In der optischen Kommunikationsbranche sind optische Module am stärksten gefährdet. Sie haben unterschiedliche physikalische Größen und die Anzahl der Kanäle und Übertragungsraten variiert stark. Wie diese Module hergestellt werden, welche Eigenschaften sie haben und alle Geheimnisse stehen im Standard.
Ältere Verpackungsstandards wie GBIC, XPAK, X2 und Xenpak werden ignoriert und die Hauptenergie wird auf die strengeren oder neueren Standards konzentriert, die im Folgenden einzeln bewertet werden.
SFF-Standardisierungsorganisation: Die SFF-Standardisierungsorganisation (Small Form-Factor Small Package) wurde im August 1990 gegründet. Sie entwickelte zunächst 2,5-Zoll-Festplattenlaufwerke und expandierte im November 1992 auf andere Bereiche. Bisher ist SFF die am weitesten verbreitete und erfolgreichste Organisation Modulstandard im Bereich der optischen Modulverpackung. Die von SFF formulierten Standards für optische Module umfassen hauptsächlich SFP / QSFP / XFP.
SFP-Standard
SFP (Small Form-Factor Pluggable), eine Familie von steckbaren Transceivern mit kleinem Formfaktor, die hauptsächlich für Ethernet, Fibre Channel, Wireless CPRI und SONET verwendet werden: Definiert ein Einkanal-SFP-Paket von 1 Gbit/s bis 28 Gbit/s, das sein sollte Die Struktur entspricht der Norm und ist in der folgenden Abbildung dargestellt. Zuerst gab es ein deklaratives Dokument, wie z. B. SFF-8402 schlug SFP28 vor, SFF-8083 schlug SFP10 vor (die Zahl am Ende stellt die Übertragungsrate dar, SFP10 wird jetzt oft als SFP+ geschrieben), in diesem Deklarationsdokument wurden die technischen Anforderungen erwähnt zitiert Diese zitierten technischen Anforderungen bilden zusammen den inhaltlichen Standard für dieses Modul.
Zu den technischen Spezifikationen der SFP-Serie gehören hauptsächlich:
SFF-8432 definiert die Größe des Moduls (hauptsächlich die Größe der Installation), die Steckkraft und die Spezifikation des Modulkäfigs.
SFF-8071 definiert den Kartensteckplatzanschluss auf dem HOST-Motherboard und die Goldfinger-Zugriffssequenz des Modul-Motherboards.
SFF-8433 definiert mehrere nebeneinander liegende Modulkäfige und technische Spezifikationen für EMI-Splitter.
SFF-8472 definiert Modulspeicher- und Diagnoseverwaltungsspezifikationen.
SFF-8431 definiert die Stromversorgung, elektrische Signale mit niedriger Geschwindigkeit (Kommunikationsleitungen), Signale mit hoher Geschwindigkeit, Timing sowie Lese- und Schreibspezifikationen für den Speicher.
Da die SFP-Unterstützungsrate immer höher wird, gilt die Hochgeschwindigkeitssignalspezifikation in SFF8431 nicht für SFP16/28, sodass SFF-8431 später in SFF-8418 und SFF-8419 aufgeteilt wurde. SFF-8418 definiert speziell die Anforderungen an Hochgeschwindigkeits-Signalschnittstellen mit 10 Gbit/s. Informationen zu physischen Schnittstellenanforderungen über 10 Gbit/s finden Sie unter Fibre Channel. SFF-8419 definiert speziell andere Inhalte als Hochgeschwindigkeitssignale in SFF-8431, das für alle Module der SFP-Serie geeignet ist.
Daher müssen SFP-Modulstrukturdesigningenieure mit SFP-8431 vertraut sein. Wenn Sie Leiterplatten entwerfen, Software schreiben oder Tests durchführen, müssen Sie mit SFF-8472, SFF-8418 und SFF-8419 vertraut sein.
