Στη βιομηχανία οπτικών επικοινωνιών, οι οπτικές μονάδες είναι οι πιο εκτεθειμένες. Έχουν διαφορετικά φυσικά μεγέθη και ο αριθμός των καναλιών και οι ρυθμοί μετάδοσης ποικίλλουν πολύ. Πώς παράγονται αυτές οι μονάδες, ποια είναι τα χαρακτηριστικά τους και όλα τα μυστικά βρίσκονται στο πρότυπο.
Τα παλαιότερα πρότυπα συσκευασίας όπως τα GBIC, XPAK, X2 και Xenpak θα αγνοηθούν και η κύρια ενέργεια θα επικεντρωθεί στα πιο δυναμικά ή νεότερα πρότυπα, τα οποία θα αξιολογηθούν ένα προς ένα παρακάτω.
Οργανισμός τυποποίησης SFF: Ο οργανισμός τυποποίησης SFF (μικρό πακέτο μορφής) ιδρύθηκε τον Αύγουστο του 1990. Αρχικά ανέπτυξε μονάδες δίσκου 2,5 ιντσών και επεκτάθηκε σε άλλους τομείς τον Νοέμβριο του 1992. Μέχρι στιγμής, το SFF έχει γίνει το πιο κοινό και επιτυχημένο πρότυπο ενότητας στον τομέα της συσκευασίας οπτικών μονάδων. Τα πρότυπα οπτικών μονάδων που διαμορφώνονται από την SFF περιλαμβάνουν κυρίως SFP / QSFP / XFP.
Πρότυπο SFP
SFP (small form-factor Pluggable), μια οικογένεια μικρών συνδεόμενων πομποδεκτών μορφής, που χρησιμοποιούνται κυρίως για Ethernet, κανάλι οπτικών ινών, ασύρματο CPRI, SONET: ορίζει ένα μονοκάναλο πακέτο SFP από 1Gb/s έως 28Gb/s που θα έπρεπε να σύμφωνα με το Πρότυπο, η δομή του φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Πρώτα υπήρχε ένα δηλωτικό έγγραφο, όπως το SFF-8402 που πρότεινε το SFP28, το SFF-8083 πρότεινε το SFP10 (ο αριθμός στο τέλος αντιπροσωπεύει το επίπεδο ρυθμού μετάδοσης, το SFP10 συχνά γράφεται ως SFP + τώρα), αυτό το έγγραφο δήλωσης ανέφερε ποιες τεχνικές απαιτήσεις αναφέρονται Αυτές οι αναφερόμενες τεχνικές απαιτήσεις αποτελούν συλλογικά το ουσιαστικό πρότυπο για αυτήν την ενότητα.
Οι τεχνικές προδιαγραφές της σειράς SFP περιλαμβάνουν κυρίως:
Το SFF-8432, ορίζει το μέγεθος της μονάδας (κυρίως το μέγεθος της εγκατάστασης), τη δύναμη απόφραξης και τις προδιαγραφές του κλωβού της μονάδας.
Το SFF-8071 ορίζει την υποδοχή υποδοχής κάρτας στη μητρική πλακέτα HOST και τη σειρά πρόσβασης με χρυσό δάχτυλο της μητρικής πλακέτας της μονάδας.
Το SFF-8433, ορίζει πολλαπλές παραπλεύρως κλωβούς μονάδων και τεχνικές προδιαγραφές θραυσμάτων EMI.
Το SFF-8472, ορίζει τις προδιαγραφές μνήμης και διαγνωστικής διαχείρισης της μονάδας.
Το SFF-8431 ορίζει τις προδιαγραφές τροφοδοσίας, ηλεκτρικών σημάτων χαμηλής ταχύτητας (γραμμές επικοινωνίας), σημάτων υψηλής ταχύτητας, χρονισμού και μνήμης ανάγνωσης και εγγραφής.
Επειδή το ποσοστό υποστήριξης SFP γίνεται όλο και υψηλότερο, η προδιαγραφή σήματος υψηλής ταχύτητας στο SFF8431 δεν ισχύει για το SFP16 / 28, επομένως το SFF-8431 χωρίστηκε αργότερα σε SFF-8418 και SFF-8419. Το SFF-8418 ορίζει συγκεκριμένα τις απαιτήσεις διασύνδεσης ηλεκτρικού σήματος υψηλής ταχύτητας 10 Gb / s. Για απαιτήσεις φυσικής διεπαφής άνω των 10 Gb / s, ανατρέξτε στο Fiber Channel. Το SFF-8419 ορίζει συγκεκριμένα περιεχόμενο διαφορετικό από τα σήματα υψηλής ταχύτητας στο SFF-8431, το οποίο είναι κατάλληλο για όλες τις μονάδες της σειράς SFP.
