ในอุตสาหกรรมการสื่อสารด้วยแสง โมดูลออปติคัลถูกเปิดเผยมากที่สุด มีขนาดทางกายภาพที่แตกต่างกัน และจำนวนช่องสัญญาณและอัตราการส่งข้อมูลแตกต่างกันอย่างมาก โมดูลเหล่านี้ผลิตขึ้นอย่างไร คุณลักษณะของโมดูลเหล่านี้คืออะไร และความลับทั้งหมดอยู่ในมาตรฐาน
มาตรฐานบรรจุภัณฑ์เก่าๆ เช่น GBIC, XPAK, X2 และ Xenpak จะถูกเพิกเฉย และพลังงานหลักจะมุ่งเน้นไปที่มาตรฐานที่เข้มงวดมากขึ้นหรือใหม่กว่า ซึ่งจะได้รับการประเมินทีละรายการด้านล่างนี้
องค์กรกำหนดมาตรฐาน SFF: องค์กรกำหนดมาตรฐาน SFF (บรรจุภัณฑ์ขนาดเล็กสำหรับฟอร์มแฟกเตอร์ขนาดเล็ก) ก่อตั้งขึ้นในเดือนสิงหาคม พ.ศ. 2533 โดยเริ่มแรกพัฒนาดิสก์ไดรฟ์ขนาด 2.5 นิ้ว และขยายไปยังสาขาอื่น ๆ ในเดือนพฤศจิกายน พ.ศ. 2535 จนถึงขณะนี้ SFF ได้กลายเป็นองค์กรที่ใช้กันทั่วไปและประสบความสำเร็จมากที่สุด มาตรฐานโมดูลในด้านบรรจุภัณฑ์โมดูลออปติคอล มาตรฐานโมดูลออปติคัลที่กำหนดโดย SFF ส่วนใหญ่ประกอบด้วย SFP / QSFP / XFP
มาตรฐานเอสเอฟพี
SFP (small form-factor Pluggable) ตระกูลของตัวรับส่งสัญญาณแบบเสียบปัจจัยขนาดเล็กส่วนใหญ่ใช้สำหรับอีเธอร์เน็ต, ไฟเบอร์แชนเนล, CPRI ไร้สาย, SONET: กำหนดแพ็คเกจ SFP ช่องทางเดียวตั้งแต่ 1Gb / s ถึง 28Gb / s ที่ควรเป็น เป็นไปตามมาตรฐาน โดยมีโครงสร้างดังรูปด้านล่าง อันดับแรกมีเอกสารประกาศ เช่น SFF-8402 ที่เสนอ SFP28, SFF-8083 ที่เสนอ SFP10 (ตัวเลขที่ส่วนท้ายแสดงถึงระดับอัตราการส่งข้อมูล SFP10 มักเขียนเป็น SFP + ตอนนี้) เอกสารประกาศนี้กล่าวถึงข้อกำหนดทางเทคนิคใด ข้อกำหนดทางเทคนิคที่อ้างถึงเหล่านี้รวมกันเป็นมาตรฐานที่สำคัญสำหรับโมดูลนี้
ข้อกำหนดทางเทคนิคของซีรีส์ SFP ส่วนใหญ่ประกอบด้วย:
SFF-8432 กำหนดขนาดของโมดูล (ขนาดของการติดตั้งเป็นหลัก) แรงเสียบ และข้อกำหนดของกรงโมดูล
SFF-8071 กำหนดขั้วต่อช่องเสียบการ์ดบนมาเธอร์บอร์ด HOST และลำดับการเข้าถึงด้วยนิ้วทองของมาเธอร์บอร์ดโมดูล
SFF-8433 กำหนดกรงโมดูลแบบเคียงข้างกันหลายอันและข้อกำหนดทางเทคนิคของเศษกระสุน EMI
SFF-8472 กำหนดหน่วยความจำโมดูลและข้อกำหนดการจัดการการวินิจฉัย
