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盘点常见光模块封装标准

2016-10-25 学术plus

本文转载自微信公众号：光通信小虎

除开SFP和QSFP封装，CFP应该是光模块中最常见的封装形式了。CFP中的C在罗马数字钟代表100，所以CFP主要针对的是100G（也包括40G）及以上速率的应用。

CFP家族主要包括CFP/CFP2/CFP4/CFP8，其中CFP8还处于提议阶段。

不同于QSFP后面的附加数字10、28代表速率等级，CFP后面的数字代表了更新换代，尺寸更紧凑（CFP8除外），速率更密度更高。

最初提出CFP封装形式的时候，单路25Gb/s的速率在技术上还比较难实现，所以CFP每路电接口速率定义为10Gb/s等级，通过4x10Gb/s和10x10Gb/s电接口实现40G和100G的模块速率。CFP模块尺寸如此之大，可以把很多主板上的功能放到模块内完成[ASIC (SerDes)]，当每条光路速率和电路速率不匹配的时候，可以通过这些电路完成速率转换（Gear box），例如把光口4X25Gb/s转换成电口10x10Gb/s。

CFP2尺寸仅CFP的一半，电接口可以支持单路10Gb/s,也可以支持单路25Gb/s甚至50Gb/s，通过10x10G，4x25G，8x25G，8x50G电接口实现100G/200G/400G的模块速率。

CFP4尺寸又缩减为CFP2的一半，电接口支持单路10Gb/s和25Gb/s，通过4x10Gb/s和4x25Gb/s实现40G/100G的模块速率。CFP4和QSFP模块很像，都是四路，都支持40G和100G，不同的是CFP4模块管理功能更强大、尺寸也更大（这对于高密度数据通信是个劣势），能够支持更大的功耗，对于25Gb/s以上速率等级，以及长距离传输场景（需要TEC控温，功耗大），CFP4模块在功耗和散热上的优势就可以体现出来。（所以短距离数据通信基本上是QSFP天下，100G-LR4 10km应用CFP4和QSFP28平分秋色）

CFP家族标准如下图所示：每个标准有3个文件，其中“CFPx MSA Hardware Specification Revision” 为纲领性文件，里面简要说明了模块概念、模块管理、电接口、机械尺寸、光接口、金手指插槽等规范，另外两个文件定义了详细的机械尺寸。

CFP MSA还有两个公共技术规范，PIN Allocation REV.25规定了模块引脚定义，"CFP MSA Management Interface Specification"详细定义了模块管理控制、寄存器信息。

CFP模块的高速电接口根据应用不同，引用了IEEE802.3中的CAUI、XLAUI和OIF中的CEI-28G/56G电接口规范。

CFP8是专门针对400G提出的封装形式，其尺寸与CFP2相当。电接口支持25Gb/s和50Gb/s的通道速率，通过16x25G或8x50电接口实现400G模块速率。CFP8仅是个Proposal，还没有正式标准可供公开下载。

CDFP MSA 13年就成立了，他们发布的CDFP封装标准是第一个400G的光模块封装标准。13年着手制定400G封装标准，不得不佩服布局得真早！那个时候电口的标准才到25Gb/s （OIF-CEI-28G-VSR），所以CDFP干脆弄了16路，通过16x25G完成400G的模块速率，而且专门针对2km以下的短距离应用。

16路电口如果一字排开，体积会无比巨大，所以CDFP模块干脆弄了两块PCB板摞起来，在光口上采用MPO16接口，整个模块看起来特别肥胖！根据光口和电口的排布不同，总共有三种模块尺寸，如下图所示。（类型2和类型3外观看起来相似，弄到一起了）

CDFP最新标准为：“400 Gb/s (16 X 25 GB/s) PLUGGABLE TRANSCEIVER Rev 3.0”里面规定了CDFP模块的电接口、管理接口、光接口、模块/插槽/笼子尺寸，EMI/ESD相关内容。（http://cdfp-msa.org/CDFPrev3-0-Mar20-2015-released.pdf），在PAM4如此火热的今天，估计这个封装很难活下去。

最新的支持400G的封装标准应该是QSFP-DD吧，这个组织2016年2月成立，16年9月发布了最新标准“QSFP DOUBLE DENSITY 8X PLUGGABLE TRANSCEIVER Rev 1.0”。

QSFP-DD尺寸和QSFP大体一致（只是由于多了一排电路稍稍长一丁点），最核心的改变就是将QSFP的电接口加倍，由四路变成八路，并且支持50Gb/s通道速率(8X50就是400G了)。QSFP-DD的电接口可以兼容QSFP，但反过来不行。

上面讨论的都是高大上的100G、400G光模块，再来看看平易近人的CSFP，虽然CSFP最新标准是2009年发布的“campact SFP specifications”但一点也不过时，campact意味着比SFP光模块更紧凑，通道数目还可以灵活配置，CSFP定义了3种类：1CH campact SFP、2CH campact SFP option1、2CH campact SFP option2。

最后来看看光模块封装标准中最尖端的黑科技：CFP2-ACO。它主要由OIF定义，并了引用CFP2的机械尺寸。后面ACO的意思是模拟相干光模块。它主要由窄线宽可调激光器、调制器、相干接收机组成，将DSP（数字信号处理）放在模块外部。这个模块可不得了，通过DP-QPSK、DP-xQAM调制技术，单波长速率轻轻松松超过100Gb/s，传输距离更是可以超过2000km。大家可以到OIF网站免费下载“Implementation Agreement for CFP2-Analogue Coherent Optics Module”。一睹其风采。

光模块封装标准终于盘点完了，发现一个问题，所有的光模块标准基本上只规定了模块定位尺寸、电接口、管理接口、寄存器信息。并没有规定模块任何光学指标。光学指标跟应用场景有关，我们经常看到的CWDM4、LR4就是规定这些光学指标的，它们又是另一个子层的标准体系。以后再聊。