QSFP-Standard
QSFP (Quad Small Form-factor Pluggable), ein miniaturisierter steckbarer Vierkanal-Transceiver, der hauptsächlich in den Protokollfamilien Infiniband, Ethernet, Fibre Channel, OTN und SONET verwendet wird: QSFP erweitert einen Einkanal-SFP auf vier Kanäle mit einem Volumen von nur It ist mehr als verdoppelt. Für die gleiche GrößeschaltenDie QSFP-Switching-Kapazität beträgt das 2,67-fache der von SFP. Das QSFP-Protokoll wurde ursprünglich durch INF-8438i definiert und dann auf SFF-8436 aktualisiert.
und dann wurde SFF-8436 zur Definition und Referenz in mehrere Teile aufgeteilt. Die Architektur ähnelt nun der von SFP:
Zu den technischen Spezifikationen von QSFP gehören hauptsächlich:
SFF-8679 definiert das Hochgeschwindigkeitssignal, das Niedergeschwindigkeitssignal, die Stromversorgung und die Timing-Spezifikationen des Moduls sowie die optischen Schnittstellen- und Zugring-Farbspezifikationen.
SFF-8636 definiert Speicherinformationen sowie Speicherlese- und -schreibvorgänge.
SFF-8661 definiert die Größe des Moduls, die Größe des Goldfingers und die Spezifikation der Einsteck- und Entnahmekraft des Moduls.
SFF-8662 und SFF-8663 definieren den Käfig und den Stecker (Typ A) des QSFP28-Moduls.
SFF-8672 und SFF-8683 definieren die Käfige und Anschlüsse (Typ B) des QSFP28-Moduls.
SFF-8682 und SFF-8683 definieren die Käfige und Anschlüsse von Modulen mit QSFP14 und darunter.
Weitere ergänzende Informationen zu QSFP finden Sie im Infiniband-Protokoll. (InfiniBand TM ArchitectureSpecification Volume)
XFP-Standard
XFP (10 Gb/s Small Form Factor Pluggable Module, wobei X für 10 in römischen Ziffern steht und hauptsächlich für SONET OC-192, 10 Gigabit Ethernet und Fibre Channel verwendet wird) Protokollfamilie: wurde ursprünglich von der XFP MSA definiert und später der SFF-Organisation zur Veröffentlichung vorgelegt. Das XFP-Protokoll umfasst SFF-8477 und INF-8077.
Das INF8077-Protokoll definiert die Größe, die elektrische Schnittstelle, die Speicherinformationen, die Kommunikationssteuerung und die Diagnose des XFP-Moduls (das Protokoll umfasst alle Aspekte des Moduls). SFF-8477 ist hauptsächlich für die Steuerung der Wellenlängenanpassung optimiert.
CXP-Standard
Das CXP-Protokoll (12x Small Form-factor Pluggable, kleines steckbares 12-Kanal-Paket, wobei C für 100G steht und hauptsächlich für Infiniband, Fibre Channel und Ethernet verwendet wird) wird hauptsächlich von der Infiniband-Organisation reguliert.
Anhang A6 120 Gb/s 12x Small Form-factor Pluggable (CXP) InterfaceSpecification for Cables, Active Cables & Transceivers bietet alle Aspekte der CXP-Spezifikationen (kann kostenlos heruntergeladen werden unter www.infinibandta.org). Darüber hinaus regelt die SFF-Organisation Abschirmkäfige und Kartensteckplätze für CXPs unterschiedlicher Geschwindigkeitsstufen.
SFF-8617 Mini Multilane 12X Shielded Cage/Connector 12-Kanal-CXP-Käfig und Modulplatinensteckplatzspezifikation.
SFF-8642 EIA-965 Mini Multilane 10 Gbit/s 12X geschirmter Käfig/Anschluss (CXP10) 12x10Gbit/s Spezifikationen für CXP-Modulkäfig und Modulplatinensteckplatz.
SFF-8647 Mini Multilane 14 Gbit/s 12X geschirmter Käfig/Anschluss (CXP14). Spezifikationen für 12x14 Gbit/s CXP-Modulkäfig und Modulplatinensteckplatz.
SFF-8648 Mini Multilane 28 Gbit/s 12X geschirmter Käfig/Anschluss (CXP28) 12x28Gbit/s CXP-Modulkäfig und Modulplatinensteckplatzspezifikationen.
microQSFP (miniaturisiertes QSFP), ein 2015 eingeführtes mehrdimensionales Protokoll, verfügt wie QSFP über 4 Kanäle, ist jedoch nur so groß wie ein SFP-Modul und unterstützt Kanalraten von 25G und 50G (PAM4-Modulation). Durch die Gestaltung der Wärmeableitungsrippen am Modulgehäuse wird eine bessere Wärmeleistung erzielt. „Micro QUAD SMALL FORM-FACTOR PLUGGABLE FOUR CHANNEL PLUGGABLE TRANSCEIVER, HOST CONNECTOR, & CAGE ASSEMBLY FORM FACTOR“ beschreibt die Micro-QSFP-Spezifikation.
