光收发模块封装形式及分类

对于短距离（SR）通信，多用几根光纤那都根本不是事，都是小钱。但是对于长距离（LR）通信来说，再铺设一条光缆的成本是非常高的，高的不是光缆的价钱，而是建设的费用，难道又得从北京一直挖到上海铺一条新光缆吗？更何况从旧金山铺到东京、从北京到莫斯科、从伦敦到纽约，时分复用（TDM）总是受到电子器件开关频率的限制，不可能无限快。

工程师们从彩虹这一自然现象里面受到了启发，为什么彩虹非出现在风雨过后？因为水汽对不同波长的折射率是不一样的，正如同三棱镜一样。

白光经过三棱镜

一束白光从左到右经过三棱镜，就分成了不同的颜色，这个时候三棱镜就是光学的解复用（DEMUX），如果不同颜色的光按照上面的方向从右到左经过三棱镜，就又合成了一束白光，这个时候三棱镜就是光学的复用（MUX）。

光的颜色是通俗的叫法，科学定义是光的波长（或者是频率，根据波长=光速/频率，光速恒定，只要知道波长、频率中的任意一个，就可以推算出另外一个）。光收发模块（Transceiver）发出来的光是不可见光（850 nm附近，或者1 310 nm附近，或者1 550 nm附近），但也是有“颜色”的，只是肉眼看不到 而已。

不同波长的光

可见光光谱线

那么，只要光收发模块能发出不同颜色的光，再经过MUX，就可以用一个光纤来传多路的光波。这种方式称为波分复用（WDM）。WDM又分为两种，20 nm间隔的粗波分复用（CWDM）和0.8 nm间隔的密集波分复用（DWDM）。这就是为什么又把WDM的光收发模块叫彩色光模块。因为要把不同颜色的光复用到一根光纤里面传播，那么必须对每个波长进行严格控制，才能保证彼此之间互不干扰。间隔越密，波长控制要求越严格。

WDM其实就是频分复用（FDM），只是人们习惯用波长来描述光，在电的领域，人们就习惯用频率来描述，并没有本质的区别。频分复用在实际生活中用的例子很多，比如广播，不同电台只是占用不同的频率。比如有线电视，不同的频道只是占用不同的频率而已。

对于波长间隔0.8 nm的DWDM，能够轻松实现100个波长到一个光纤的复用，相当于一个光纤变成了100根光纤。把波长间隔再缩小到0.4 nm，就可以实现200个波长的复用（0.4 nm的DWDM已经商用），如果间隔是0.2 nm或者是0.1 nm呢？

对于波长没有严格要求的光收发模块，常称之为TDM模块，对于严格控制波长的光收发模块称之为DWDM模块。DWDM的光收发模块又分为两种，一种是出厂时，波长已经固定，称之为固定波长的（Fix Wavelength）DWDM模块，还有一种就是前面说的那100多个波长可以任意调谐的，称之为可调谐（Tunable）DWDM模块，简称Tunable。

光收发模块有不同形状和接口，称之为封装形式。这个是最首要的光收发模块的分类方式，也是产品线划分的依据。

在没有光收发模块之前，那时候发射机和接收机还没有在一起，大小也没有标准化，都是大的电信设备制造商比如阿尔卡特、朗讯（请分开念，因为那时候还不是一家公司，连华为都才刚起步）自产自销，就像当年的手机充电器，接口五花八门，互不通用。这样的光收发模块大家用起来都不方便，于是大家一起制定了游戏规则，这个规则就叫多源协议（MSA）。有了MSA标准以后，很多独立的专注做光收发模块的公司就开始慢慢崭露 头角了。

1）10 Gb及以下速率的光收发模块

2）千兆接口转换器（GBIC）

当千兆以太网1 000Base（1 000 Mb/s或者1 Gb/s）来临的时候，RJ45网口和网线已经不能满足超过百米以上的运用需求（由于六类线网线带宽限制，也只能用于距离较短、电磁环境较好的场合），市场需要一款光电转换的接口转换器用光实现互联和通信，那么这样的千兆接口转换器（GBIC）可以说是第一个封装接口标准化的光收发模块，在光收发模块发展史上有着里程碑和划时代的地位。全球最大的光通信器件产品供应商菲尼萨（Finisar）正是从GBIC开始脱颖而出的。

3）SFP/XFP/SFP+

随着器件工艺水平的不断提高，光收发模块的尺寸越做越小，如同SD卡到TF卡（Micro SD），就有了小封装可插拔模块（Mini GBIC），支持热插拔，即插即用。

小型可插拔封装（SFP）速率也是越做越快，1.25 G，2.5 G，4 G，6 G。到了 10 Gb/s以后，原先的封装大小放不下那么多元器件了，两室一厅不够住了，就制定了一个三室一厅的新标准XFP。

在罗马数字里面V是5，X是10，XFP就是专门跑10 Gb/s速率的可热插拔（Pluggable）光模块。技术总是不停在进步，2006年10 Gb放不进SFP的元器件到了2009年集成度做得更高，尺寸更小，终于可以从XFP塞进SFP了，旧瓶装新酒，这种SFP的光收发模块称为增强型小型可插拔（SFP+），叫作SFP Plus，意思为增强型SFP模块。

SFP和SFP+的尺寸大小、连接器定义、功能等完全相同，为了区分，把支持8 Gb/s以上速率的SFP称为SFP+。

4）光转发器（Transponder）300针/XENPAK/XPAK/X2

说到10 Gb/s这个规格的光收发模块，在XFP出现之前还经历了2代产品300针和XENPAK/XPAK/X2，因为这些模块里面都集成了串并转换芯片，这种光收发模块就叫作Transponder。

