ارتباطات نوری | شما را به کشف راز پشت ماژول نوری می برد

در صنعت ارتباطات نوری، ماژول های نوری بیشتر در معرض دید قرار دارند. آنها اندازه های فیزیکی متفاوتی دارند و تعداد کانال ها و نرخ انتقال بسیار متفاوت است. این ماژول ها چگونه تولید می شوند، چه ویژگی هایی دارند و همه رازها در استاندارد موجود است.

استانداردهای بسته‌بندی قدیمی‌تر مانند GBIC، XPAK، X2 و Xenpak نادیده گرفته می‌شوند و انرژی اصلی بر روی استانداردهای قوی‌تر یا جدیدتر متمرکز می‌شود که در زیر یک به یک مورد ارزیابی قرار خواهند گرفت.

سازمان استانداردسازی SFF: سازمان استانداردسازی SFF (بسته کوچک فرم فاکتور کوچک) در آگوست 1990 تأسیس شد. در ابتدا درایوهای دیسک 2.5 اینچی را توسعه داد و در نوامبر 1992 به سایر زمینه ها گسترش یافت. تاکنون SFF رایج ترین و موفق ترین است. استاندارد ماژول در زمینه بسته بندی ماژول های نوری. استانداردهای ماژول نوری فرموله شده توسط SFF عمدتاً شامل SFP / QSFP / XFP است.

استاندارد SFP

SFP (small form-factor Pluggable)، خانواده ای از فرستنده های کوچک قابل اتصال با فرم فاکتور، که عمدتاً برای اترنت، کانال فیبر، CPRI بی سیم، SONET استفاده می شود: بسته SFP تک کانالی را از 1Gb/s تا 28Gb/s تعریف می کند که باید مطابق با استاندارد، ساختار آن در شکل زیر نشان داده شده است. ابتدا یک سند اعلامی وجود داشت، مانند SFF-8402 پیشنهاد SFP28، SFF-8083 پیشنهاد SFP10 (عدد در انتها نشان دهنده سطح سرعت انتقال است، SFP10 اغلب به صورت SFP + در حال حاضر نوشته می شود)، در این سند اعلامیه ذکر شده است که چه الزامات فنی دارد. ذکر شده این الزامات فنی ذکر شده در مجموع استاندارد اساسی این ماژول را تشکیل می دهند.

مشخصات فنی سری SFP عمدتاً شامل موارد زیر است:

SFF-8432، اندازه ماژول (عمدتاً اندازه نصب)، نیروی اتصال و مشخصات قفس ماژول را تعیین می کند.

SFF-8071 کانکتور اسلات کارت را در مادربرد HOST و دنباله دسترسی انگشت طلایی مادربرد ماژول را مشخص می کند.

SFF-8433، چندین قفس ماژول کنار هم و مشخصات فنی ترکش EMI را تعریف می کند.

SFF-8472، حافظه ماژول و مشخصات مدیریت تشخیصی را تعریف می کند.

SFF-8431 منبع تغذیه، سیگنال های الکتریکی کم سرعت (خطوط ارتباطی)، سیگنال های پرسرعت، زمان بندی و مشخصات خواندن و نوشتن حافظه را تعریف می کند.

از آنجایی که نرخ پشتیبانی SFP در حال افزایش و بالاتر شدن است، مشخصات سیگنال پرسرعت در SFF8431 برای SFP16 / 28 اعمال نمی شود، بنابراین SFF-8431 بعداً به SFF-8418 و SFF-8419 تقسیم شد. SFF-8418 به طور خاص الزامات رابط سیگنال الکتریکی با سرعت 10Gb/s را تعریف می کند. برای نیازهای رابط فیزیکی بالای 10 گیگابیت بر ثانیه، به کانال فیبر مراجعه کنید. SFF-8419 به طور خاص محتوایی غیر از سیگنال های پرسرعت را در SFF-8431 تعریف می کند که برای همه ماژول های سری SFP مناسب است.

بنابراین مهندسان طراحی ساختار ماژول SFP باید با SFP-8431 آشنا باشند. اگر اهل طراحی PCB، نوشتن نرم افزار یا انجام تست هستید، SFF-8472، SFF-8418 و SFF-8419 باید با آن آشنا باشید.

استاندارد QSFP

QSFP (Quad Small Form-factor Pluggable)، یک فرستنده و گیرنده کوچک چهار کاناله قابل اتصال، که عمدتاً در Infiniband، Ethernet، کانال فیبر، OTN، خانواده پروتکل SONET استفاده می شود: QSFP یک SFP تک کاناله را به چهار کانال با حجم فقط It ارتقا می دهد. بیش از دو برابر شده است. برای همان اندازهسوئیچظرفیت سوئیچینگ QSFP 2.67 برابر SFP است. پروتکل QSFP در ابتدا توسط INF-8438i تعریف شد، سپس به SFF-8436 ارتقا یافت.