SFF-8431 กำหนดแหล่งจ่ายไฟ สัญญาณไฟฟ้าความเร็วต่ำ (สายสื่อสาร) สัญญาณความเร็วสูง เวลา และข้อกำหนดการอ่านและเขียนหน่วยความจำ
เนื่องจากอัตราการรองรับ SFP สูงขึ้นเรื่อยๆ ข้อมูลจำเพาะสัญญาณความเร็วสูงใน SFF8431 จึงไม่ใช้กับ SFP16 / 28 ดังนั้น SFF-8431 จึงถูกแบ่งออกเป็น SFF-8418 และ SFF-8419 ในภายหลัง SFF-8418 กำหนดข้อกำหนดอินเทอร์เฟซสัญญาณไฟฟ้าความเร็วสูง 10Gb / s โดยเฉพาะ สำหรับข้อกำหนดอินเทอร์เฟซทางกายภาพที่สูงกว่า 10Gb / s โปรดดูที่ Fibre Channel SFF-8419 กำหนดเนื้อหาอื่นนอกเหนือจากสัญญาณความเร็วสูงใน SFF-8431 โดยเฉพาะ ซึ่งเหมาะสำหรับโมดูลซีรีส์ SFP ทั้งหมด
ดังนั้นวิศวกรออกแบบโครงสร้างโมดูล SFP จะต้องคุ้นเคยกับ SFP-8431 หากคุณเป็นคนที่ออกแบบ PCB เขียนซอฟต์แวร์ หรือทำการทดสอบ SFF-8472, SFF-8418 และ SFF-8419 จะต้องคุ้นเคยกับสิ่งนี้
มาตรฐาน QSFP
QSFP (Quad Small Form-factor Pluggable) ตัวรับส่งสัญญาณแบบเสียบปลั๊กขนาดเล็กสี่ช่องสัญญาณ ส่วนใหญ่ใช้ใน Infiniband, Ethernet, Fibre Channel, OTN, ตระกูลโปรโตคอล SONET: QSFP อัปเกรด SFP ช่องสัญญาณเดียวเป็นสี่ช่องสัญญาณด้วยปริมาณเพียง It มากกว่าสองเท่า สำหรับขนาดเดียวกันสวิตช์ความสามารถในการสลับ QSFP คือ 2.67 เท่าของ SFP โปรโตคอล QSFP เดิมถูกกำหนดโดย INF-8438i จากนั้นอัปเกรดเป็น SFF-8436
จากนั้น SFF-8436 ก็ถูกแบ่งออกเป็นหลายส่วนเพื่อคำจำกัดความและการอ้างอิง ตอนนี้สถาปัตยกรรมคล้ายกับ SFP:
ข้อกำหนดทางเทคนิคของ QSFP ส่วนใหญ่ประกอบด้วย:
SFF-8679 กำหนดสัญญาณความเร็วสูง สัญญาณความเร็วต่ำ แหล่งจ่ายไฟ ข้อกำหนดด้านเวลาของโมดูล และกำหนดข้อกำหนดด้านออปติคัลอินเทอร์เฟซและสีวงแหวนดึง
SFF-8636 กำหนดข้อมูลหน่วยความจำ การดำเนินการอ่านและเขียนหน่วยความจำ
SFF-8661 กำหนดขนาดของโมดูล ขนาดของนิ้วทอง และข้อกำหนดของแรงแทรกและการกำจัดของโมดูล
SFF-8662 และ SFF-8663 กำหนดกรงและตัวเชื่อมต่อ (ประเภท A) ของโมดูล QSFP28
SFF-8672 และ SFF-8683 กำหนดกรงและตัวเชื่อมต่อ (ประเภท B) ของโมดูล QSFP28
SFF-8682 และ SFF-8683 กำหนดกรงและตัวเชื่อมต่อของโมดูล QSFP14 และต่ำกว่า
ข้อมูลเสริมอื่นๆ สำหรับ QSFP สามารถดูได้ในโปรโตคอล Infiniband (ปริมาณข้อกำหนดสถาปัตยกรรม InfiniBand TM)
