בתעשיית התקשורת האופטית, המודולים האופטיים הם החשופים ביותר. יש להם גדלים פיזיים שונים, ומספר הערוצים וקצבי השידור משתנים מאוד. כיצד מיוצרים המודולים הללו, מה הם המאפיינים שלהם, וכל הסודות נמצאים בתקן.
תתעלמו מתקני אריזה ישנים יותר כמו GBIC, XPAK, X2 ו-Xenpak, והאנרגיה העיקרית תתמקד בתקנים הנמרצים יותר או החדשים יותר, אשר יוערכו אחד אחד להלן.
SFF Standardization Organization: ארגון התקינה SFF (small form-factor small package) הוקם באוגוסט 1990. הוא פיתח בתחילה כונני דיסקים בגודל 2.5 אינץ' והתרחב לתחומים אחרים בנובמבר 1992. עד כה, SFF הפך לנפוץ והמצליח ביותר תקן מודול בתחום אריזת המודול האופטי. תקני המודול האופטי שנוסח על ידי SFF כוללים בעיקר SFP / QSFP / XFP.
תקן SFP
SFP (Small Form-factor Pluggable), משפחה של מקלטי משדר קטנים הניתנים לחיבור עם גורם צורה, המשמשים בעיקר עבור Ethernet, ערוץ סיבים, Wireless CPRI, SONET: מגדיר חבילת SFP חד ערוצית מ-1Gb/s ל-28Gb/s שאמורה להיות תואם לתקן, המבנה שלו מוצג באיור למטה. תחילה היה מסמך הצהרתי, כגון SFF-8402 המוצע SFP28, SFF-8083 הציע SFP10 (המספר בסוף מייצג את רמת קצב השידור, SFP10 כתוב לעתים קרובות כ-SFP + now), מסמך ההצהרה הזה הזכיר אילו דרישות טכניות הוא מצוטט דרישות טכניות אלה שצוטטו יחד מהוות את הסטנדרט המהותי למודול זה.
המפרט הטכני של סדרת SFP כולל בעיקר:
SFF-8432, מגדיר את גודל המודול (בעיקר את גודל ההתקנה), את כוח החיבור ואת המפרט של כלוב המודול.
SFF-8071 מגדיר את מחבר חריץ הכרטיס בלוח האם HOST ואת רצף הגישה לאצבע הזהב של לוח האם של המודול.
SFF-8433, מגדיר מספר כלובי מודול זה לצד זה ומפרטים טכניים של רסיסי EMI.
SFF-8472, מגדיר זיכרון מודול ומפרטי ניהול אבחון.
SFF-8431 מגדיר את ספק הכוח, אותות חשמליים במהירות נמוכה (קווי תקשורת), אותות במהירות גבוהה, תזמון ומפרטי קריאה וכתיבה של זיכרון.
מכיוון שקצב התמיכה ב-SFP הולך וגדל, מפרט האות המהיר ב-SFF8431 אינו חל על SFP16/28, כך ש-SFF-8431 פוצל מאוחר יותר ל-SFF-8418 ו-SFF-8419. SFF-8418 מגדיר באופן ספציפי את דרישות ממשק האותות החשמליים במהירות גבוהה של 10Gb/s. לדרישות ממשק פיזי מעל 10Gb/s, עיין ב-Fibre Channel. SFF-8419 מגדיר באופן ספציפי תוכן שאינו אותות במהירות גבוהה ב-SFF-8431, המתאים לכל המודולים מסדרת SFP.
לכן, מהנדסי עיצוב מבנה מודול SFP חייבים להכיר את SFP-8431. אם אתה אדם שמתכנן PCB, כותב תוכנה או עורך בדיקות, SFF-8472, SFF-8418 ו-SFF-8419 חייבים להכיר את זה.