و سپس SFF-8436 برای تعریف و مرجع به چند قسمت تقسیم شد. معماری اکنون مشابه SFP است:

مشخصات فنی QSFP عمدتاً شامل موارد زیر است:

SFF-8679، سیگنال پرسرعت، سیگنال سرعت پایین، منبع تغذیه، مشخصات زمان بندی ماژول را تعریف می کند و مشخصات رنگ رابط نوری و حلقه کششی را تعریف می کند.

SFF-8636، اطلاعات حافظه، عملیات خواندن و نوشتن حافظه را تعریف می کند.

SFF-8661، اندازه ماژول، اندازه انگشت طلایی و مشخصات نیروی وارد کردن و برداشتن ماژول را مشخص می کند.

SFF-8662 و SFF-8663 قفس و کانکتور (نوع A) ماژول QSFP28 را تعریف می کنند.

SFF-8672 و SFF-8683 قفس ها و کانکتورها (نوع B) ماژول QSFP28 را تعریف می کنند.

SFF-8682 و SFF-8683 قفس‌ها و رابط‌های ماژول‌های QSFP14 و نرخ پایین‌تر را تعریف می‌کنند.

سایر اطلاعات تکمیلی برای QSFP را می توان در پروتکل Infiniband مشاهده کرد. (InfiniBand TM ArchitectureSpecification Volume )

استاندارد XFP

ماژول XFP (10 گیگابیت بر ثانیه Small Form Factor Pluggable، که در آن X مخفف 10 در اعداد رومی است و عمدتاً برای خانواده پروتکل SONET OC-192، اترنت 10 گیگابیتی و کانال فیبر استفاده می شود): XFP یک ماژول قابل تنظیم طول موج است که در ابتدا توسط XFP MSA تعریف شد و بعداً برای انتشار به سازمان SFF ارائه شد. پروتکل XFP شامل SFF-8477 و INF-8077 است.

پروتکل INF8077 اندازه، رابط الکتریکی، اطلاعات حافظه، کنترل ارتباط و تشخیص ماژول XFP را تعریف می کند (پروتکل شامل تمام جنبه های ماژول است). SFF-8477 عمدتاً برای کنترل تنظیم طول موج بهینه شده است.

استاندارد CXP

پروتکل CXP (12x Small Form-factor Pluggable، بسته 12 کاناله کوچک قابل اتصال، که در آن C مخفف 100G است، که عمدتاً برای پروتکل Infiniband، کانال فیبر، اترنت استفاده می شود) عمدتاً توسط سازمان Infiniband تنظیم می شود.

ضمیمه A6 120 گیگابیت بر ثانیه 12x با قابلیت اتصال با ضریب کوچک (CXP) مشخصات رابط برای کابل‌ها، کابل‌های فعال و فرستنده گیرنده همه جنبه‌های مشخصات CXP را ارائه می‌دهد (رایگان می‌توانید در www.infinibandta.org دانلود کنید). علاوه بر این، سازمان SFF قفس‌های محافظ و اسلات کارت را برای CXP با درجه‌های سرعت مختلف تنظیم می‌کند.

SFF-8617 Mini Multilane 12X Shielded Cage / Connector 12 کاناله قفس CXP و مشخصات اسلات برد ماژول.

SFF-8642 EIA-965 Mini Multilane 10 Gb/s 12X Shielded Cage / Connector (CXP10) 12x10Gb/s CXP ماژول قفس و مشخصات اسلات برد ماژول.

SFF-8647 Mini Multilane 14 Gb/s 12X Shielded Cage / Connector (CXP14) 12x14Gb/s CXP ماژول قفس و مشخصات اسلات برد ماژول.

SFF-8648 Mini Multilane 28 Gb/s 12X Shielded Cage / Connector (CXP28) 12x28Gb/s CXP ماژول قفس و مشخصات اسلات برد ماژول.

microQSFP (QSFP کوچک)، یک پروتکل چند بعدی که در سال 2015 تأسیس شد، 4 کانال مانند QSFP است، اما اندازه آن فقط به اندازه یک ماژول SFP است و از نرخ کانال 25G و 50G (مدولاسیون PAM4) پشتیبانی می کند. از طریق طراحی پره های دفع گرما روی محفظه ماژول، عملکرد حرارتی بهتری دارد. "فرستنده گیرنده وصل کننده چهار کاناله، اتصال دهنده میزبان، و ضریب فرم مونتاژ قفس" مشخصات میکرو QSFP را جزئیات می دهد.