มาตรฐาน XFP
XFP (โมดูลเสียบฟอร์มแฟกเตอร์ขนาดเล็ก 10 Gb / s โดยที่ X หมายถึง 10 ในเลขโรมันและส่วนใหญ่จะใช้สำหรับตระกูลโปรโตคอล SONET OC-192, 10 Gigabit Ethernet และไฟเบอร์แชนเนล): XFP เป็นโมดูลที่ปรับความยาวคลื่นได้ซึ่ง เดิมกำหนดโดย XFP MSA และต่อมาได้ส่งไปยังองค์กร SFF เพื่อเผยแพร่ โปรโตคอล XFP ประกอบด้วย SFF-8477 และ INF-8077
โปรโตคอล INF8077 กำหนดขนาด อินเทอร์เฟซทางไฟฟ้า ข้อมูลหน่วยความจำ การควบคุมการสื่อสาร และการวินิจฉัยของโมดูล XFP (โปรโตคอลครอบคลุมทุกด้านของโมดูล) SFF-8477 ได้รับการปรับให้เหมาะสมที่สุดสำหรับการควบคุมการปรับความยาวคลื่น
มาตรฐาน CXP
โปรโตคอล CXP (12x Small Form-factor Pluggable, 12-channel small pluggable package โดยที่ C ย่อมาจาก 100G ซึ่งส่วนใหญ่ใช้สำหรับ Infiniband, fibre channel, Ethernet) โปรโตคอลส่วนใหญ่ได้รับการควบคุมโดยองค์กร Infiniband
ภาคผนวก A6 120 Gb / s ข้อมูลจำเพาะอินเทอร์เฟซแบบปลั๊กฟอร์มแฟกเตอร์ขนาดเล็ก (CXP) 12x สำหรับสายเคเบิล สายเคเบิลที่ใช้งานอยู่ และเครื่องรับส่งสัญญาณให้ข้อกำหนดเฉพาะ CXP ทุกด้าน (สามารถดาวน์โหลดได้ฟรีที่ www.infinibandta.org) นอกจากนี้ องค์กร SFF ยังควบคุมกรงป้องกันและช่องเสียบการ์ดสำหรับ CXP ที่มีระดับความเร็วต่างกัน
SFF-8617 Mini Multilane 12X Shielded Cage / Connector 12 channel CXP Cage และข้อกำหนดสล็อตบอร์ดโมดูล
SFF-8642 EIA-965 Mini Multilane 10 Gb / s 12X Shielded Cage / Connector (CXP10) 12x10Gb / s CXP โมดูลกรงและข้อกำหนดช่องเสียบบอร์ดโมดูล
SFF-8647 Mini Multilane 14 Gb / s 12X Shielded Cage / Connector (CXP14) 12x14Gb / s CXP โมดูลกรงและข้อกำหนดช่องเสียบบอร์ดโมดูล
SFF-8648 Mini Multilane 28 Gb / s 12X Shielded Cage / Connector (CXP28) 12x28Gb / s CXP โมดูลกรงและข้อกำหนดช่องเสียบบอร์ดโมดูล