תקן QSFP
QSFP (Quad Small Form-factor Pluggable), מקלט משדר ממוזער בעל ארבעה ערוצים הניתן לחיבור, המשמש בעיקר במשפחת פרוטוקולי Infiniband, Ethernet, Fibre Channel, OTN, SONET: QSFP משדרג SFP חד ערוץ לארבעה ערוצים עם נפח של It בלבד הוא יותר מכפול. עבור אותו גודלמֶתֶג, קיבולת המיתוג של QSFP היא פי 2.67 מזו של SFP. פרוטוקול QSFP הוגדר במקור על ידי INF-8438i, ולאחר מכן שודרג ל-SFF-8436,
ולאחר מכן SFF-8436 פוצל למספר חלקים לצורך הגדרה והתייחסות. הארכיטקטורה דומה כעת ל-SFP:
המפרט הטכני של QSFP כולל בעיקר:
SFF-8679, מגדיר את האות המהיר, האות המהיר, אספקת החשמל, מפרטי התזמון של המודול, ומגדיר את הממשק האופטי ואת מפרטי צבע הטבעת המשיכה.
SFF-8636, מגדיר מידע זיכרון, פעולות קריאה וכתיבה בזיכרון.
SFF-8661, מגדיר את גודל המודול, גודל אצבע הזהב ומפרט כוח ההחדרה וההסרה של המודול.
SFF-8662 ו-SFF-8663 מגדירים את הכלוב והמחבר (סוג A) של מודול QSFP28.
SFF-8672 ו-SFF-8683 מגדירים את הכלובים והמחברים (סוג B) של מודול QSFP28.
SFF-8682 ו-SFF-8683 מגדירים את הכלובים והמחברים של מודולי קצב QSFP14 ומטה.
ניתן לראות מידע משלים אחר עבור QSFP בפרוטוקול Infiniband. (InfiniBand TM ArchitectureSpecification Volume )
תקן XFP
XFP (10 Gb/s Small Form Factor Pluggable, כאשר X מייצג 10 בספרות רומיות ומשמש בעיקר עבור SONET OC-192, 10 Gigabit Ethernet וערוצי סיבים) משפחת פרוטוקולים: XFP זהו מודול מתכוונן באורך גל, אשר הוגדר במקור על ידי XFP MSA ומאוחר יותר הוגש לארגון SFF לפרסום. פרוטוקול XFP כולל את SFF-8477 ו-INF-8077.
פרוטוקול INF8077 מגדיר את הגודל, הממשק החשמלי, מידע הזיכרון, בקרת התקשורת והאבחון של מודול XFP (הפרוטוקול כולל את כל ההיבטים של המודול). SFF-8477 מותאם בעיקר לבקרת התאמת אורך גל.
תקן CXP
CXP (12x Small Form-factor Pluggable, 12-channel small pluggable package, כאשר C מייצג 100G, המשמש בעיקר לפרוטוקול Infiniband, fiber channel, Ethernet) מוסדר בעיקר על ידי ארגון Infiniband.
נספח A6 120 Gb/s 12x Small Form-factor pluggable (CXP) Specification for Cables, Active Cables & Transceivers מספק את כל ההיבטים של מפרטי CXP (ניתן להוריד ללא תשלום בכתובת www.infinibandta.org). בנוסף, ארגון SFF מסדיר כלובי מגן וחריצי כרטיסים עבור CXP בדרגות מהירות שונות.
SFF-8617 Mini Multilane 12X Cage / Connector כלוב CXP 12 ערוצים ומפרט חריץ לוח מודול.
SFF-8642 EIA-965 Mini Multilane 10 Gb/s 12X Cage/Shielded Cage / Connector (CXP10) 12x10Gb/s מפרט חריצי מודול CXP ולוח מודול.
SFF-8647 Mini Multilane 14 Gb/s 12X Cage/Shielded Cage (CXP14) 12x14Gb/s מפרט של כלוב מודול CXP וחריץ לוח מודול.
SFF-8648 Mini Multilane 28 Gb/s 12X Cage/Shielded Cage (CXP28) 12x28Gb/s מפרט של כלוב מודול CXP וחריץ לוח מודול.
microQSFP (מוזער QSFP), פרוטוקול רב מימדי שהוקם בשנת 2015, הוא 4 ערוצים כמו QSFP, אבל הגודל הוא רק בגודל של מודול SFP, והוא תומך בקצבי ערוצים של 25G ו-50G (אפנון PAM4). באמצעות העיצוב של סנפירי פיזור חום על בית המודול, יש לו ביצועים תרמיים טובים יותר. "מיקרו QUAD SMALL FORM-FACTOR PLUGGABLE FOUR CHANNEL TRENDable PLUGGABLE, HOST CONNECTOR, & CAGE ASSEMBLY FORM FACTOR" מפרט את מפרט המיקרו-QSFP.
