如果看過康寧公眾號之前的一些康寧光連接方案和產品,那么相信讀者對于康寧MTP和LC等數據中心中常用的連接產品標準,性能和優勢略知一二。小編今天來介紹下用于連接MTP和LC接口的光模塊(optical transceiver)的歷史以及演進。
光模塊發展歷史
在正式展開光模塊發展歷史之前,我們先來聊聊促進光模塊和數據中心發展的原始驅動力。
隨著通信技術,基于互聯網應用的不斷發展,人們對于計算能力和數據存儲的要求,漸漸地從個人主機往“云”上遷移,而企業原有的一些內部計算存儲需求,也隨著云計算壯大帶來的成本和管理優勢,遷移上了“云”。個人和企業對于計算和存儲能力的需求,正是促進數據中心在最近數十年大發展的驅動力。而所謂的“云”對應的基礎設施正是數據中心。
數據中心里有什么?數據中心里面其實就是碼放整齊的服務器和各類交換機/路由器。而服務器和交換機上插滿了各種光模塊,以用于數據的傳輸和交換。
如下圖所示,數據中心內部的數據交換量占了70%以上的比例,而不同的數據中心之間的DCI(Data Center Interconnection)數據通信僅為13%左右,這也就可以理解為什么數據中心業務大發展階段,與之對應的光模塊發展如此的迅速。
講到這兒,我們開始介紹下光模塊(optical transceiver)的歷史。
從原始社會通信基本靠吼,到飛鴿傳書,再到電話電報,直到當今的光網絡,通信技術一直不斷往前發展。但是完成信息傳遞的三個基本要素,即信源、信通道和信宿,也就是信息的發送、傳遞和接受,這三點缺一不可;所有技術的發展都是圍繞著這三點來實現的。
當通信進入到應用現代科技階段時,先是以電為研究對象,從電的特性出發,改善通信的質量。從早期的固定電話,到2G、3G無線通信基本都是基于電的通信方式。大家最近這些年常常聽到的“光進銅退”,域名購買 directadmin購買,指的就是由于電纜這種介質本身特性無法實現高速率信號的長距離傳輸,從而限制了它的進一步發展。用電傳輸信號,隨著傳輸距離增加頻率越高損耗越大,信號變形越厲害,從而引起了接收機的判斷錯誤,導致通信失敗。為了克服這個限制,光模塊就是把電信號在發射端轉成光信號,就是我們說的Transmitter,即發送器,它負責將設備產生的電信號轉換成光信號發出;而在接收端再把收到的光信號轉換成電信號,就是Receiver,也叫做接收器。如果把Transmitter和Receiver做在一個封裝模塊里,就成了Transceiver,既可以發送也可以接收,光模塊(optical transceiver)就是這樣形成。
早期的光模塊從一開始155Mb/s(一秒鐘傳輸155萬個比特),到622Mb/s,1.25Gb/s,2.5Gb/s一直到10Gb/s,利用的是時分復用的技術,也就是TDM(Time Division Multiplexing),在單位時間內傳輸更多的比特數。但一個光模塊的傳輸速率再快,也不如幾個同時一起傳輸,那么就慢慢有了并行傳輸,稱之為parallel,4個并行的叫QSFP,12個并行的叫CXP。
對于短距離傳輸來說,并行傳輸多用的一些光纖對于材料和建設成本并無多大區別。但對于長距離通信來說,鋪設一根光纜的建設成本遠遠大于材料本身,長距離傳輸時,TDM時分復用會受限于電子器件開關頻率,那么用一根光纖來傳輸多個波長的技術就隨之誕生,我們稱之為WDM(Wavelength Division Multiplexing),WDM又分為兩種,20nm間隔的CWDM(Corse DWM,粗波分復用)和0.8nm間隔的DWDM(Dense WDM密集波分復用)。
光模塊的封裝形式
接下來,我們再來了解下光模塊的封裝形式(Package Form),這個是最首要的Transceiver的分類方式,也是產品線劃分的依據。
在光模塊行業成型之前,早期由各大電信設備制造商各自開發,接口五花八門,互不通用。這樣導致光收發模塊大家用起來都不方便,于是大家一起制定規則,就有了MSA(Multi Source Agreement),多源協議。有了MSA標準之后,獨立專注于開發Transceiver的公司開始嶄露頭角,隨之行業興起。
篇幅原因,無法詳細解釋所有光模塊。那么我就來看看常見的幾種,例如SFP/XFP/SFP。
隨著工藝水平的不斷提高,Transceiver尺寸越做越小,有了SFP(Small Form-Factor Pluggable)的Transceiver模塊,也稱為小封裝可插拔模塊,支持熱插拔,即插即用。SFP的速率越做越高,從1.25G,2.5G,4G,6G,到了10Gb/s以后,原先的封裝大小就放不下那么多的元器件了,就定義了新的標準XFP。XFP指的是10Gb/s速率的可插拔光模塊。技術一直在進步,到了2009年集成工藝的提升,終于可以把XFP塞進SFP,這種新的SFP的Transceiver稱作SPF+,即增強型SFP模塊。SFP和SFP+尺寸大小,連接器定義,功能完全相同;為了區分,把支持8Gb/s以上的SFP稱為SFP+。
Parallel并行光模塊的演進