Επομένως, οι μηχανικοί σχεδιασμού δομής μονάδας SFP πρέπει να είναι εξοικειωμένοι με το SFP-8431. Εάν είστε άτομο που σχεδιάζει PCB, γράφει λογισμικό ή πραγματοποιεί δοκιμές, τα SFF-8472, SFF-8418 και SFF-8419 πρέπει να είναι εξοικειωμένα με αυτό.
Πρότυπο QSFP
QSFP (Quad Small Form-factor Pluggable), ένας τεσσάρων καναλιών μικροσκοπικός συνδεόμενος πομποδέκτης, που χρησιμοποιείται κυρίως σε Infiniband, Ethernet, Fiber Channel, OTN, οικογένεια πρωτοκόλλων SONET: Το QSFP αναβαθμίζει ένα SFP ενός καναλιού σε τέσσερα κανάλια με ένταση μόνο It υπερδιπλασιάζεται. Για το ίδιο μέγεθοςδιακόπτης, η ικανότητα μεταγωγής QSFP είναι 2,67 φορές μεγαλύτερη από αυτή του SFP. Το πρωτόκολλο QSFP ορίστηκε αρχικά από το INF-8438i, στη συνέχεια αναβαθμίστηκε σε SFF-8436,
και στη συνέχεια το SFF-8436 χωρίστηκε σε διάφορα μέρη για ορισμό και αναφορά. Η αρχιτεκτονική είναι πλέον παρόμοια με το SFP:
Οι τεχνικές προδιαγραφές του QSFP περιλαμβάνουν κυρίως:
Το SFF-8679, ορίζει τις προδιαγραφές σήματος υψηλής ταχύτητας, σήματος χαμηλής ταχύτητας, τροφοδοσίας, χρονισμού της μονάδας και ορίζει τις προδιαγραφές χρώματος οπτικής διεπαφής και δακτυλίου έλξης.
SFF-8636, ορίζει πληροφορίες μνήμης, λειτουργίες ανάγνωσης και εγγραφής στη μνήμη.
Το SFF-8661, ορίζει το μέγεθος της μονάδας, το μέγεθος του χρυσού δακτύλου και την προδιαγραφή της δύναμης εισαγωγής και αφαίρεσης της μονάδας.
Τα SFF-8662 και SFF-8663 ορίζουν τον κλωβό και τον σύνδεσμο (τύπος Α) της μονάδας QSFP28.
Τα SFF-8672 και SFF-8683 ορίζουν τους κλωβούς και τους συνδέσμους (τύπου Β) της μονάδας QSFP28.
Τα SFF-8682 και SFF-8683 ορίζουν τους κλωβούς και τους συνδέσμους των μονάδων QSFP14 και χαμηλότερης ταχύτητας.
Άλλες συμπληρωματικές πληροφορίες για το QSFP μπορούν να προβληθούν στο πρωτόκολλο Infiniband. (InfiniBand TM ArchitectureSpecification Volume )
Πρότυπο XFP
XFP (10 Gb / s Small Form Factor Pluggable module, όπου το X σημαίνει 10 σε λατινικούς αριθμούς και χρησιμοποιείται κυρίως για SONET OC-192, 10 Gigabit Ethernet και κανάλι οπτικών ινών) οικογένεια πρωτοκόλλων: XFP Είναι μια μονάδα συντονισμού μήκους κύματος, η οποία ορίστηκε αρχικά από το XFP MSA και αργότερα υποβλήθηκε στον οργανισμό SFF για δημοσίευση. Το πρωτόκολλο XFP περιλαμβάνει τα SFF-8477 και INF-8077.
Το πρωτόκολλο INF8077 ορίζει το μέγεθος, την ηλεκτρική διεπαφή, τις πληροφορίες μνήμης, τον έλεγχο επικοινωνίας και τα διαγνωστικά της μονάδας XFP (το πρωτόκολλο περιλαμβάνει όλες τις πτυχές της μονάδας). Το SFF-8477 είναι κυρίως βελτιστοποιημένο για έλεγχο ρύθμισης μήκους κύματος.
Πρότυπο CXP
Το πρωτόκολλο CXP (12x Small Form-factor Pluggable, 12 καναλιών μικρό πακέτο σύνδεσης, όπου το C σημαίνει 100G, που χρησιμοποιείται κυρίως για το πρωτόκολλο Infiniband, κανάλι οπτικών ινών, Ethernet) ρυθμίζεται κυρίως από τον οργανισμό Infiniband.