חבילת CFP
מלבד חבילות SFP ו-QSFP, CFP אמור להיות צורת האריזה הנפוצה ביותר במודולים אופטיים. ה-C ב-CFP מייצג 100 בשעון הספרה הרומית, כך שה-CFP מכוון בעיקר ליישומים בקצב של 100G (כולל 40G) ומעלה.
משפחת CFP כוללת בעיקר CFP / CFP2 / CFP4 / CFP8, מתוכם CFP8 עדיין בשלב ההצעה.
בניגוד למספרים הנוספים 10 ו-28 מאחורי ה-QSFP, המייצגים את דרגת המהירות, המספרים מאחורי ה-CFP מייצגים דור חדש, עם גודל קומפקטי יותר (למעט CFP8) וצפיפות גבוהה יותר.
כאשר חבילת CFP הוצעה לראשונה, היה קשה מבחינה טכנית להשיג קצב בודד של 25Gb/s, כך שקצב הממשק החשמלי של כל CFP הוגדר כרמת 10Gb/s, ו-40G ו-40G הושגו באמצעות 4x10Gb/s ו-10x10Gb / s ממשקים חשמליים. מהירות מודול של 100G. הגודל של מודול CFP כל כך גדול שהוא יכול להכניס הרבה פונקציות על לוח האם למודול כדי להשלים [ASIC (SerDes)]. כאשר המהירות של כל נתיב אופטי אינה תואמת את מהירות המעגל, ניתן להשלים את המרת הקצב באמצעות מעגלים אלו (תיבת הילוכים) לדוגמה, היציאה האופטית 4X25Gb/s מומרת ליציאה חשמלית 10x10Gb/s.
הגודל של CFP2 הוא רק חצי מזה של CFP. הממשק החשמלי יכול לתמוך ב-10Gb/s בודדים, או 25Gb/s בודדים או אפילו 50Gb/s. באמצעות ממשקי החשמל של 10x10G, 4x25G, 8x25G ו-8x50G, ניתן להשיג קצבי מודול של 100G / 200G / 400G.
גודלו של CFP4 מצטמצם למחצית מגודלו של CFP2. הממשק החשמלי תומך בודדים של 10Gb/s ו-25Gb/s, ומהירות המודול של 40G/100G מושגת באמצעות 4x10Gb/s ו-4x25Gb/s. מודולי CFP4 ו-QSFP דומים מאוד, שניהם ארבעה כיוונים, ושניהם תומכים ב-40G ו-100G; ההבדל הוא שלמודולי CFP4 יש פונקציות ניהול חזקות יותר וגדלים גדולים יותר (זהו חיסרון לתקשורת נתונים בצפיפות גבוהה), ויכולים לתמוך בפונקציות גדולות יותר. צריכת חשמל, עבור דרגות מהירות מעל 25Gb/s ותרחישי שידור למרחקים ארוכים (דורש בקרת טמפרטורה TEC, צריכת חשמל גדולה), היתרונות של מודולי CFP4 בצריכת חשמל ופיזור חום יכולים לבוא לידי ביטוי.
לכן, תקשורת נתונים למרחקים קצרים היא בעצם העולם של QSFP; עבור יישומי 100G-LR4 10 ק"מ, CFP4 ו-QSFP28 מחולקים שווה בשווה.
הסטנדרטים של משפחת CFP מוצגים באיור הבא: לכל תקן יש 3 קבצים, מתוכם "CFPx MSA Hardware Specification Revision" הוא קובץ פרוגרמטי, המתאר בקצרה את תפיסת המודול, ניהול המודול, הממשק החשמלי, הגודל המכני, הממשק האופטי, cheat Slots ומפרטים אחרים, שני המסמכים האחרים מגדירים ממדים מכניים מפורטים.
ל-CFP MSA יש גם שני מפרטים טכניים ציבוריים, הקצאת PIN REV.25 מציינת את הגדרת סיכת המודול, ו"מפרט ממשק ניהול CFP MSA" מגדיר את פרטי הבקרה והרישום של ניהול המודול.
