光模塊SFP+與SFP、XFP、QSFP、QSFP+的區(qū)別及參數(shù)

1、光模塊SFP+與SFP、XFP、QSFP、QSFP+的區(qū)別 SFP收發(fā)器有多種不同的發(fā)送和接收類(lèi)型，用戶可以為每個(gè)鏈接選擇合適的收發(fā)器，以提供基于可用的光纖類(lèi)型（如多模光纖或單模光纖）能達(dá)到的光學(xué)性能?？捎玫墓鈱W(xué)SFP模塊一般分為如下類(lèi)別：850納米波長(zhǎng)/550米距離的 MMF (SX)、1310納米波長(zhǎng)/10公里距離的 SMF (LX)、1550 納米波長(zhǎng)/40公里距離的XD、80公里距離的ZX、120公里距離的EX或EZX，以及DWDM。SFP收發(fā)器也提供銅纜接口，使得主要為光纖通信設(shè)計(jì)的主機(jī)設(shè)備也能夠通過(guò)UTP網(wǎng)絡(luò)線纜通信。也存在波分復(fù)用（CWDM）以及單光纖雙向（1310/1490納米

2、波長(zhǎng)上行/下行）的SFP。 商用SFP收發(fā)器能夠提供速率達(dá)到4.25 G bps。10 Gbps 收發(fā)器的幾種封裝形式為XFP，以及與SFP封裝基本一致的新的變種SFP+。GBIC(Gigabit Interface Converter的縮寫(xiě))，是將千兆位電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)的接口器件。GBIC設(shè)計(jì)上可以為熱插拔使用。GBIC是一種符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的可互換產(chǎn)品。采用GBIC接口設(shè)計(jì)的千兆位交換機(jī)由于互換靈活，在市場(chǎng)上占有較大的市場(chǎng)份額。SFP （Small Form-factor Pluggable）可以簡(jiǎn)單的理解為GBIC的升級(jí)版本。SFP支持SONET、Gigabit Ethernet、光纖通道

3、（Fiber Channel）以及一些其他通信標(biāo)準(zhǔn)。此標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展到了SFP+，能支持10.0 Gbit/s傳輸速率，包括8 gigabit光纖通道和10GbE。引入了光纖和銅芯版本的SFP+模塊版本，與模塊的Xenpak、X2或XFP版本相比，SFP+模塊將部分電路留在主板實(shí)現(xiàn)，而非模塊內(nèi)實(shí)現(xiàn)10G模塊經(jīng)歷了從300Pin，XENPAK，X2，XFP的發(fā)展，最終實(shí)現(xiàn)了用和SFP一樣的尺寸傳輸10G的信號(hào)，這就是SFP+。SFP憑借其小型化低成本等優(yōu)勢(shì)滿足了設(shè)備對(duì)光模塊高密度的需求，從2002年標(biāo)準(zhǔn)推出，到2010年已經(jīng)取代XFP成為10G 市場(chǎng)主流。SFP+光模塊優(yōu)點(diǎn)： 1、SFP+具有比X2和

4、XFP封裝更緊湊的外形尺寸(與SFP尺寸相同）； 2、可以和同類(lèi)型的XFP,X2,XENPAK直接連接； 3、成本比XFP,X2,XENPAK產(chǎn)品低。SFP+和SFP的區(qū)別： 1、SFP 和SFP+ 外觀尺寸相同； 2、SFP協(xié)議規(guī)范：IEEE802.3、SFF-8472 ；SFP+ 和XFP 的區(qū)別： 1、 SFP+和XFP 都是10G 的光纖模塊，且與其它類(lèi)型的10G模塊可以互通； 2、 SFP+比XFP 外觀尺寸更?。?3、 因?yàn)轶w積更小SFP+將信號(hào)調(diào)制功能，串行/解串器、MAC、時(shí)鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù)(CDR)，以及電子色散補(bǔ)償(EDC)功能從模塊移到主板卡上； 4、 XFP 遵從的協(xié)議：X

