冷却和管理的要求更高）。最初的重点是电信应用，但是在诸如数据中心互连（DCI）等领域已经出现了一个越来越大的市场。长距离传输问题最好通过相干技术解决，并选用有市场潜力的高密度封装（包括电源和冷却），并且必须要低成本才能与市场预期保持一致。

如今的客户侧光接口

如今客户侧光模块已有多种类型的封装，但在客户端界面中最受欢迎的有两个系列，SFP系列和QSFP系列。SFP系列通常具有一条电气通道和一条光通道，通常用于“终端设备”（例如服务器或手机基站）；而QSFP系列使用并行光通道和电气通道（传统上使用4条电气通道，而大多数情况下，将4条光通道用作并行光学器件或将单根光纤与CWDM光栅上的信号一起使用）。

当前用于客户端接口的最先进的400G可插拔模块是QSFP-DD模块，它通常用在处理最大带宽的交换机，路由器和传输设备等元件。融合了高速数字电子产品，宽带和低噪声模拟电子产品、DSP固件、微控制器、集成的光器件以及机械集成，所有高性能都导致了高成本。

需要解决几个关键问题：

可插拔的电气接口（在QSFP-DD中是双面，双堆栈连接器）将并行的高速电气主机引入模块接口。在400G以太网上，这通常是8条并行差分通道，这些通道使用PAM4调制，并使用高性能数字SERDES，并支持主机到模块接口的均衡。连接器还需要提供命令/控制接口，通常这些接口基于使用协议的I²C之类的双线接口。最新的400G QSFP-DD通常使用CMIS 4.0，这是一种针对400G的需求和应用而设计的高级状态协议。电源（通常在超过4A时为3.3V）经过连接器，为模块中的电器件和光器件提供了电源。

模块内部的高度集成的IC包括SERDES，现在通常基于DSP，支持主机和模块之间的均衡，并提供从8通道28Gbd PAM4到4通道100x /λ（56Gbd PAM4）的多路复用和解复用）用于光接口（例如DR4和LR4）。IC需要复杂的固件，尤其是DSP代码，并且通过微控制器协调对模块的管理和控制，该微控制器将用于协议模块管理的协议栈（即CMIS 4.0），所有正常的日常维护和管理（如冷却和电源管理）整合在一起，DSP的固件加载和管理，当然还有光器件的所有要求。光器件将由高度集成的激光器和接收器组成，这些发射器和接收器均符合诸如IEEE 802.3之类的严格而精确的标准。发射器和接收器都需要展现出宽带宽，低噪声和良好的线性度，以应对功率和散热要求。

（编辑：源码网）

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