因为电接口的信号数目增多了，所以电连接器的管脚（PIN）数目也相应增加了很多，就用了一个300针的连接器。

300针的连接器

在2002年，由于技术条件的限制，一方面客户的主板上面单根传输线跑10 Gb/s的信号是非常困难的，在光收发模块里面放2个电的串并转换芯片（分别是复用Mux芯片和解复用DeMux芯片），把10 Gb/s的串行信号1分16，变成16根644 Mb的信号，这样客户主板上的速率就降低了很多。另一方面也是由于光收发模块里面的光器件个头都非常大，小封装光收发模块放不下它们。

300针光收发模块和XFP/SFP+

客户主板的性能也在不断提高，逐渐可以跑3 Gb/s的信号了，于是光收发模块里面的1∶16就改成1∶4，这样光收发模块的尺寸就可以做得更小，这些内部集成了1∶4串并转换芯片的光收发模块，称之为第二代10 G 光收发模块，都是以X开头（罗马数字10，代表10 Gb/s速率），XENPAK，XPAK 和X2。(www.xing528.com)

到了2006年，由于电路愈加重和均衡技术的成熟，客户主板传输单根 10 Gb的信号不再是难事，因此光收发模块里面就不再放置串并转换芯片，同时光收发模块里面光器件尺寸也小了很多，IC集成度也更高，小型化也就变成了可能，这就是第三代的10 G光收发模块 XFP和SFP+。

5）光收发模块封装的发展方向和归宿

要想钓到鱼，就得知道鱼爱吃什么。客户需要的是什么？客户永远需要的是速率更快、尺寸更小、功耗更低、功能更全、性价比更高的光收发模块。长江后浪推前浪，光收发模块不同封装之间也是一代新人送旧人，如果你这旧瓶找不到新酒，只能慢慢被取代，直到消失。当XFP出现的时候，Transponder就逐渐被取代，这个旧瓶就装了可调谐这种新酒，得以苟延残喘了一段时间，现在在SFP+这种封装里面也能成熟地实现可调谐技术，所以XFP离淡出市场也就是近在咫尺的事情了。

人们对带宽的需求是无止境的，对带宽的欲望就如高山上的滚石一般，一旦开始就再也停不下来。当年网上看个电影，RMVB格式的都能让你乐得屁颠屁颠的“哎呀妈呀，真清楚啊”，后来720 P你瞅都不瞅一眼，非要看1 080 P的，而现在超4 K都家常便饭了。这就对光收发模块的速率提出了更高的要求，但是TDM的方式总是有天花板的，当到了10 Gb/s的时候，就转换了发展思路和方向，能不能把每个光收发模块做得更小，然后再把几个光收发模块一起同时放到原来大小的盒子里呢？于是，并行模块就诞生了。

6）并行模块QSFP和CXP

一个鞋盒子里面放了一双鞋，一只做发射机（Transmitter），一只做接收机（Receiver）。这个是传统的XFP和SFP+，如果一个鞋盒子里面放了4双鞋，称之为QSFP+（通常简称QSFP，其实文献里面都是带后面那个“+”的，表示速率在8 G以上），Q代表的是Quarter，4的意思。如果放12双鞋，就是120 G小型可插拔封装（CXP），C代表16进制里面的12（A是10，B是11），每个模块传输10 G的速率（10 G的速率用罗马数字X表示），因此CXP就是12个10 G的光收发模块。P是Pluggable，支持热插拔。

XFP/SFP+/QSFP+/CXP尺寸比较

把多个光收发模块装到一个盒子里面，而且这些光收发模块能够同时并行工作，就称这样的模块为并行模块（Parallel Transceiver）。

那传统的“单核”的SFP+就退出历史舞台了吗？如果你是扫雷达人，你真的需要独立显卡的电脑来玩这个游戏吗？如果你是贪吃蛇的铁杆粉丝，你真的打算要买iPhone 6 Plus吗？需求和性价比决定了市场，所以SFP+还是会继续存在下去，只是褪去了早年明星和霸主的光环而已。SFP+自己也自强不息，奔着28 Gb/s去了。

7）MPO光接口

对于传统的XFP/SFP+，有两个光接口，一发一收。对于并行模块，QSFP（4发4收），CXP（12发12收），光怎么引出来呢？就得采用MPO光接口了。MPO是Multiple-Fiber Push-On/Pull-off 的缩写，是把多根光纤做在了一起。MPO分为MPO12和MPO24两种，前者是12根纤芯，后者是24根纤芯。

8）QSFP SR4和QSFP LR4

前面说过，对于短距离通信，多用几根光纤那都不是事儿。但是对于长距离通信，如果能省光纤那是极好的。

40GQSFP SR4

SR4表示短距离（4个光收发模块合一）。

LR4表示长距离。对于长距离通信的QSFP，在模块里面放置两个三棱镜，一个用来做光学的MUX（合波），一个用来做光学的DEMUX （分波）。

早先出来的QSFP是装了4个10 G的光收发模块，现在每个光收发模块的速率已经可以提高到28 Gb/s了，把这种QSFP称之为QSFP28G模块。

40GQSFP LR4

9）CFP/CFP2/CFP4

当年为了满足40 G的需求，定义出了QSFP这种封装形式，与此同时，市场上也有100 G的需求，于是乎100 G可插拔封装（CFP）诞生了，C就是Centum的缩写。那100 G怎么实现呢？

CFP方案一100GBASE-SR10（短距离10通道）

因为CFP尺寸太大，所以后来的发展方向就是把它做小，这就是后来的CFP2和CFP4。

用MPO24芯光纤连接（RX0和RX11，TX0和TX11不用）

CFP方案二

CFP/CFP2/CFP4尺寸比较

光收发模块