5、FP MSA協(xié)議； 5、SFP+遵從的協(xié)議：IEEE 802.3ae、SFF-8431、SFF-8432； 6、SFP+是更主流的設(shè)計(jì)。 7、 SFP+ 協(xié)議規(guī)范：IEEE 802.3ae、SFF-8431、SFF-8432。QSFP:Quad Small Form-factor Pluggable四通道SPF接口(QSFP)，QSFP是為了滿足市場(chǎng)對(duì)更高密度的高速可插拔解決方案的需求而誕生的。這種4通道的可插拔接口傳輸速率達(dá)到了40Gbps。很多XFP中成熟的關(guān)鍵技術(shù)都應(yīng)用到了該設(shè)計(jì)中。QSFP可以作為一種光纖解決方案，并且速度和密度均優(yōu)于4通道CX4接口。由于可在XFP相同的端口體積下以每

6、通道10Gbps的速度支持四個(gè)通道的數(shù)據(jù)傳輸，所以QSFP的密度可以達(dá)到XFP產(chǎn)品的4倍，SFP+產(chǎn)品的3倍。具有4通道且密度比CX4高的QSFP接口已經(jīng)被InfiniBand標(biāo)準(zhǔn)所采用。QSFP+:Quad Small Form-factor Pluggable Plus四小體積可插入(QSFP +)的解決方案是專為高密度的應(yīng)用程序。系統(tǒng)組件的包括電磁干擾(EMI)屏蔽,活躍的光纜(AOC)、被動(dòng)銅電纜組件,活躍的銅電纜組件,光學(xué)MTP電纜組件,光學(xué)回環(huán),主機(jī)連接器,連接器和籠子層疊式集成。SFF - 8436的文檔指定一個(gè)無(wú)線電收發(fā)機(jī)機(jī)械形式因素與閉鎖機(jī)制,host-board elect

7、rical-edge連接器和接口。熱插拔的收發(fā)器集成了4傳送和接收通道4。莫仕的QSFP +收發(fā)器可以取代4標(biāo)準(zhǔn)SFP +收發(fā)器。結(jié)果是更大的端口密度和整個(gè)系統(tǒng)的成本節(jié)約超過(guò)傳統(tǒng)SFP +產(chǎn)品。QSFP +線纜組件被設(shè)計(jì)提供疊起來(lái)連接器配置在極高密度的需求。這個(gè)系統(tǒng)將支持10 G以太網(wǎng),光纖通道,InfiniBand *,SAS和SONET / SDH標(biāo)準(zhǔn)使用不同的數(shù)據(jù)率選項(xiàng)。包括InfiniBand *單獨(dú)的數(shù)據(jù)率(SDR),雙數(shù)據(jù)率(DDR)和四數(shù)據(jù)率(報(bào)告),以太網(wǎng)系統(tǒng)(10 40 gbp s),光纖通道(8、10 gbp s),SAS(12 gbp s)。光模塊的作用：光模塊是起到光電

8、轉(zhuǎn)換作用的一種連接模塊，其中發(fā)送端把電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，通過(guò)光纖傳送后，接收端再把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。由光電子器件、功能電路和光接口等組成，光電子器件包括發(fā)射和接收兩部分。光模塊的叫法：常見(jiàn)的中文叫法有：光模塊，光纖模塊，光收發(fā)一體模塊；常見(jiàn)的英文叫法：optic transceiver，F(xiàn)iber Optic Transceiver，optical module, Transceiver Module（思科官網(wǎng)上的叫法）。另外，如SFP光模塊，SFP Transceiver也是最常用的叫法。光模塊品牌：目前市場(chǎng)上主流的光模塊品牌有F-tone(北億纖通)，思科，華為，H3C，HP，中興等，另

9、外，近年來(lái)國(guó)內(nèi)更是出現(xiàn)了大量新興品牌。光模塊，英文原稱是optical module。它包括光接受模塊、光發(fā)送模塊、光收發(fā)一體模塊、光轉(zhuǎn)發(fā)模塊等。 Transponder(光轉(zhuǎn)發(fā)器)：除了具有光電變換功能外，還集成了很多的信號(hào)處理功能，如：MUX/DEMUX、CDR、功能控制、性能量采集及監(jiān)控等功能。常見(jiàn)的Transponder 有：200/300pin MSA，XENPAK，以及X2/XPAK 等。 Transceiver(光收發(fā)一體模塊)：主要功能是實(shí)現(xiàn)光電/電光變換，常見(jiàn)的有：SFF、SFP、SFP+、GBIC、XFP 等。 1).SFF SFF是Small Form. Factor的簡(jiǎn)