CFP-Paket
Abgesehen von SFP- und QSFP-Gehäusen dürfte CFP die häufigste Verpackungsform in optischen Modulen sein. Das C im CFP stellt 100 in der römischen Ziffernuhr dar, daher richtet sich das CFP hauptsächlich an Anwendungen mit einer Rate von 100G (einschließlich 40G) und mehr.
Die CFP-Familie umfasst hauptsächlich CFP/CFP2/CFP4/CFP8, wobei sich CFP8 noch im Vorschlagsstadium befindet.
Im Gegensatz zu den zusätzlichen Zahlen 10 und 28 hinter dem QSFP, die den Geschwindigkeitsgrad darstellen, repräsentieren die Zahlen hinter dem CFP eine neue Generation mit einer kompakteren Größe (außer CFP8) und einer höheren Dichte.
Als das CFP-Paket zum ersten Mal vorgeschlagen wurde, war es technisch schwierig, eine einzelne 25-Gbit/s-Rate zu erreichen, daher wurde die elektrische Schnittstellenrate jedes CFP als 10-Gbit/s-Niveau definiert und 40G und 40G wurden durch 4x10Gbit/s und 10x10Gb erreicht / s elektrische Schnittstellen. 100G-Modulgeschwindigkeit. Die Größe des CFP-Moduls ist so groß, dass viele Funktionen auf dem Motherboard in das Modul integriert werden können, um [ASIC (SerDes)] zu vervollständigen. Wenn die Geschwindigkeit jedes optischen Pfads nicht mit der Geschwindigkeit der Schaltung übereinstimmt, können Sie die Ratenumwandlung über diese Schaltungen (Getriebe) durchführen. Beispielsweise wird der optische Port 4X25 Gbit/s in einen elektrischen Port 10x10 Gbit/s umgewandelt.
Die Größe von CFP2 ist nur halb so groß wie die von CFP. Die elektrische Schnittstelle kann einzelne 10 Gbit/s, einzelne 25 Gbit/s oder sogar 50 Gbit/s unterstützen. Über die elektrischen Schnittstellen 10x10G, 4x25G, 8x25G und 8x50G können Modulraten von 100G / 200G / 400G erreicht werden.
Die Größe von CFP4 ist auf die Hälfte der von CFP2 reduziert. Die elektrische Schnittstelle unterstützt einzelne 10 Gbit/s und 25 Gbit/s, und die Modulgeschwindigkeit von 40 G/100 G wird durch 4 x 10 Gbit/s und 4 x 25 Gbit/s erreicht. CFP4- und QSFP-Module sind sich sehr ähnlich, beide sind vierfach und unterstützen beide 40G und 100G; Der Unterschied besteht darin, dass CFP4-Module über leistungsfähigere Verwaltungsfunktionen und größere Größen verfügen (dies ist ein Nachteil für die Datenkommunikation mit hoher Dichte) und größere Funktionen unterstützen können. Stromverbrauch: Bei Geschwindigkeitsstufen über 25 Gbit/s und Übertragungsszenarien über große Entfernungen (erfordert TEC-Temperaturregelung, hoher Stromverbrauch) können die Vorteile von CFP4-Modulen in Bezug auf Stromverbrauch und Wärmeableitung zum Ausdruck kommen.
Daher ist die Datenkommunikation über kurze Entfernungen im Grunde die Welt von QSFP; Für 100G-LR4-10-km-Anwendungen sind CFP4 und QSFP28 gleichmäßig aufgeteilt.
Die Standards der CFP-Familie sind in der folgenden Abbildung dargestellt: Jeder Standard verfügt über drei Dateien, von denen „CFPx MSA Hardware Specification Revision“ eine Programmdatei ist, die das Modulkonzept, die Modulverwaltung, die elektrische Schnittstelle, die mechanische Größe und die optische Schnittstelle kurz beschreibt. Cheat-Slots und andere Spezifikationen, die anderen beiden Dokumente definieren detaillierte mechanische Abmessungen.
CFP MSA verfügt außerdem über zwei öffentliche technische Spezifikationen: PIN Allocation REV.25 spezifiziert die Modul-Pin-Definition und „CFP MSA Management Interface Specification“ definiert die Modulverwaltungssteuerung und Registerinformationen im Detail.