Παράρτημα A6 120 Gb / s 12x Small Form-factor pluggable (CXP) InterfaceSpecification for Cables, Active Cables & Transceivers παρέχει όλες τις πτυχές των προδιαγραφών CXP (μπορείτε να λάβετε δωρεάν στη διεύθυνση www.infinibandta.org). Επιπλέον, ο οργανισμός SFF ρυθμίζει τα προστατευτικά κλουβιά και τις υποδοχές καρτών για CXP διαφορετικών βαθμών ταχύτητας.
SFF-8617 Mini Multilane 12X Shielded Cage / Connector 12 καναλιών κλωβού CXP και υποδοχή πλακέτας μονάδας.
SFF-8642 EIA-965 Mini Multilane 10 Gb / s 12X Shielded Cage / Connector (CXP10) 12x10Gb / s CXP δομοστοιχείο κλωβού και προδιαγραφές υποδοχής πλακέτας μονάδας.
SFF-8647 Mini Multilane 14 Gb / s 12X Shielded Cage / Connector (CXP14) 12x14Gb / s CXP δομοστοιχείο κλωβού και προδιαγραφές υποδοχής πλακέτας μονάδας.
SFF-8648 Mini Multilane 28 Gb / s 12X Shielded Cage / Connector (CXP28) 12x28Gb / s CXP δομοστοιχείο κλωβού και προδιαγραφές υποδοχής πλακέτας μονάδας.
Το microQSFP (μικρογραφημένο QSFP), ένα πολυδιάστατο πρωτόκολλο που δημιουργήθηκε το 2015, είναι 4 καναλιών όπως το QSFP, αλλά το μέγεθος είναι μόνο το μέγεθος μιας μονάδας SFP και υποστηρίζει ρυθμούς καναλιών 25G και 50G (διαμόρφωση PAM4). Μέσω του σχεδιασμού των πτερυγίων απαγωγής θερμότητας στο περίβλημα της μονάδας, έχει καλύτερη θερμική απόδοση. Το "Micro QUAD SMALL FORM-FACTOR PLUGGABLE FOUR PLUGGABLE TRANSCEIVER, HOST CONNECTOR & CAGE ASSEMBLY FORM FACTOR" περιγράφει λεπτομερώς τις προδιαγραφές micro-QSFP.
πακέτο CFP
Εκτός από τα πακέτα SFP και QSFP, το CFP θα πρέπει να είναι η πιο κοινή μορφή συσκευασίας σε οπτικές μονάδες. Το C στο CFP αντιπροσωπεύει το 100 στο ρωμαϊκό ρολόι με αριθμούς, επομένως το CFP απευθύνεται κυρίως σε εφαρμογές με ρυθμό 100G (συμπεριλαμβανομένων 40G) και άνω.
Η οικογένεια CFP περιλαμβάνει κυρίως CFP / CFP2 / CFP4 / CFP8, εκ των οποίων η CFP8 βρίσκεται ακόμη στο στάδιο της πρότασης.
Σε αντίθεση με τους πρόσθετους αριθμούς 10 και 28 πίσω από το QSFP, που αντιπροσωπεύουν τον βαθμό ταχύτητας, οι αριθμοί πίσω από το CFP αντιπροσωπεύουν μια νέα γενιά, με πιο συμπαγές μέγεθος (εκτός από το CFP8) και μεγαλύτερη πυκνότητα.
Όταν προτάθηκε για πρώτη φορά το πακέτο CFP, ήταν τεχνικά δύσκολο να επιτευχθεί ένας ενιαίος ρυθμός 25 Gb / s, επομένως ο ρυθμός ηλεκτρικής διεπαφής κάθε CFP ορίστηκε ως επίπεδο 10 Gb / s και τα 40 G και 40 G επιτεύχθηκαν μέσω 4x10Gb / s και 10x10Gb / s ηλεκτρικές διεπαφές. Ταχύτητα μονάδας 100G. Το μέγεθος της μονάδας CFP είναι τόσο μεγάλο που μπορεί να τοποθετήσει πολλές λειτουργίες στη μητρική πλακέτα στη μονάδα για να ολοκληρωθεί το [ASIC (SerDes)]. Όταν η ταχύτητα κάθε οπτικής διαδρομής δεν ταιριάζει με την ταχύτητα του κυκλώματος, μπορείτε να ολοκληρώσετε τη μετατροπή του ρυθμού μέσω αυτών των κυκλωμάτων (κιβώτιο ταχυτήτων) Για παράδειγμα, η οπτική θύρα 4X25Gb / s μετατρέπεται σε ηλεκτρική θύρα 10x10Gb / s.