10、稱，英特爾將其稱為小封裝技術(shù)。SFF光模塊是最早期光模塊產(chǎn)品，主要業(yè)務(wù)速率在2.5Gbps及以下，其電接口有兩種規(guī)格：10pin和20pin，兩種版本的主要數(shù)據(jù)信號(hào)接口是一致的。20pin版本的模塊提供額外的管腳用于數(shù)據(jù)信號(hào)之外的時(shí)鐘信號(hào)恢復(fù)，激光器監(jiān)視和告警監(jiān)視功能。SFF的尺寸要比SFP小，并且是以插針的形式焊接到主板上的。 2).SFP SFP 是Small Form-factor Pluggables的簡(jiǎn)稱，即小封裝可插拔光模塊。SFP可以看成是SFF的可插拔版本，它的電電接口是20pin金手指，數(shù)據(jù)信號(hào)接口與SFF模塊基本相同。SFP模塊還提供I2C控制接口，兼容SFP-8472標(biāo)準(zhǔn)

11、的光接口診斷。SFF和SFP都不包含SerDes部分，只提供一個(gè)串行的數(shù)據(jù)接口，將CDR和電色散補(bǔ)償放在了模塊外面，從而使小尺寸、小功耗稱為可能。由于受散熱限制，SFF/SFP只能用于2.5Gbps及以下速率的超短距離、短距離和中距離應(yīng)用。 3).GBIC GBIC是Gigabit Interface Converter的縮寫(xiě)，即千兆接口轉(zhuǎn)換器，是將千兆位電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)的接口器件。GBIC個(gè)頭比較大，差不多是SFP體積的兩倍，是通過(guò)插針焊接在PCB板上使用。目前基本上被SFP取代。SFP模塊在功能上與GBIC基本一致，也被有些交換機(jī)廠商稱為小型化GBIC（Mini-GBIC）。 4).XF

12、P XFP是10 Gigabit Small Form. Factor Pluggable的簡(jiǎn)稱，即10G 小封裝可插拔光模塊，電接口是30pin金手指。不同業(yè)務(wù)類(lèi)型的模塊可支持OC192/SMT-64 9.95Gbps，10Gigabit FC 10.5Gbps，G.709 10.7Gbps，10Gigabit Ethernet 10.3Gbps。主要用于需要小型化及低成本10G解決方案。 同SFF/SFP一樣，XFP為了減小體積，將SerDes部分放在了光模塊外部，XFP光收發(fā)器有一個(gè)串行10Gbps電接口，稱為XFI，這個(gè)接口是用來(lái)連接外部SerDes器件的。XFP是在XENPAK、X2

13、、XPAK等4信道SerDes光收發(fā)模塊的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的。XFP在XENPAK、X2、XPAK的基礎(chǔ)上，完全去掉了SerDes，從而大大降低了功耗、體積和成本。 5).SFP+ SFP+跟SFP的外形一樣，也是20pin金手指電接口，只是支持的最大速率比SFP高，達(dá)到與XFP同等的10Gbps。與XFP比較，SFP+內(nèi)部沒(méi)有CDR(時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù))模塊，所以SFP+的體積和功耗都比XFP小。SFP+一般只支持中短距離傳輸，暫時(shí)還沒(méi)有支持ER(40km)和ZR(80km)的SFP+模塊。SFP+與XFP對(duì)比如下圖所示： 6).300pin MSA 300pin MSA是完備的光接口模塊，其特點(diǎn)是

14、體積大，用散熱器型金屬外殼封裝，以利于散熱。該類(lèi)型光模塊支持10Gbps和40Gbps兩種規(guī)格。這兩種規(guī)格的光模塊電接口都工作在16個(gè)并行信道上，10G規(guī)格模塊的單信道電接口速率為622669MHz，符合OFI的SFI4和IEEE的XSBI規(guī)范。40G規(guī)格模塊的單信道電接口速率為2.5G3.125G，符合SFI5規(guī)范。該類(lèi)光模塊支持SONET/SDH和10G XSBI。遵循ITU-T G.691和G.693標(biāo)準(zhǔn)，傳輸距離從600m到80km。 7).XENPAK XENPAK是4信道SerDes結(jié)構(gòu)，通過(guò)70pin的SFP連接器與電路板連接，其數(shù)據(jù)通道是XAUI接口；Xenpak支持所有IEE

