2039
流量爆发式增速需求：400G光模块应运而生
5G时代的到来，催生了4K高清视频，多维视频，高性能计算等各种领域的应用，从而大带宽、高并发比、及时性高要求促使网络流量通道底座的升级迭代，以实现更高效率的数据传输。采用的100G链路叠加，但是已有的光纤资源跟不上带宽要求的增长，因此更大带宽出入口的要求更加明显。从200G过渡到400G，事实证明不管是在数据中心的应用还是在长距离波分技术设备传输上，400G的端口增长的速度都是相当可观的。400G端口技术可以大幅度的提高链路传输效率，提升网络带宽，帮助大型互联网公司和运营商应对流量爆发式增长而带来的问题。
由传统数据中心到高性能超算中心的演变
互联网的发展引起的数据爆发式增长，对数据中心的数据处理和数据传输提出了新的挑战，动态迁移和高性能被提出来。从传统的数据中心三层架构模式（接入层-汇聚层-核心层）演变到到现在的大二层网络架构，即Spine/leaf架构；数据的流向也由传统的收敛式南北向到现在的分散式东西向。下图比较清晰的显示了传统数据中心和高性能数据中心在规模，网络架构，数据流量及流向，光模块端口数量和光模块速率上的区别。
为何400G光模块会成为高性能数据中心的主流应用方案？
上文中提到高性能数据中心在规模上要比传统数据中心大得多，属于大流量传输，因而更需要多通道数量上高速率数据吞吐量的端口完成数据的快速交换和存储，即单位时间内能够传输的数据量越多，那么数据传输越快，成本约低。400G光模块采用的先进的PAM4调制技术，可以实现高速率，低延时的数据传输，同时降低成本。
什么是PAM4技术？
PAM4，即4-Level Pulse Amplitude Modulation，中文名叫做四电平脉冲幅度调制。PAM4采用4个不同的电平信号完成传输，比NRZ使用高、低两种电平信号表示数据逻辑信息翻了一倍的数据量。PAM4技术在400G和800G光模块方案应用中，成本更低，性能更稳定。
400G光模块在新型数据中心的光互联解决方案
武汉格凌科技面向数据中心提出了多种解决方案，主要包含以下几款：400G QSFP-DD SR8，400G QSFP-DD SR4，400G QSFP-DD DR4，400G QSFP-DD FR4，400G QSFP-DD AOC，400G QSFP-DD 1TO2/4 AOC，400G OSFP-RHS SR4，400G OSFP DR4，400G OSFP SR8 TO 2*QSFP56 AOC，400G QSFP112 SR4，400G QSFP112 DR4。
400G QSFP-DD SR8
400G QSFP-DD SR8是一款可热插拔的光收发模块，设计应用于高性能数据中心高速光模块RoCE主流解决方案，此款产品为8通道模块，单通道速率为53.125Gbps，接口使用MPO-16芯跳线，在OM3线缆上传输距离70米，在OM4线缆上可传输100米，该产品符合IEEE802.3协议标准。
400G QSFP-DD SR4
400G QSFP-DD SR4的封装形式是QSFP-DD，此款光模块在电口侧用的是50GPAM4调制方式，在光口侧是100GPAM4调制方式，可实现425Gbps速率的传输。在多模OM4的线缆上可支持100米的数据传输。
400G QSFP-DD DR4
400G QSFP-DD DR4其传输速率和封装形式与400G QSFP-DD SR4和400G QSFP-DD SR8一样，都是QSFP-DD封装，传输速率都是400G。此款产品是一款单模光模块，传输波长是1310nm，在单模光纤上可传输500米的距离，使用MPO-2 APC接口的单模光纤跳线。
400G QSFP-DD FR4
400G QSFP-DD FR4与400G QSFP-DD DR4一样，封装形式、传输速率和传输模式都一样。400G QSFP-DD FR4延续了合波和分波技术，将4路光合波或者是分波为一束，FR4比DR4能够传输更长距离，在接口为双LC的单模线缆上，可传输2km距离。
400G QSFP-DD AOC
400G QSFP-DD AOC有源光缆是400G系列AOC中常见的一款，该线缆电口侧是8*53.125Gbps PAM4调制模式，非气密性COB光学设计，MSA支持CMIS4.0，3.3V电源供电，400G端功耗小于8W，FEC条件下，在OM4多模光纤上最大长度可达100m，工作温度是0℃~70℃。我司现将AOC固件升级为卡扣式，这将大大减轻了布线过程中因为光模块故障原因而带来的繁琐拆线环节。
400G QSFP-DD 1TO2/4 AOC