microQSFP (QSFP ย่อส่วน) ซึ่งเป็นโปรโตคอลหลายมิติที่ก่อตั้งในปี 2558 มี 4 ช่องสัญญาณเหมือนกับ QSFP แต่ขนาดเป็นเพียงขนาดของโมดูล SFP และรองรับอัตราช่องสัญญาณ 25G และ 50G (การมอดูเลต PAM4) ด้วยการออกแบบครีบกระจายความร้อนบนตัวเรือนโมดูล ทำให้มีประสิทธิภาพการระบายความร้อนดีขึ้น “Micro QUAD SMALL FORM-FACTOR PLUGGABLE FOUR CHANNEL PLUGGABLE TRANSCEIVER, HOST CONNECTOR และ CAGE ASSEMBLY FORM FACTOR” ให้รายละเอียดเกี่ยวกับข้อกำหนด micro-QSFP
แพคเกจซีเอฟพี
ยกเว้นแพ็คเกจ SFP และ QSFP CFP ควรเป็นรูปแบบบรรจุภัณฑ์ที่พบบ่อยที่สุดในโมดูลออปติคัล C ใน CFP แทน 100 ในนาฬิกาเลขโรมัน ดังนั้น CFP จึงมุ่งเป้าไปที่การใช้งานที่มีอัตรา 100G (รวม 40G) ขึ้นไปเป็นหลัก
กลุ่มผลิตภัณฑ์ CFP ส่วนใหญ่ประกอบด้วย CFP / CFP2 / CFP4 / CFP8 ซึ่ง CFP8 ยังอยู่ในขั้นตอนการเสนอ
ต่างจากหมายเลขเพิ่มเติม 10 และ 28 ที่อยู่ด้านหลัง QSFP ซึ่งแสดงถึงเกรดความเร็ว ตัวเลขด้านหลัง CFP เป็นตัวแทนของรุ่นใหม่ โดยมีขนาดกะทัดรัดกว่า (ยกเว้น CFP8) และมีความหนาแน่นสูงกว่า
เมื่อเสนอแพ็คเกจ CFP เป็นครั้งแรก เป็นเรื่องยากทางเทคนิคที่จะบรรลุอัตรา 25Gb / s เดียว ดังนั้นอัตราอินเทอร์เฟซทางไฟฟ้าของ CFP แต่ละตัวจึงถูกกำหนดไว้ที่ระดับ 10Gb / s และบรรลุ 40G และ 40G ผ่าน 4x10Gb / s และ 10x10Gb / s อินเตอร์เฟซไฟฟ้า ความเร็วโมดูล 100G ขนาดของโมดูล CFP มีขนาดใหญ่มากจนสามารถใส่ฟังก์ชันต่างๆ มากมายบนเมนบอร์ดลงในโมดูลเพื่อให้ [ASIC (SerDes)] สมบูรณ์ได้ เมื่อความเร็วของเส้นทางแสงแต่ละเส้นทางไม่ตรงกับความเร็วของวงจร คุณสามารถแปลงอัตราให้เสร็จสมบูรณ์ผ่านวงจรเหล่านี้ (กล่องเกียร์) ตัวอย่างเช่น พอร์ตออปติคัล 4X25Gb/s จะถูกแปลงเป็นพอร์ตไฟฟ้า 10x10Gb/s
ขนาดของ CFP2 เป็นเพียงครึ่งหนึ่งของ CFP อินเทอร์เฟซทางไฟฟ้าสามารถรองรับ 10Gb / s เดียวหรือ 25Gb / s เดียวหรือแม้แต่ 50Gb / s ด้วยอินเทอร์เฟซไฟฟ้า 10x10G, 4x25G, 8x25G และ 8x50G จึงสามารถบรรลุอัตราโมดูล 100G / 200G / 400G ได้