بسته CFP

به جز بسته‌های SFP و QSFP، CFP باید رایج‌ترین شکل بسته‌بندی در ماژول‌های نوری باشد. C در CFP نشان‌دهنده 100 در ساعت اعداد رومی است، بنابراین CFP عمدتاً برای برنامه‌هایی با نرخ 100G (شامل 40G) و بالاتر مورد هدف قرار می‌گیرد.

خانواده CFP عمدتاً شامل CFP / CFP2 / CFP4 / CFP8 است که CFP8 هنوز در مرحله پیشنهاد است.

بر خلاف اعداد اضافی 10 و 28 در پشت QSFP که نشان دهنده درجه سرعت هستند، اعداد پشت CFP نشان دهنده نسل جدیدی با اندازه فشرده تر (به جز CFP8) و تراکم بالاتر است.

هنگامی که بسته CFP برای اولین بار پیشنهاد شد، از نظر فنی دستیابی به یک نرخ 25 گیگابیت بر ثانیه دشوار بود، بنابراین نرخ رابط الکتریکی هر CFP به عنوان سطح 10 گیگابیت بر ثانیه تعریف شد و 40 گیگ و 40 گیگ از طریق 4x10Gb / s و 10x10Gb به دست آمد. / s رابط های الکتریکی. سرعت ماژول 100G اندازه ماژول CFP آنقدر بزرگ است که می تواند عملکردهای زیادی را روی مادربرد برای تکمیل [ASIC (SerDes)] در ماژول قرار دهد. هنگامی که سرعت هر مسیر نوری با سرعت مدار مطابقت ندارد، می توانید از طریق این مدارها تبدیل نرخ را کامل کنید (گیربکس) به عنوان مثال، پورت نوری 4X25Gb/s به یک پورت الکتریکی 10x10Gb/s تبدیل می شود.

اندازه CFP2 فقط نصف اندازه CFP است. رابط الکتریکی می تواند یک 10 گیگابیت در ثانیه، یا 25 گیگابیت بر ثانیه یا حتی 50 گیگابیت بر ثانیه را پشتیبانی کند. از طریق رابط های الکتریکی 10x10G، 4x25G، 8x25G، و 8x50G، می توان به نرخ های ماژول 100G / 200G / 400G دست یافت.

اندازه CFP4 به نصف اندازه CFP2 کاهش می یابد. رابط الکتریکی تکی 10Gb/s و 25Gb/s را پشتیبانی می کند و سرعت ماژول 40G/100G از طریق 4x10Gb/s و 4x25Gb/s به دست می آید. ماژول های CFP4 و QSFP بسیار مشابه هستند، هر دو چهار طرفه هستند و هر دو از 40G و 100G پشتیبانی می کنند. تفاوت این است که ماژول‌های CFP4 عملکردهای مدیریتی قدرتمندتر و اندازه‌های بزرگ‌تری دارند (این یک نقطه ضعف برای ارتباطات داده با چگالی بالا است)، و می‌توانند توابع بزرگ‌تری را پشتیبانی کنند. مصرف برق، برای درجه های سرعت بالاتر از 25 گیگابیت بر ثانیه و سناریوهای انتقال از راه دور (نیاز به کنترل دمای TEC، مصرف انرژی زیاد)، مزایای ماژول های CFP4 در مصرف برق و اتلاف گرما را می توان منعکس کرد.

بنابراین، ارتباطات اطلاعاتی از راه دور اساساً دنیای QSFP است. برای برنامه های 100G-LR4 10km، CFP4 و QSFP28 به طور مساوی تقسیم می شوند.

استانداردهای خانواده CFP در شکل زیر نشان داده شده است: هر استاندارد دارای 3 فایل است که "CFPx MSA Hardware Specification Revision" یک فایل برنامه ای است که به طور خلاصه مفهوم ماژول، مدیریت ماژول، رابط الکتریکی، اندازه مکانیکی، رابط نوری را توضیح می دهد. تقلب اسلات ها و مشخصات دیگر، دو سند دیگر ابعاد مکانیکی دقیق را تعریف می کنند.

CFP MSA همچنین دارای دو مشخصات فنی عمومی است، PIN Allocation REV.25 تعریف پین ماژول را مشخص می کند، و "CFP MSA Management Interface Specification" اطلاعات کنترل و ثبت مدیریت ماژول را با جزئیات تعریف می کند.