הממשק החשמלי המהיר של מודול CFP תלוי ביישום, ומתייחס למפרטי ממשק החשמל CAUI, XLAUI ו-CEI-28G / 56G ב-IEEE802.3.
CFP8 היא חבילה שהוצעה במיוחד עבור 400G, וגודלה שווה ערך ל-CFP2. הממשק החשמלי תומך במהירויות ערוצים של 25Gb/s ו-50Gb/s, ומשיג מהירויות מודול של 400G באמצעות ממשקים חשמליים של 16x25G או 8×50. CFP8 הוא רק הצעה, אין תקן רשמי להורדה ציבורית.
ה-CDFP MSA הוקם בשנת 2013, ותקן האריזה CDFP שהם הוציאו היה תקן האריזה הראשון של מודול אופטי 400G. באותו זמן, הסטנדרט של הממשק החשמלי היה רק 25Gb/s (OIF-CEI-28G-VSR), כך שה-CDFP פשוט יצר 16 ערוצים, והשלים את קצב המודול של 400G דרך 16x25G, והוא היה מיועד במיוחד לקצר- יישומי טווח מתחת ל-2 ק"מ.
אם היציאות החשמליות של 16 הכיוונים מסודרות בשורה, הנפח יהיה עצום ביותר, כך שמודול CDFP פשוט חיבר שני לוחות PCB והשתמש בממשק MPO16 ביציאה האופטית. המודול כולו נראה שמן במיוחד! על פי הסדר של יציאות אופטיות וחשמליות, ישנם שלושה גדלי מודול בסך הכל.
תקן ה-CDFP העדכני ביותר הוא: "400 Gb/s (16 X 25 GB/s) PLUGGABLE TRANSCEIVER Rev 3.0" המפרט את הממשק החשמלי, ממשק הניהול, הממשק האופטי, מודול/חריץ/כלוב של מודול CDFP, EMI/ESD תוכן קשור. כיום, PAM4 כל כך חם, לפי ההערכות החבילה הזו נבחנה מאוד.
תקן האריזה העדכני ביותר שתומך ב-400G צריך להיות QSFP-DD. ארגון זה הוקם בפברואר 2016 והוציא את התקן האחרון "QSFP DOUBLE DENSITY 8X PLUGGABLE TRANSCEIVER Rev 1.0" בספטמבר 2016. QSFP-DD הוא בערך בגודל זהה ל-QSFP (רק בגלל שיש שורה נוספת של מעגלים, קצת ארוך יותר). השינוי המרכזי הוא להכפיל את הממשק החשמלי של QSFP מארבע לשמונה ולתמוך בקצב ערוץ של 50Gb/s 8X50 הוא 400G). הממשק החשמלי QSFP-DD תואם ל-QSFP, אך לא להיפך.
הדיונים לעיל הם כולם מודולים אופטיים של 100G ו-400G. בואו נסתכל על ה-CSFP הנגיש. למרות שתקן ה-CSFP העדכני ביותר הוא "מפרטי campact SFP" ששוחררו ב-2009, הוא אינו מיושן כלל. Campact פירושו קומפקטי יותר ממודולים אופטיים של SFP, וניתן גם להגדיר את מספר הערוצים בצורה גמישה. CSFP מגדיר 3 סוגים: 1CH campact SFP, 2CH campact SFP option1 ו-2CH campact SFP option2.
טכנולוגיית אריזה שחורה CFP2—ACO
לבסוף, בואו נסתכל על הטכנולוגיה השחורה המתקדמת ביותר בתקני אריזת מודולים אופטיים: CFP2-ACO. הוא מוגדר בעיקר על ידי OIF ומתייחס לממדים המכניים של CFP2. ה-ACO האחורי פירושו מודול אופטי קוהרנטי אנלוגי. הוא מורכב בעיקר מלייזר מתכוונן ברוחב קו צר, מאפנן ומקלט קוהרנטי. ה-DSP (עיבוד אותות דיגיטלי) ממוקם מחוץ למודול. המודול הזה מדהים. עם טכנולוגיית אפנון DP-QPSK ו-DP-xQAM, קצב אורך הגל היחיד יכול בקלות לעלות על 100Gb/s, ומרחק השידור יכול לעלות על 2000 ק"מ.