ขนาดของ CFP4 ลดลงเหลือครึ่งหนึ่งของ CFP2 อินเทอร์เฟซทางไฟฟ้ารองรับ 10Gb / s และ 25Gb / s เดี่ยวและความเร็วโมดูล 40G / 100G ทำได้ผ่าน 4x10Gb / s และ 4x25Gb / s โมดูล CFP4 และ QSFP มีความคล้ายคลึงกันมาก ทั้งสองเป็นแบบสี่ทาง และรองรับทั้ง 40G และ 100G ความแตกต่างก็คือโมดูล CFP4 มีฟังก์ชันการจัดการที่มีประสิทธิภาพมากกว่าและมีขนาดที่ใหญ่กว่า (ซึ่งเป็นข้อเสียสำหรับการสื่อสารข้อมูลที่มีความหนาแน่นสูง) และสามารถรองรับฟังก์ชันที่ใหญ่กว่าได้ การใช้พลังงาน สำหรับเกรดความเร็วที่สูงกว่า 25Gb / s และสถานการณ์การส่งข้อมูลทางไกล (ต้องควบคุมอุณหภูมิ TEC, การใช้พลังงานขนาดใหญ่) ข้อดีของโมดูล CFP4 ในการใช้พลังงานและการกระจายความร้อนสามารถสะท้อนให้เห็นได้
ดังนั้นการสื่อสารข้อมูลระยะสั้นจึงเป็นโลกของ QSFP สำหรับการใช้งาน 100G-LR4 10 กม. CFP4 และ QSFP28 จะถูกแบ่งเท่า ๆ กัน
มาตรฐานตระกูล CFP แสดงอยู่ในรูปต่อไปนี้: แต่ละมาตรฐานมี 3 ไฟล์ โดยที่ “CFPx MSA Hardware Specification Revision” เป็นไฟล์แบบเป็นโปรแกรม ซึ่งอธิบายโดยย่อเกี่ยวกับแนวคิดของโมดูล การจัดการโมดูล อินเทอร์เฟซทางไฟฟ้า ขนาดทางกล อินเทอร์เฟซแบบออปติคอล สูตรโกงสล็อตและข้อกำหนดอื่นๆ เอกสารอีกสองฉบับจะกำหนดมิติทางกลโดยละเอียด
นอกจากนี้ CFP MSA ยังมีข้อกำหนดทางเทคนิคสาธารณะสองประการ ได้แก่ PIN Allocation REV.25 ระบุคำจำกัดความของพินโมดูล และ “CFP MSA Management Interface Specification” กำหนดการควบคุมการจัดการโมดูลและข้อมูลการลงทะเบียนโดยละเอียด
อินเทอร์เฟซทางไฟฟ้าความเร็วสูงของโมดูล CFP ขึ้นอยู่กับการใช้งาน และอ้างอิงข้อกำหนดอินเทอร์เฟซทางไฟฟ้าของ CAUI, XLAUI และ CEI-28G / 56G ใน IEEE802.3
CFP8 เป็นแพ็คเกจที่เสนอโดยเฉพาะสำหรับ 400G และขนาดของมันเทียบเท่ากับ CFP2 อินเทอร์เฟซทางไฟฟ้ารองรับความเร็วช่องสัญญาณ 25Gb / s และ 50Gb / s และบรรลุความเร็วโมดูล 400G ผ่านอินเทอร์เฟซไฟฟ้า 16x25G หรือ 8 × 50 CFP8 เป็นเพียงข้อเสนอเท่านั้น ไม่มีมาตรฐานอย่างเป็นทางการสำหรับการดาวน์โหลดสาธารณะ
CDFP MSA ก่อตั้งขึ้นในปี 2013 และมาตรฐานบรรจุภัณฑ์ CDFP ที่เปิดตัวคือมาตรฐานบรรจุภัณฑ์โมดูลออปติคัล 400G แรก ในเวลานั้นมาตรฐานของอินเทอร์เฟซไฟฟ้าอยู่ที่ 25Gb / s (OIF-CEI-28G-VSR) ดังนั้น CDFP จึงสร้าง 16 ช่องสัญญาณและทำอัตราโมดูล 400G ให้เสร็จสมบูรณ์ผ่าน 16x25G และได้รับการกำหนดเป้าหมายโดยเฉพาะสำหรับระยะสั้น การใช้งานช่วงต่ำกว่า 2 กม.
