T211光模塊-光收發模塊(Transceiver)及封裝

從時分復用(TDM)到波分復用(WDM)

對於短距離通訊，多用幾根光纖那都根本不是事，都是小錢。但是對於長距離通訊來說，再鋪設一條光纜的成本是非常高的，高的不是光纜的價錢，而是建設的費用，難道又得從北京一直挖到上海鋪一條新光纜嗎？更何況從舊金山鋪到東京，從北京到莫斯科，從倫敦到紐約。TDM時分復用總是受到電子器件開關頻率的限制，不可能無限快。

一束白光從左到右經過三稜鏡，就分成了不同的顏色，這個時候三稜鏡就是光學的DEMUX（解復用），如果不同顏色的光按照上面的方向從右到左經過三稜鏡，就又合成了一束白光，這個時候三稜鏡就是光學的MUX（復用）。

光的顏色是通俗的叫法，科學定義是光的波長（或者是頻率，根據波長=光速/頻率，光速恆定，只要知道波長頻率中的任意一個，就可以推算出另外一個）。Transceiver發出來的光是不可見光（850nm附近，或者1310nm附近，或者1550nm附近），但也是有「顏色」的，只是肉眼看不到而已。

那麼只要Transceiver能發出不同顏色的光，再經過MUX，就可以用一個光纖來傳多路的光波。我們把這種方式就稱為波分復用WDM（Wavelength Division Multiplexing），WDM又分為兩種，20nm 間隔的CWDM（CorsenWDM，粗波分復用）和0.8nm 間隔的DWDM（Dense WDM密集波分復用）這就是為什麼又把WDM的Transceiver叫彩色光模塊。因為要把不同顏色的光復用到一根光纖裡面傳，那麼必須對每個波長進行嚴格控制，才能保證彼此之間不互相干擾。間隔越密，波長控制要求越嚴格。

波分復用WDM其實就是頻分復用FDM（Frequency Division Multiplexing），只是我們習慣用波長來描述光，在電的領域，我們習慣用頻率描述而已，並沒有本質的區別。頻分復用在我們實際生活中用的例子很多，比如廣播，不同電台只是發射佔用不一樣的頻率。比如有線電視，不同的頻道只是佔用不同的頻率而已。

對於波長間隔0.8nm的DWDM，我們能夠輕鬆實現100個波長到一個光纖的復用，相當於一個光纖變成了100根光纖。我們把波長間隔再縮小到0.4nm，就可以實現200個波長的復用（0.4nm的DWDM已經商用），如果間隔是0.2nm或者是0.1nm呢？

對於波長沒有嚴格要求的Transceiver，我們常稱之為TDM模塊，對於嚴格控制波長的Transceiver我們稱之為DWDM模塊。DWDM的Transceiver又分為兩種，一種是出廠時，波長已經固定，稱之為Fix Wavelength DWDM模塊，還有一種就是前面說的那100多個波長可以任意調諧的，稱之為Tunable DWDM模塊，簡稱Tunable。

Transceiver也分為不同形狀和介面，我們稱之為封裝形式（PackagenForm）。這個是最首要的Transceiver的分類方式，也是產品線劃分的依據。

Long long ago, 還沒有Transceiver這貨，那時候Transmitter和Receiver還沒有在一起，大小也沒有標準化，都是大的電信設備製造商比如阿爾卡特，朗訊（請分開念，因為那時候還不是一家公司，連華為都還剛起步）自產自銷，就像當年的手機充電器，介面五花八門，互不通用。這樣的光收發模塊大家用起來都不方便，於是大家一起制定了遊戲規則，這個規則就叫MSA，Multi Source Agreement，多源協議。有了MSA標準以後，很多獨立的專註做Transceiver的公司就開始慢慢嶄露頭角。

10Gb及以下速率的Transceiver

GBIC

當千兆乙太網1000Base（1000Mb/s或者1Gb/s）來臨的時候，RJ45網口和網線已經不能滿足超過百米以上的運用需求（由於六類線網線帶寬限制，也只能用於距離較短，電磁環境較好的場合），市場需要一款光電轉換的介面轉換器用光實現互聯和通信，那麼這樣的千兆介面轉換器Gigabit Interface Converter，就簡寫成GBIC。可以說GBIC是第一個封裝介面標準化的Transceiver，在Transceiver發展史上有著里程碑和劃時代的地位。Finisar正是從GBIC開始脫穎而出。

SFP/XFP/SFP+

隨著器件工藝水平的不斷提高，Transceiver的尺寸越做越小，如同SD卡到TF卡（micro SD），就有了Mini GBIC，也就是Small Form-Factor Pluggable （SFP）的Transceiver模塊，我們稱之為小封裝可插拔模塊。Pluggable是支持熱插拔，即插即用。

SFP速率也是越做越快，1.25G，2.5G，4G，6G。到了10Gb/s以後，原先的封裝大小就放不下那麼多元器件，兩室一廳不夠住了，就制定了一個三室一廳的新標準XFP。

在羅馬數字裡面V是5，X是10，XFP就是專門跑10Gb/s速率的Pluggable 光模塊。技術總是不停的在進步，2006年10Gb放不進SFP的元器件到了09年集成度做得更高，尺寸更小，終於可以從XFP塞進SFP了，舊瓶裝新酒，我們把這種SFP的Transceiver就稱為SFP+，叫做SFP Plus，意思為增強型SFP模塊。

SFP和SFP+，尺寸大小，連接器定義，功能等完全相同，為了區分，把支持8Gb/s以上速率的SFP稱為SFP+。

Transponder 300PIN/XENPAK/XPAK/X2

說到10Gb/s這個規格的Transceiver，在XFP出現之前還經歷了2代產品300Pin和XENPAK/XPAK/X2，因為這些模塊裡面都集成了串並轉換晶元，我們把這種Transceiver就叫Transponder。