رابط الکتریکی پرسرعت ماژول CFP به کاربرد بستگی دارد و به مشخصات رابط الکتریکی CAUI، XLAUI و CEI-28G / 56G در IEEE802.3 اشاره دارد.

CFP8 بسته ای است که به طور خاص برای 400G پیشنهاد شده است و اندازه آن معادل CFP2 است. رابط الکتریکی از سرعت های کانال 25 گیگابیت بر ثانیه و 50 گیگابیت بر ثانیه پشتیبانی می کند و از طریق رابط های الکتریکی 16x25G یا 8×50 به سرعت ماژول 400G می رسد. CFP8 فقط یک پیشنهاد است، هیچ استاندارد رسمی برای دانلود عمومی وجود ندارد.

CDFP MSA در سال 2013 تاسیس شد و استاندارد بسته بندی CDFP که منتشر کردند، اولین استاندارد بسته بندی ماژول نوری 400G بود. در آن زمان، استاندارد رابط الکتریکی تنها 25 گیگابیت در ثانیه (OIF-CEI-28G-VSR) بود، بنابراین CDFP به سادگی 16 کانال ایجاد کرد و نرخ ماژول 400G را از طریق 16x25G تکمیل کرد، و به طور خاص برای کوتاه مدت مورد هدف قرار گرفت. برد برنامه های زیر 2 کیلومتر

اگر پورت های الکتریکی 16 جهته در یک ردیف چیده شوند، حجم بسیار زیاد خواهد بود، بنابراین ماژول CDFP به سادگی دو برد PCB را با هم جمع کرد و از رابط MPO16 در درگاه نوری استفاده کرد. کل ماژول به خصوص چاق به نظر می رسد! با توجه به چیدمان پورت های نوری و الکتریکی، در مجموع سه اندازه ماژول وجود دارد.

آخرین استاندارد CDFP این است: "400 گیگابیت بر ثانیه (16 X 25 گیگابایت در ثانیه) PLUGGABLE TRANSCEIVER Rev 3.0" که رابط الکتریکی، رابط مدیریتی، رابط نوری، ماژول / اسلات / اندازه قفس ماژول CDFP، EMI / ESD را مشخص می کند. مطالب مرتبط امروزه PAM4 آنقدر داغ است که تخمین زده می شود که این بسته بسیار آزمایش شده باشد.

آخرین استاندارد بسته بندی که از 400G پشتیبانی می کند باید QSFP-DD باشد. این سازمان در فوریه 2016 تأسیس شد و آخرین استاندارد "QSFP DOUBLE DENSITY 8X PLUGGABLE TRANSCEIVER Rev 1.0" را در سپتامبر 2016 منتشر کرد. QSFP-DD تقریباً به اندازه QSFP است (فقط به دلیل وجود یک ردیف اضافی مدار، کمی طولانی تر). تغییر اصلی دو برابر کردن رابط الکتریکی QSFP از چهار به هشت و پشتیبانی از نرخ کانال 50 گیگابیت در ثانیه 8X50 400G است. رابط الکتریکی QSFP-DD با QSFP سازگار است، اما نه برعکس.

بحث های فوق همه ماژول های نوری 100G و 400G هستند. بیایید به CSFP قابل دسترسی نگاه کنیم. اگرچه آخرین استاندارد CSFP «مشخصات کمپکت SFP» است که در سال 2009 منتشر شد، اما اصلاً قدیمی نیست. Campact به معنای فشرده تر از ماژول های نوری SFP است و تعداد کانال ها را نیز می توان به صورت انعطاف پذیر پیکربندی کرد. CSFP 3 نوع را تعریف می کند: 1CH campact SFP، 2CH campact SFP option1 و 2CH campact SFP option2.

تکنولوژی سیاه بسته بندی CFP2-ACO

در نهایت، بیایید نگاهی به پیشرفته ترین فناوری سیاه در استانداردهای بسته بندی ماژول های نوری بیندازیم: CFP2-ACO. عمدتاً توسط OIF تعریف می شود و به ابعاد مکانیکی CFP2 اشاره می کند. ACO پشتی به معنای ماژول نوری منسجم آنالوگ است. عمدتاً از یک لیزر قابل تنظیم با عرض خط باریک، یک مدولاتور و یک گیرنده منسجم تشکیل شده است. DSP (پردازش سیگنال دیجیتال) خارج از ماژول قرار می گیرد. این ماژول باورنکردنی است. با فناوری مدولاسیون DP-QPSK و DP-xQAM، نرخ تک طول موج به راحتی می تواند از 100 گیگابیت در ثانیه تجاوز کند و فاصله انتقال می تواند از 2000 کیلومتر تجاوز کند.