Το μέγεθος του CFP2 είναι μόνο το μισό από αυτό του CFP. Η ηλεκτρική διεπαφή μπορεί να υποστηρίξει ένα μόνο 10Gb/s, ή ένα μόνο 25Gb/s ή ακόμα και 50Gb/s. Μέσω των ηλεκτρικών διεπαφών 10x10G, 4x25G, 8x25G και 8x50G, μπορούν να επιτευχθούν ρυθμοί μονάδων 100G / 200G / 400G.
Το μέγεθος του CFP4 μειώνεται στο μισό από αυτό του CFP2. Η ηλεκτρική διεπαφή υποστηρίζει μεμονωμένα 10Gb/s και 25Gb/s και η ταχύτητα της μονάδας 40G/100G επιτυγχάνεται μέσω 4x10Gb/s και 4x25Gb/s. Οι μονάδες CFP4 και QSFP είναι πολύ παρόμοιες, είναι και οι δύο τέσσερις κατευθύνσεις και υποστηρίζουν και τα δύο 40G και 100G. Η διαφορά είναι ότι οι μονάδες CFP4 έχουν πιο ισχυρές λειτουργίες διαχείρισης και μεγαλύτερα μεγέθη (αυτό είναι ένα μειονέκτημα για επικοινωνίες δεδομένων υψηλής πυκνότητας) και μπορούν να υποστηρίξουν μεγαλύτερες λειτουργίες. Κατανάλωση ενέργειας, για βαθμούς ταχύτητας άνω των 25 Gb / s και σενάρια μετάδοσης μεγάλων αποστάσεων (απαιτείται έλεγχος θερμοκρασίας TEC, μεγάλη κατανάλωση ενέργειας), τα πλεονεκτήματα των μονάδων CFP4 στην κατανάλωση ενέργειας και την απαγωγή θερμότητας μπορούν να αντικατοπτρίζονται.
Επομένως, η επικοινωνία δεδομένων μικρής απόστασης είναι βασικά ο κόσμος του QSFP. για εφαρμογές 100G-LR4 10km, το CFP4 και το QSFP28 κατανέμονται εξίσου.
Τα πρότυπα της οικογένειας CFP φαίνονται στην ακόλουθη εικόνα: κάθε πρότυπο έχει 3 αρχεία, εκ των οποίων το "CFPx MSA Hardware Specification Revision" είναι ένα αρχείο προγραμματισμού, το οποίο περιγράφει εν συντομία την έννοια της μονάδας, τη διαχείριση της μονάδας, την ηλεκτρική διεπαφή, το μηχανικό μέγεθος, την οπτική διεπαφή, cheat Slots και άλλες προδιαγραφές, τα άλλα δύο έγγραφα ορίζουν λεπτομερείς μηχανικές διαστάσεις.
Το CFP MSA έχει επίσης δύο δημόσιες τεχνικές προδιαγραφές, το PIN Allocation REV.25 καθορίζει τον ορισμό της ακίδας της μονάδας και το "CFP MSA Management Interface Specification" ορίζει λεπτομερώς τις πληροφορίες ελέγχου διαχείρισης και καταχώρησης της μονάδας.
Η ηλεκτρική διεπαφή υψηλής ταχύτητας της μονάδας CFP εξαρτάται από την εφαρμογή και αναφέρεται στις προδιαγραφές ηλεκτρικής διεπαφής CAUI, XLAUI και CEI-28G / 56G στο IEEE802.3.
Το CFP8 είναι ένα πακέτο που προτείνεται ειδικά για 400G και το μέγεθός του είναι ισοδύναμο με το CFP2. Η ηλεκτρική διεπαφή υποστηρίζει ταχύτητες καναλιού 25Gb/s και 50Gb/s και επιτυγχάνει ταχύτητες μονάδας 400G μέσω ηλεκτρικών διεπαφών 16x25G ή 8×50. Το CFP8 είναι μόνο μια πρόταση, δεν υπάρχει επίσημο πρότυπο για δημόσια λήψη.