400G QSFP-DD 1TO2/4 AOC有源光缆是属于分支光缆，可1分2或者是1分4。封装是QSFP-DD转QSFP56，电口侧是8*53.125Gbps PAM4调制模式，非气密性COB光学设计，MSA支持CMIS4.0，3.3V电源供电，400G端功耗小于8W，200G每端功耗小于4.5W，
FEC条件下，在OM4多模光纤上最大长度可达100m，工作温度是0℃~70℃。我司现将AOC固件升级为卡扣式，这将大大减轻了布线过程中因为光模块故障原因而带来的繁琐拆线环节。
400G OSFP-RHS SR4
400G OSFP-RHS SR4是一款无散热器封装的400G光模块，电口侧是100GPAM4调制，4通道，光口侧是400GBASE-SR4。属于非气密性COB光学设计，MSA支持CMIS5.2，3.3V电源供电，功耗小于9W，采用MPO-12APC光接口，在多模光线上最远传输距离100米，工作壳温0℃~70℃。
400G OSFP DR4
400G OSFP DR4的封装是带散热的OSFP封装，电口侧是100GPAM4调制，4通道，光口侧是400GBASE-DR4。非气密性COB光学设计，采用硅光方案，MSA支持CMIS5.2，3.3V电源供电，功耗小于9W，采用MPO-12APC光接口，在单模光纤上最远传输距离500米，工作壳温0℃~70℃。
400G OSFP SR8 TO 2*QSFP56 AOC
400G OSFP SR8 TO 2*QSFP56 AOC是400G分2个200G有源光缆，该线缆的400G端光模块是400G OSFP SR8，电口侧是50G PAM4调制模式。我司现将AOC固件升级为卡扣式，这将大大减轻了布线过程中因为光模块故障原因而带来的繁琐拆线环节。
400G QSFP112 SR4
400G QSFP112 SR4是一款传输速率为400G，封装为QSFP112的多模光模块，电口采用100G PAM4调制，使用MPO-12 APC OM4的多模光纤最远可传输100米距离，工作壳温0℃~70℃。
400G QSFP112 DR4
400G QSFP112 DR4是一款传输速率为400G，封装为QSFP112的单模光模块，电口采用100G PAM4调制方式，光口侧是400GBASE DR4，非气密性光学设计硅光方案，功耗小于10W，在单模MPO-12 APC单模光纤上最远可传输500米，工作壳温0℃~70℃。
QSFP-DD、OSFP和QSFP112的区别是什么？
上文对400G光模块各种型号的梳理，我们可以了解到400G光模块的封装形式主要有3种，即QSFP-DD、OSFP和QSFP112。那么这3种封装形式到底有什么区别呢？
电口调制
从电口侧看，QSFP-DD的电口是8路50G PAM4调制方式，而QSFP112电口是4路100G PAM4调制方式，电口单通道速率是QSFP-DD的一倍。OSFP封装的光模块在电口侧可以是8路50G PAM4或者是4路100G PAM4调制方案。
尺寸兼容性
QSFP-DD封装和QSFP28封装是完全兼容的，从而尺寸和QSFP28也是一样的，在现有设备支持的情况下，可以直接更换模块配件，完成传输速率的升级迭代。OSFP封装因其带有散热装置，则其尺寸会比QSFP-DD略大一些，与100G的QSFP28封装不兼容。QSFP112封装的112的意思是单通道速率是112Gbps,400G QSFP112 SR4和400G QSFP112 DR4都为4路通道，那么整个光模块的速率就可以达到400G的传输速率，并且改模块也兼容100G QSFP28封装，也便于现有设备传输速率的更新迭代。
功耗
OSFP封装因为集成了散热器，与QSFP-DD和QSFP112封装相比，散热的性能更好，从而也就具有更低的功耗特征。光模块的功耗指标是如此的重要，不仅影响到光模块的性能和使用寿命，更是影响到整个数据中心的能源消耗和散热。那么OSFP集成了散热装置，在同等传输速率和距离的情况下，其消耗的能源更低，这对于大规模的数据中心和高性能超算中心系统尤为重要。能耗因素甚至成为了超算中心能否盈利的一个关键因素。
关于AOC卡口设计方案
之前AOC设计的方案，光纤线缆和光模块是集成一体式，用胶水固定，不可拆卸。这样的设计方案使得AOC线缆在布线过程中非常被动，如果任一一端的光模块出现故障，整根线缆抽出将非常麻烦。目前我司对AOC做了固件升级，用卡口的方式将线缆和光模块固定在一起，这样即实现了AOC的功能，同时也能在光模块出现故障的情况下，在不动线缆的情况下，即可对光模块拔出，进行故障排除或者更换。
400G光模块目前已经成为大型超算中心的主要连接方案，各大光模块厂家的出货量非常可观。随着应用的增长，400G光模块的稳定性和兼容性将会有很大的进步，尤其是客户关注的功耗参数指标上，相信在不久的将来，400G光模块的选型会减少，并且在性能各方面会比现阶段的产品更加稳定可靠。
