全方位了解400G光模塊

光模塊的功能就是光電轉(zhuǎn)換。其中400G速率的光模塊是一款適用于高性能計(jì)算應(yīng)用的高速光模塊，其特點(diǎn)具有高速率傳輸、低延時(shí)的特點(diǎn)，適用于現(xiàn)階段正在蓬勃發(fā)展的智算中心和超算中心等，解決了數(shù)據(jù)通信帶寬瓶頸問(wèn)題。400G光模塊采用PAM4的光口調(diào)制方式，單通道速率高達(dá)100G，實(shí)現(xiàn)了在同等尺寸下的更高速率的傳輸和更低功耗。本文主要探討400G光模塊的相關(guān)知識(shí)，包括什么是400G光模塊，400G光模塊方案，400G光模塊型號(hào)，400G光模塊常見(jiàn)問(wèn)題如400G光模塊兼容性如何、400G光模塊散熱問(wèn)題、400G光模塊傳輸距離問(wèn)題進(jìn)行了解答，文章最后還對(duì)400G光模塊價(jià)格做了探討。

400G光模塊是傳輸速率微400G速率的光電轉(zhuǎn)換模塊，采用先進(jìn)的PAM4光口調(diào)制技術(shù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)高速率、低延時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸，目前這款產(chǎn)品在超算中心、智算中心的應(yīng)用相當(dāng)廣泛。

400G光模塊的工作原理是將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，通過(guò)接入的光纖進(jìn)行傳輸。在接收端，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成能讓設(shè)備識(shí)別的電信號(hào)。400G光模塊的封裝有很多種，現(xiàn)市面上有CFP8、QSFP-DD、OSFP、QSFP112這4種類型，各個(gè)封裝類型有不同的特點(diǎn)，滿足各個(gè)場(chǎng)景的需求。

在光模塊產(chǎn)品中，我們會(huì)經(jīng)常聽(tīng)到專業(yè)人士討論NRZ和PAM4這些專業(yè)詞匯。這些字眼指的就是芯片發(fā)射出來(lái)的信號(hào)是NRZ信號(hào)還是PAM4的信號(hào)。

NRZ的全程是non-return-to-zero modulation，這是一種傳統(tǒng)的調(diào)制方式。在NRZ信號(hào)編碼中，一個(gè)比特信號(hào)被轉(zhuǎn)換成電信號(hào)脈沖，每個(gè)脈沖的電平有兩種狀態(tài)：高電平和低電平（0、1）。NRZ方案的有點(diǎn)是技術(shù)使用成熟穩(wěn)定，但是由于400G光模塊對(duì)傳輸速率的要求很高，頻譜效率較低的NRZ解決方案很難滿足400G光模塊。其次NRZ編碼對(duì)信道噪聲敏感，容易引入誤碼，尤其是在高速傳輸情況下，這會(huì)導(dǎo)致更高的誤碼率。目前這種方案在400G和800G及更高速率的光模塊方案已經(jīng)逐步被淘汰。

PAM4（Pulse Amplitude Modulation 4-level）方案采用4個(gè)不同的電平來(lái)表示一個(gè)比特的信息，由于PAM4使用了四個(gè)不同的電平而不是兩個(gè)，使得在同一頻率帶寬內(nèi)可以承載更多的信息比特，從而提高了頻譜利用率。這在提高傳輸速率的同時(shí)減小了信號(hào)占用的帶寬，有利于現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的有效利用。PAM4 方案的頻譜效率是 NRZ 方案的兩倍，因此能夠在相同的帶寬下實(shí)現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)傳輸速率。PAM4在頻譜效率、抗噪聲性能等方面表現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢(shì)，PAM4方案已經(jīng)成為 400G光模塊的主流調(diào)制方式。

相干方案是基于相干信號(hào)的光通信技術(shù)，這種技術(shù)一般適用于高速率長(zhǎng)距離光模塊。這種方案具有高靈敏度特點(diǎn)，從而傳輸距離更長(zhǎng)，但是由于其技術(shù)復(fù)雜，成本自然而然就高了。目前相干方案的應(yīng)用在400G和800G長(zhǎng)距離傳輸中。

400G光模塊常見(jiàn)的型號(hào)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。

400G光模塊在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的熱量，熱源主要在PCB芯片和光器件（TOSA和ROSA）附近，解決光模塊散熱問(wèn)題，導(dǎo)熱和散熱都必須要滿足條件。如果散熱不良，可能會(huì)影響光模塊的性能和壽命。400G光模塊通常采用了先進(jìn)的熱管理技術(shù)，如OSFP光模塊具有集成的散熱器，大幅提高了散熱性能。

400G光模塊的傳輸距離主要受光源、色散和損耗三個(gè)方面因素影響。光源不同發(fā)光的強(qiáng)度不同，光傳輸?shù)木嚯x也就不一樣；色散主要是由光纖類型決定，單模光纖的色散小于多模光纖，單模光纖適合中遠(yuǎn)距離傳輸，多模光纖適合短距離傳輸；損耗主要是由傳輸距離決定，傳輸距離越長(zhǎng)中間的損耗越多。

高性能計(jì)算網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D可以看出來(lái)，其增加的不僅僅是設(shè)備對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)容量，最為關(guān)鍵的是，無(wú)論是交換機(jī)還是網(wǎng)卡，其端口數(shù)量的增加為高性能計(jì)算實(shí)現(xiàn)的一個(gè)重要原因，因此在高性能計(jì)算機(jī)房建設(shè)中，光模塊的占比逐步增加，因而客戶將對(duì)光模塊的成本會(huì)有更多的考量。下面是從幾個(gè)方面來(lái)分析影響光模塊價(jià)格：

對(duì)于相同速率的光模塊來(lái)說(shuō)，傳輸距離越遠(yuǎn)，價(jià)格越高

還有一個(gè)影響400G光模塊價(jià)格的重要因素就是市場(chǎng)需求。當(dāng)市場(chǎng)需求較大時(shí)，會(huì)出現(xiàn)光芯片緊缺價(jià)格上漲，隨之模塊的價(jià)格也會(huì)出現(xiàn)浮動(dòng)；

能夠確定的是，隨著技術(shù)的進(jìn)步，400G光模塊制造工藝更加成熟，產(chǎn)能提高的同時(shí)400G光模塊的價(jià)格定會(huì)大幅度降低。