Το CDFP MSA ιδρύθηκε το 2013 και το πρότυπο συσκευασίας CDFP που κυκλοφόρησαν ήταν το πρώτο πρότυπο συσκευασίας οπτικών μονάδων 400G. Εκείνη την εποχή, το πρότυπο της ηλεκτρικής διεπαφής ήταν μόνο 25 Gb / s (OIF-CEI-28G-VSR), επομένως το CDFP έκανε απλώς 16 κανάλια και ολοκλήρωσε τον ρυθμό της μονάδας 400G μέσω 16x25G και στόχευε ειδικά για σύντομες εφαρμογές εμβέλειας κάτω από 2χλμ.
Εάν οι ηλεκτρικές θύρες 16 κατευθύνσεων είναι διατεταγμένες σε μια σειρά, ο όγκος θα είναι εξαιρετικά τεράστιος, επομένως η μονάδα CDFP απλώς συγκέντρωσε δύο πλακέτες PCB μαζί και χρησιμοποίησε τη διεπαφή MPO16 στην οπτική θύρα. Ολόκληρη η ενότητα φαίνεται ιδιαίτερα χοντρή! Σύμφωνα με τη διάταξη των οπτικών και ηλεκτρικών θυρών, υπάρχουν συνολικά τρία μεγέθη μονάδων.
Το πιο πρόσφατο πρότυπο CDFP είναι: «400 Gb / s (16 X 25 GB / s) PLUGGABLE TRANSCEIVER Rev 3.0″ που καθορίζει την ηλεκτρική διεπαφή, τη διεπαφή διαχείρισης, την οπτική διεπαφή, το μέγεθος μονάδας / υποδοχής / κλωβού της μονάδας CDFP, EMI / ESD σχετικό περιεχόμενο. Σήμερα, το PAM4 είναι τόσο καυτό, που εκτιμάται ότι αυτό το πακέτο είναι πολύ δοκιμασμένο.
Το πιο πρόσφατο πρότυπο συσκευασίας που υποστηρίζει 400G θα πρέπει να είναι το QSFP-DD. Αυτός ο οργανισμός ιδρύθηκε τον Φεβρουάριο του 2016 και κυκλοφόρησε το πιο πρόσφατο πρότυπο "QSFP DOUBLE DENSITY 8X PLUGGABLE TRANSCEIVER Rev 1.0" τον Σεπτέμβριο του 2016. Το QSFP-DD έχει περίπου το ίδιο μέγεθος με το QSFP (ακριβώς επειδή υπάρχει μια επιπλέον σειρά κυκλωμάτων, λίγο μακρύτερα). Η βασική αλλαγή είναι ο διπλασιασμός της ηλεκτρικής διεπαφής QSFP από τέσσερα σε οκτώ και η υποστήριξη καναλιού 50Gb/s, ο ρυθμός καναλιού 8X50 είναι 400G). Η ηλεκτρική διεπαφή QSFP-DD είναι συμβατή με το QSFP, αλλά όχι το αντίστροφο.
Οι παραπάνω συζητήσεις είναι όλες οι οπτικές μονάδες 100G και 400G. Ας δούμε την προσιτή ΚΠΠΑ. Παρόλο που το πιο πρόσφατο πρότυπο CSFP είναι οι «προδιαγραφές SFP Campact» που κυκλοφόρησαν το 2009, δεν είναι καθόλου ξεπερασμένο. Campact σημαίνει πιο συμπαγές από τις οπτικές μονάδες SFP και ο αριθμός των καναλιών μπορεί επίσης να διαμορφωθεί με ευελιξία. Το CSFP ορίζει 3 τύπους: 1CH campact SFP, 2CH campact SFP option1 και 2CH campact SFP option2.
Μαύρη τεχνολογία συσκευασίας CFP2—ACO
Τέλος, ας ρίξουμε μια ματιά στην πιο προηγμένη μαύρη τεχνολογία στα πρότυπα συσκευασίας οπτικών μονάδων: CFP2-ACO. Καθορίζεται κυρίως από το OIF και αναφέρεται στις μηχανικές διαστάσεις του CFP2. Το πίσω ACO σημαίνει αναλογική συνεκτική οπτική μονάδα. Αποτελείται κυρίως από ένα συντονιζόμενο λέιζερ στενού πλάτους γραμμής, έναν διαμορφωτή και έναν συνεκτικό δέκτη. Το DSP (επεξεργασία ψηφιακού σήματος) τοποθετείται έξω από τη μονάδα. Αυτή η ενότητα είναι απίστευτη. Με την τεχνολογία διαμόρφωσης DP-QPSK και DP-xQAM, ο ρυθμός μονού μήκους κύματος μπορεί εύκολα να υπερβεί τα 100 Gb / s και η απόσταση μετάδοσης μπορεί να υπερβεί τα 2000 km.