400G光模块分类及测试

德科技、VIAVI、EXFO、海拓仪器等企业联合举办的“2019国际硅基光电子峰会暨400G光模块测试”活动即将于9月4日在深圳丽思卡尔顿举办，本次测试活动我们共收到了约10家400G光模块厂商样品，届时，欢迎大家来现场参展，交流！本篇文章我们重点介绍400G光模块的分类及测试。

光模块是实现数据中心内部光网络互联的关键硬件设备，随着端口数和密度的提升，光模块的成本会占到数据中心光网络成本的接近一半。目前各大互联网公司新建的数据中心已经普遍采用100G的互联技术，并会在未来1～2年内大规模商用400G的互联技术。因此，400G光模块的实现技术成为业界关注的重点。

从光波长上区分，400G光模块可以分为多模（MM）、单模（SM）；从信号调制方式上，分为NRZ和PAM4调制（目前以PAM4为主）；从传输距离上区分，400G光模块可以分为SR、DR、FR、LR；从封装形式上，400G光模块可以分为CDFP、CFP8、OSFP、QSFP-DD等。

早期的400G光模块使用的是16路25Gbps NRZ的实现方式（如400G-SR16），采用CDFP或CFP8的封装。其优点是可以借用在100G光模块上成熟的25G NRZ技术，但缺点是需要16路信号进行并行传输，功耗和体积都比较大，不太适合数据中心的应用。

目前的400G光模块中，在光口侧主要是使用8路53GbpsPAM4（400G-SR8,FR8,LR8）或者4路106GbpsPAM4（400G-DR4,FR4,LR4）实现400G的信号传输，在电口侧使用8路53GbpsPAM4电信号，采用OSFP或QSFP-DD的封装形式。OSFP和QSFP-DD封装都可以提供8路电信号接口。相比较来说，QSFP-DD封装尺寸更小（和传统100G光模块的QSFP28封装类似），更适合数据中心应用；OSFP封装尺寸稍大一些，由于可以提供更多的功耗，所以更适合电信应用。

分别是400G-FR8/LR8以及400G-FR4的实现方式（Reference：OSFPMSA  Specification for OSFP OCTAL SMALLFORM FACTOR PLUGGABLE MODULE）。可以看到，其电口侧都是8路53Gbps PAM4信号。光口侧情况稍微复杂一些，对于400G-SR8/FR8/LR8等模块来说，光模块内部只是做CDR（时钟恢复）以及电/光或光/电转换，因此光口侧与电口测一样，也是8路53Gbps PAM4信号；对于400G-DR4/FR4/LR4等模块来说，光模块内部还有Gearbox（变速箱）芯片把两路电口输入复用成一路信号再调制到光上，因此光口侧的速率是电口侧速率的2倍，即4路106GbpsPAM4信号。

另外，由于多模光纤在短距离传输上的成本优势，所以IEEE也在2018年3月份成立了802.3cm工作组，把之前在业界讨论的用8路（SR8）甚至4路（SR4.2）多模光纤实现400G传输的技术纳入规范讨论中。

从未来来说，出于成本的考虑，用4路光信号实现400G传输的方式可能会成为主流；同时光模块的电接口也可能会逐渐升级到4路106GbpsPAM4的形式，以省去Gearbox芯片从而节省功耗和成本。在超远距离（>80km）传输上，以OIF组织正在制定的400G-ZR规范为例，会采用相干通信+DWDM方式实现。