因為電介面的信號數目增多了，所以電連接器的管腳（PIN）數目也相應增加了很多，就用了一個300針的連接器。

在2002年，由於技術條件的限制，一方面客戶的主板上面單根傳輸線跑10Gb/s的信號是非常困難的，我們的Transceiver勇挑重擔，說難的活我來干，就在Transceiver裡面放了2個電的串並轉換晶元，分別是復用Mux晶元和解復用DeMux晶元，把10Gb/s的串列信號1分16，變成16根644Mb的信號，這樣客戶主板上的速率就降低了很多。另一方面也是由於Transceiver裡面的光器件個頭都非常大，小封裝Transceiver放不下這些大個子們。

客戶主板的性能也在不斷提高，逐漸可以跑3Gb/s的信號了，於是Transceiver裡面的1:16就改成1:4，這樣Transceiver的尺寸就可以做的更小，對於這些內部集成了1:4串並轉換晶元的Transceiver，我們稱之為第二代10Gb Transceiver，都是以X開頭（羅馬數字10，代表10Gb/s速率），XENPAK，XPAK和X2。

到了2006年，由於電路預加重和均衡技術的成熟，客戶主板傳輸單根10Gb的信號不再是難事，因此Transceiver裡面就不再放置串並轉換晶元，同時Transceiver裡面光器件尺寸也小了很多，IC集成度也更高，小型化也就變成了可能，這就是第三代的10G Transceiver XFP和SFP+。

Transceiver封裝的發展方向和歸宿

要想釣到魚，就得知道魚愛吃什麼。客戶需要的是什麼？客戶永遠需要的是速率更快，尺寸更小，功耗更低，功能更全，性價比更高的Transceiver。長江後浪推前浪，Transceiver不同封裝之間也是一代新人送舊人，如果你這舊瓶找不到新酒，只能慢慢被取代，直到消失。當XFP出現的時候，Transponder就逐漸被取代，這箇舊瓶就裝了Tunable這種新酒得以苟延殘喘了一段時間，現在在SFP+這種封裝裡面也能成熟的實現Tunable這種技術，所以XFP離淡出市場也是近在咫尺的事情了。

人們對帶寬的需求是無止境的，對帶寬的慾望就如高山上的滾石一般，一旦開始就再也停不下來。當年網上看個電影，RMVB格式的都能讓你樂的屁顛屁顛的「唉呀媽呀，真TM清楚啊」，後來720P你瞅都不瞅一眼，非要看1080P的，而現在超4K都家常便飯了。這就對Transceiver的速率提出了更高的要求，但是TDM（時分復用）的方式總是有天花板的，當到了10Gb/s的時候，就轉換了發展思路和方向，我們能不能把每個Transceiver做的更小，然後再把幾個Transceiver一起同時放到原來大小的盒子里呢？於是，Parallel就誕生了。

Parallel並行模塊QSFP和CXP

一個鞋盒子裡面放了一雙鞋，一隻做發射機Transmitter，一隻做接收機Receiver。這個是傳統的XFP和SFP+，如果一個鞋盒子裡面放了4雙鞋呢？我們稱之為QSFP+（我們通常就簡稱為QSFP，其實文獻裡面都是帶後面那個+的，表示速率在8G以上），Q代表的是Quarter，4的意思。如果放12雙鞋呢？就是CXP，C代表16進位裡面的12（A是10，B是11），每個模塊傳輸10G的速率（10G的速率用羅馬數字X表示），因此CXP就是12個10G的Transceiver。P是Pluggable，支持熱插拔。

把多個Transceiver裝到一個盒子裡面，而且這些Transceiver能夠同時並行工作，我們就稱這樣的模塊為ParallelnTransceiver，並行模塊。

那傳統的「單核」的SFP+就退出歷史舞台了嗎？如果你是掃雷達人，你真的需要獨立顯卡的電腦來玩這個遊戲嗎？如果你是貪吃蛇的鐵杆粉絲，你真的打算要買IPhone 6 Plus嗎？需求和性價比決定了市場，所以SFP+還是會繼續存在下去，只是褪去了早年明星和霸主的光環而已。SFP+自己也自強不息，奔著28Gb/s去了。

MPO光介面

對於傳統的XFP/SFP+，有兩個光介面，一發一收（左圖）。對於Parallel模塊，QSFP（4發4收），CXP（12發12收），光怎麼引出來呢？就得採用MPO光介面（右圖），MPO是Multiple-Fiber Push-On/Pull-off 的縮寫，是把多根光纖做在了一起。MPO分為MPO12和MPO24兩種，前者是12根纖芯，後者是24根纖芯。

QSFP SR4和QSFP LR4

前面我們說過，對於短距離通信，多用幾根光纖那都不是事兒。但是對於長距離通信，如果能省光纖那是極好的。

SR4表示Short Reach短距離4（4個Transceiver合一）

LR4表示Long Reach長距離。對於長距離通信的QSFP，在模塊裡面我們放置兩個三稜鏡，一個用來做光學的MUX（合波），一個用來做光學的DEMUX（分波）。

早先出來的QSFP是裝了4個10G的Transceiver，現在每個Transceiver的速率已經可以提高到28Gb/s了，我們把這種QSFP稱之為QSFP28G模塊

CFP/CFP2/CFP4

當年為了滿足40G的需求，定義出了QSFP這種封裝形式，與此同時，市場上也有100G的需求，於是乎CFP誕生了，C就是Centum，一百的縮寫。那100G怎麼實現呢？

因為CFP尺寸太大，所以後來的發展方向就是把它做小，這就是後來的CFP2和CFP4。

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