Die elektrische Hochgeschwindigkeitsschnittstelle des CFP-Moduls hängt von der Anwendung ab und verweist auf die elektrischen Schnittstellenspezifikationen CAUI, XLAUI und CEI-28G/56G in IEEE802.3.
CFP8 ist ein speziell für 400G vorgeschlagenes Paket, dessen Größe der von CFP2 entspricht. Die elektrische Schnittstelle unterstützt Kanalgeschwindigkeiten von 25 Gbit/s und 50 Gbit/s und erreicht Modulgeschwindigkeiten von 400 G über 16 x 25 G oder 8 x 50 elektrische Schnittstellen. CFP8 ist nur ein Vorschlag, es gibt keinen offiziellen Standard zum öffentlichen Download.
Die CDFP MSA wurde 2013 gegründet und der von ihr veröffentlichte CDFP-Verpackungsstandard war der erste Verpackungsstandard für optische 400G-Module. Zu diesem Zeitpunkt betrug der Standard der elektrischen Schnittstelle nur 25 Gbit/s (OIF-CEI-28G-VSR), sodass das CDFP einfach 16 Kanäle herstellte und die 400G-Modulrate durch 16x25G vervollständigte, was speziell auf Kurzzeitanwendungen ausgerichtet war. Reichweitenanwendungen unter 2 km.
Wenn man die 16-poligen elektrischen Ports in einer Reihe anordnet, wird das Volumen extrem groß, daher hat das CDFP-Modul einfach zwei Leiterplatten zusammengefügt und die MPO16-Schnittstelle am optischen Port verwendet. Das gesamte Modul sieht besonders fett aus! Je nach Anordnung der optischen und elektrischen Ports gibt es insgesamt drei Modulgrößen.
Der neueste CDFP-Standard lautet: „400 Gb/s (16 x 25 GB/s) PLUGGABLE TRANSCEIVER Rev 3.0“, der die elektrische Schnittstelle, die Verwaltungsschnittstelle, die optische Schnittstelle, die Modul-/Steckplatz-/Käfiggröße des CDFP-Moduls sowie EMI/ESD spezifiziert verwandte Inhalte. Heutzutage ist PAM4 so beliebt, dass man davon ausgeht, dass dieses Paket sehr getestet wurde.
Der neueste Verpackungsstandard, der 400G unterstützt, sollte QSFP-DD sein. Diese Organisation wurde im Februar 2016 gegründet und veröffentlichte im September 2016 den neuesten Standard „QSFP DOUBLE DENSITY 8X PLUGGABLE TRANSCEIVER Rev 1.0“. QSFP-DD hat ungefähr die gleiche Größe wie QSFP (nur weil es eine kleine zusätzliche Reihe von Schaltkreisen gibt). länger). Die Kernänderung besteht darin, die elektrische QSFP-Schnittstelle von vier auf acht zu verdoppeln und eine Kanalrate von 50 Gbit/s zu unterstützen (8 x 50 ist 400 G). Die elektrische Schnittstelle QSFP-DD ist mit QSFP kompatibel, jedoch nicht umgekehrt.
Bei den obigen Diskussionen handelt es sich ausschließlich um optische 100G- und 400G-Module. Schauen wir uns das zugängliche CSFP an. Obwohl der neueste CSFP-Standard die 2009 veröffentlichten „Campact SFP-Spezifikationen“ sind, ist er keineswegs veraltet. Campact bedeutet kompakter als optische SFP-Module und auch die Anzahl der Kanäle ist flexibel konfigurierbar. CSFP definiert drei Typen: 1CH Campact SFP, 2CH Campact SFP Option1 und 2CH Campact SFP Option2.
Verpackungsschwarztechnologie CFP2 – ACO
Werfen wir abschließend einen Blick auf die fortschrittlichste Schwarztechnologie in den Verpackungsstandards für optische Module: CFP2-ACO. Es wird hauptsächlich vom OIF definiert und bezieht sich auf die mechanischen Abmessungen von CFP2. Das hintere ACO bedeutet analoges kohärentes optisches Modul. Es besteht im Wesentlichen aus einem abstimmbaren Laser mit schmaler Linienbreite, einem Modulator und einem kohärenten Empfänger. Der DSP (digitale Signalverarbeitung) ist außerhalb des Moduls platziert. Dieses Modul ist unglaublich. Mit der DP-QPSK- und DP-xQAM-Modulationstechnologie kann die Einzelwellenlängenrate leicht 100 Gbit/s überschreiten und die Übertragungsentfernung kann 2000 km überschreiten.