光模块的功能就是光电转换。其中400G速率的光模块是一款适用于高性能计算应用的高速光模块,其特点具有高速率传输、低延时的特点,适用于现阶段正在蓬勃发展的智算中心和超算中心等,解决了数据通信带宽瓶颈问题。400G光模块采用PAM4的光口调制方式,单通道速率高达100G,实现了在同等尺寸下的更高速率的传输和更低功耗。本文主要探讨400G光模块的相关知识,包括什么是400G光模块,400G光模块方案,400G光模块型号,400G光模块常见问题如400G光模块兼容性如何、400G光模块散热问题、400G光模块传输距离问题进行了解答,文章最后还对400G光模块价格做了探讨。
1.什么是 400G 光模块
400G光模块是传输速率微400G速率的光电转换模块,采用先进的PAM4光口调制技术,来实现高速率、低延时的数据传输,目前这款产品在超算中心、智算中心的应用相当广泛。
400G光模块的工作原理是将电信号转换为光信号,通过接入的光纤进行传输。在接收端,将光信号转换成能让设备识别的电信号。400G光模块的封装有很多种,现市面上有CFP8、QSFP-DD、OSFP、QSFP112这4种类型,各个封装类型有不同的特点,满足各个场景的需求。
2.400G 光模块方案
在光模块产品中,我们会经常听到专业人士讨论NRZ和PAM4这些专业词汇。这些字眼指的就是芯片发射出来的信号是NRZ信号还是PAM4的信号。
2.1.NRZ
NRZ的全程是non-return-to-zero modulation,这是一种传统的调制方式。在NRZ信号编码中,一个比特信号被转换成电信号脉冲,每个脉冲的电平有两种状态:高电平和低电平(0、1)。NRZ方案的有点是技术使用成熟稳定,但是由于400G光模块对传输速率的要求很高,频谱效率较低的NRZ解决方案很难满足400G光模块。其次NRZ编码对信道噪声敏感,容易引入误码,尤其是在高速传输情况下,这会导致更高的误码率。目前这种方案在400G和800G及更高速率的光模块方案已经逐步被淘汰。
2.2.PAM4
PAM4(Pulse Amplitude Modulation 4-level)方案采用4个不同的电平来表示一个比特的信息,由于PAM4使用了四个不同的电平而不是两个,使得在同一频率带宽内可以承载更多的信息比特,从而提高了频谱利用率。这在提高传输速率的同时减小了信号占用的带宽,有利于现有网络基础设施的有效利用。PAM4 方案的频谱效率是 NRZ 方案的两倍,因此能够在相同的带宽下实现更高的数据传输速率。PAM4在频谱效率、抗噪声性能等方面表现出显著的优势,PAM4方案已经成为 400G光模块的主流调制方式。
2.3.相干方案
相干方案是基于相干信号的光通信技术,这种技术一般适用于高速率长距离光模块。这种方案具有高灵敏度特点,从而传输距离更长,但是由于其技术复杂,成本自然而然就高了。目前相干方案的应用在400G和800G长距离传输中。
3.400G 光模块型号
400G光模块常见的型号有:
QSFP-DD 400GBASE-SR8、QSFP-DD 400GBASE-FR4、QSFP-DD 400GBASE-SR4、QSFP-DD 400GBASE-DR4、QSFP-DD 400GBASE-FR8、QSFP-DD 400GBASE-LR8、QSFP-DD 400GBASE-LR4、QSFP-DD 400GBASE-ER8、OSFP-RHS 400GBASE-SR4、OSFP 400GBASE-DR4、QSFP112 400GBASE-DR4。
4.400G 光模块常见问题解答(FAQ)
4.1.400G 光模块的散热问题如何解决?
400G光模块在工作时会产生一定的热量,热源主要在PCB芯片和光器件(TOSA和ROSA)附近,解决光模块散热问题,导热和散热都必须要满足条件。如果散热不良,可能会影响光模块的性能和寿命。400G光模块通常采用了先进的热管理技术,如OSFP光模块具有集成的散热器,大幅提高了散热性能。
4.2.400G 光模块的传输距离受哪些因素影响?
400G光模块的传输距离主要受光源、色散和损耗三个方面因素影响。光源不同发光的强度不同,光传输的距离也就不一样;色散主要是由光纤类型决定,单模光纤的色散小于多模光纤,单模光纤适合中远距离传输,多模光纤适合短距离传输;损耗主要是由传输距离决定,传输距离越长中间的损耗越多。
5.400G 光模块价格探讨
高性能计算网络拓扑图可以看出来,其增加的不仅仅是设备对数据的存储容量,最为关键的是,无论是交换机还是网卡,其端口数量的增加为高性能计算实现的一个重要原因,因此在高性能计算机房建设中,光模块的占比逐步增加,因而客户将对光模块的成本会有更多的考量。下面是从几个方面来分析影响光模块价格:
5.1.传输距离
对于相同速率的光模块来说,传输距离越远,价格越高
5.2.市场需求
还有一个影响400G光模块价格的重要因素就是市场需求。当市场需求较大时,会出现光芯片紧缺价格上涨,随之模块的价格也会出现浮动;
5.3.生产规模和技术进步
能够确定的是,随着技术的进步,400G光模块制造工艺更加成熟,产能提高的同时400G光模块的价格定会大幅度降低。