浅谈数据中心100G光模块

　　传统数据中心首要基于10G收集架构，为了顺应AI、深度进修、大数据计较等营业的局限陈设，下一代数据中心架构正在向25G/100G收集架构演进，在海内已经看到BAT等互联网巨头都实现下场限陈设。

　　建树25G/100G数据中心必要大量100G光模块，在收集建树本钱中占较量高，100G光模块尺度都有哪些，我们又该怎样选择呢?本日就为各人简朴梳理下数据中心100G光模块尺度以及封装名目。

　　100G光模块尺度组织

　　在开始分享光模块尺度之前，先相识下光模块的尺度化组织。对付光模块的界说首要是两个要害组织，即IEEE和MSA(Multi Source Agreement，多源协议)，两者之间互补而又相互小心。

　　想必各人都知道IEEE是电子电气工程师协会，而802.3是IEEE下面的一个事变组，许多10G、40G、100G、400G的光模块尺度都是由IEEE 802.3事变组提出的。

　　MSA是一种多供给商类型，对比IEEE算是一个民间的非官方组织情势，针对差异的光模块尺度会形成差异的MSA协议，可以领略是财富内企业同盟举动。MSA除了界说光模块的布局封装(包罗形状尺寸，电毗连器，引脚分派等)，也会界说电接口、光接口，从而形成完备的光模块尺度。

　　好久早年光模块财富链很紊乱，每个厂家都有各自的布局封装，开拓的光模块有大有小，接口也是八门五花。为了办理这个题目，MSA多源协议应运而生，各厂家都遵循MSA提出的尺度同一光模块的布局封装和相干接口，这就像手机充电口的尺度化。针对100G，MSA界说的尺度包罗100G PSM4 MSA、100G CWDM4 MSA和100G Lambda MSA。

　　100G光模块尺度

　　为了满意差异间隔的100G互联场景，IEEE 以及MSA界说的100G尺度高出十种，可是主流的是下面六种尺度。

　　图一 100G光模块主流尺度

　　个中100GBASE开头的尺度都是IEEE 802.3提出的。

　　如上图所示：

　　100GBASE-LR4名称中，LR暗示long reach，即10Km，4暗示四通道，即4*25G，组合在一路为可以传输10Km的100G光模块。

　　个中-R的定名法则如下：

　　图二 -R名词表明

　　除了IEEE提出的100GBASE系列尺度，为何MSA还提出了PSM4以及CWDM4尺度呢?

　　100GBASE-SR4和100GBASE-LR4是IEEE界说的最常用的100G接口类型。可是对付大型数据中心内部互联场景，100GBASE-SR4 支持的间隔太短，不能满意全部的互联需求，而100GBASE-LR4本钱太高。因此，MSA为市场带来了中间隔互联的办理方案，PSM4和CWDM4是这次革命的产品。

　　虽然100GBASE-LR4的手段完全包围了CWDM4，但在2Km传输的场景下， CWDM4方案本钱更低，更具竞争力。

　　下图是100GBASE-LR4以及100G CWDM4的道理图

　　图三 100GBASE-LR4道理图

　　图四 100G CWDM4道理图

　　LR4和CWDM4从道理上相同，都是通过光学器件MUX以及DEMUX将4条并行的25G通道波分复用到一条100G光纤链路上。不外两者存在几点区别：

　　1、LR4行使的光学MUX/DEMUX器件更贵

　　CWDM4界说的是20nm 的CWDM隔断，由于激光器的波长温漂特征约莫是0.08nm/°C，0~70°C事变范畴内的波长变革约莫是5.6nm，通道自己也要留一些断绝带。

　　通道一：1264.5~1277.5nm

　　通道二：1284.5~1297.5nm

　　通道三：1304.5~1317.5nm

　　通道四：1324.5~1337.5nm

　　而LR4则界说了4.5nm的LAN-WDM隔断。

　　通道一：1294.53~1296.59nm

　　通道二：1299.02~1301.09nm

　　通道三：1303.54~1305.63nm

　　通道四：1308.09~1310.19nm

　　通道隔断越大，对光学MUX/DEMUX器件的要求就越低，可以节减本钱。

　　2、LR4行使的激光器更贵，功耗更大

　　CWDM4行使DML(Direct Modulated Laser，直接调制激光器)，而LR4行使EML(Electro-absorption Modulated Laser，电接收调制激光器)。

　　DML是单颗激光器，而EML是两个器件，一颗是DML，另一颗是EAM调制器，合在一路叫做EML。DML的道理是通过调制激光器的注入电流来实现信号调制，因为注入电流的巨细会改变激光器有源区折射率，造成波长漂移(啁啾)从而发生色散，做高速信号调制很坚苦，传的也不足远。10KM对付DML来说有点力有未逮，只能上EML。

　　注：啁啾(Chirp)是指频率随时刻而改变(增进或镌汰)的信号，这种信号听起来相同鸟鸣的啾声。

　　3、LR4必要特殊增进TEC(Thermo Electric Cooler 半导体热电制冷器)

　　由于LR4的相邻通道之间只有4.5nm的隔断，以是激光器必要放到TEC上控温。电路上必要安排TEC Driver芯片，Laser也要集成到TEC原料上来做，这样一来，对比CWDM4，LR4的本钱又有所增进。

　　基于以上三点，100GBASE-LR4尺度的光模块本钱更高，以是MSA提出的100G CWDM4尺度很好地增补了100GBASE-LR4在2Km以内本钱过高导致的空缺。

　　除CWDM4之外，PSM4也是一种中间隔的传输方案，那么对比CWDM4，PSM4有何是非势呢?

　　100G PSM4类型界说了8根单模光纤(4个发送和4个吸取)的点对点100 Gbps链路，每个通道以25 Gbps的速度发送。每个信号偏向行使四个沟通波长且独立的通道。因此，两个收发器凡是通过8光纤MTP / MPO单模跳线举办通讯。PSM4的传输间隔最大为500米。

　　图五 PSM4道理图

　　简朴总结一下，如下图所示，因为行使了波分复用器，以是CWDM4的光模块本钱要高于PSM4光模块，不外CWDM4收发双向只必要两根单模光纤，远少于PSM4的8根单模光纤，跟着间隔的增进，PSM4方案的总本钱上升得很是快。在现实应用中必要依据互联间隔来抉择行使PSM4照旧CWDM4。

　　图六 CWDM4 vs PSM4

　　聊完100G中长距光模块尺度，再来看100G短距光模块。

　　100G短距光模块尺度首要有100GBASE-SR10和100GBASE-SR4两种尺度。昔时为了满意市场上呈现的100G需求， 100GBASE-SR10尺度最早被提出且应用于100G的短距互联。

（编辑：河北网）

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