หากพอร์ตไฟฟ้า 16 ทิศทางเรียงกันเป็นแถว ปริมาตรจะมีขนาดใหญ่มาก ดังนั้นโมดูล CDFP จึงรวมบอร์ด PCB สองแผ่นเข้าด้วยกัน และใช้อินเทอร์เฟซ MPO16 บนพอร์ตออปติคัล โมดูลทั้งหมดดูอ้วนเป็นพิเศษ! ตามการจัดวางพอร์ตออปติคัลและพอร์ตไฟฟ้า มีโมดูลทั้งหมดสามขนาด
มาตรฐาน CDFP ล่าสุดคือ: “400 Gb / s (16 X 25 GB / s) PLUGGABLE TRANSCEIVER Rev 3.0” ซึ่งระบุอินเทอร์เฟซทางไฟฟ้า, อินเทอร์เฟซการจัดการ, อินเทอร์เฟซแบบออปติคัล, โมดูล / สล็อต / ขนาดกรงของโมดูล CDFP, EMI / ESD เนื้อหาที่เกี่ยวข้อง วันนี้ PAM4 มาแรงมาก คาดว่าแพ็คเกจนี้ผ่านการทดสอบมาก
มาตรฐานบรรจุภัณฑ์ล่าสุดที่รองรับ 400G ควรเป็น QSFP-DD องค์กรนี้ก่อตั้งขึ้นในเดือนกุมภาพันธ์ 2559 และเปิดตัวมาตรฐานล่าสุด “QSFP DOUBLE DENSITY 8X PLUGGABLE TRANSCEIVER Rev 1.0″ ในเดือนกันยายน 2559 QSFP-DD มีขนาดประมาณเดียวกับ QSFP (เพียงเพราะมีแถวของวงจรเพิ่มเติม นิดหน่อย) อีกต่อไป) การเปลี่ยนแปลงหลักคือการเพิ่มอินเทอร์เฟซไฟฟ้า QSFP เป็นสองเท่าจากสี่เป็นแปดและรองรับอัตราช่องสัญญาณ 50Gb / s 8X50 คือ 400G) อินเทอร์เฟซทางไฟฟ้า QSFP-DD เข้ากันได้กับ QSFP แต่ไม่ใช่ในทางกลับกัน
การอภิปรายข้างต้นเป็นโมดูลออปติคัล 100G และ 400G ทั้งหมด มาดู CSFP ที่เข้าถึงได้ง่ายกัน แม้ว่ามาตรฐาน CSFP ล่าสุดจะเป็น “ข้อกำหนดเฉพาะของ campact SFP” ที่เปิดตัวในปี 2009 แต่ก็ไม่ได้ล้าสมัยแต่อย่างใด Campact หมายถึงขนาดกะทัดรัดกว่าโมดูลออปติคัล SFP และยังสามารถกำหนดค่าจำนวนช่องสัญญาณได้อย่างยืดหยุ่น CSFP กำหนด 3 ประเภท: 1CH campact SFP option, 2CH campact SFP option1 และ 2CH campact SFP option2
เทคโนโลยีบรรจุภัณฑ์สีดำ CFP2—ACO
สุดท้ายนี้ เรามาดูเทคโนโลยีสีดำที่ทันสมัยที่สุดในมาตรฐานบรรจุภัณฑ์โมดูลออปติคัล: CFP2-ACO ส่วนใหญ่กำหนดโดย OIF และอ้างอิงขนาดทางกลของ CFP2 ACO ด้านหลังหมายถึงโมดูลออปติคัลโคฮีเรนท์แบบอะนาล็อก ส่วนใหญ่ประกอบด้วยเลเซอร์ที่ปรับความกว้างของเส้นแคบ โมดูเลเตอร์ และตัวรับที่สอดคล้องกัน DSP (การประมวลผลสัญญาณดิจิทัล) วางอยู่ด้านนอกโมดูล โมดูลนี้น่าทึ่งมาก ด้วยเทคโนโลยีการปรับ DP-QPSK และ DP-xQAM อัตราความยาวคลื่นเดี่ยวสามารถเกิน 100Gb / s ได้อย่างง่ายดาย และระยะการส่งข้อมูลสามารถเกิน 2,000 กม.