15、E 802.3ae定義的光接口，在線路端可以提供10.3Gbps、9.95Gbps或4*3.125Gbps的速率。 為了降低300pin MSA光模塊的成本，光模塊的電接口向兩個(gè)方向發(fā)展：4信道并行接口和10Gbps單通道串行接口，它們的代表者就是XENPAK和XFP。 XENPAK是面向10G以太網(wǎng)的第一代光模塊，采用4*3.125G接口。XENPAK是從16信道并行XSBI過(guò)渡到4信道的XAUI的。XENPAK選用XAUI是因?yàn)樗墓苣_少，不需要時(shí)鐘，速率能達(dá)到3.125G，能立即用在標(biāo)準(zhǔn)CMOS電路中。而且通過(guò)XAUI的數(shù)據(jù)是自動(dòng)排列的，也就是說(shuō)SerDes器件自動(dòng)平衡使用4個(gè)信道。 X

16、enpak光模塊安裝到電路板上時(shí)需要在電路板上開(kāi)槽，實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜，無(wú)法實(shí)現(xiàn)高密度應(yīng)用。 8).XPAK/X2 雖然與300pin MSA相比，XENPAK的體積已經(jīng)減小了很多，但是還是不夠理想。目前小型化是10G光模塊的一種趨勢(shì)，XPAK是XENPAK的直接改進(jìn)型，體積縮小一半，光接口、電接口與原來(lái)的保持一致。X2是安捷倫公司推出的一款跟XPAK很相似的產(chǎn)品，相比XPAK，它主要在導(dǎo)軌系統(tǒng)上做了改進(jìn)。XPAK和X2都屬于過(guò)渡型產(chǎn)品。 9). BIDI BiDi是Bidirectional的縮寫(xiě)，即單纖雙向的意思。利用WDM技術(shù),發(fā)送和接收兩個(gè)方向使用不同的中心波長(zhǎng)。實(shí)現(xiàn)一根光纖雙向傳輸光信號(hào)。一

17、般光模塊有兩個(gè)端口，TX為發(fā)射端口，RX為接收端口；而該光模塊只有1個(gè)端口，通過(guò)光模塊中的濾波器進(jìn)行濾波，同時(shí)完成1310nm光信號(hào)的發(fā)射和1550nm光信號(hào)的接收，或者相反。因此該模塊必須成對(duì)使用，他最大的優(yōu)勢(shì)就是節(jié)省光纖資源。 BIDI 模塊必須成對(duì)使用，例如若一端使用了GACS-Bi1312-10，另外一端就必須使用GACS-Bi1512-10。 10). CWDM CWDM 是Coarse Wavelength Division Multiplexing，稀疏波分復(fù)用器，也稱粗波分復(fù)用器。與之對(duì)應(yīng)的是DWDM，Dense Wavelength Division Multiplexing

18、 ，密集波分復(fù)用器，DWDM的價(jià)格比CWDM貴很多。 CWDM光模塊采用CWDM 技術(shù)，可以通過(guò)外接波分復(fù)用器，將不同波長(zhǎng)的光信號(hào)復(fù)合在一起，通過(guò)一根光纖進(jìn)行傳輸，從而節(jié)約光纖資源。同時(shí)，接收端需要使用波分解復(fù)用器對(duì)復(fù)光信號(hào)進(jìn)行分解。如下圖所示： 相對(duì)于DWDM系統(tǒng)中0.2nm到1.2nm的波長(zhǎng)間隔而言，CWDM具有更寬的波長(zhǎng)間隔，業(yè)界通行的標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)間隔為20nm。由于CWDM系統(tǒng)的波長(zhǎng)間隔寬，對(duì)激光器的技術(shù)指標(biāo)要求較低。由于波長(zhǎng)間隔達(dá)到20nm，所以系統(tǒng)的最大波長(zhǎng)偏移可達(dá)6.56.5，激光器的發(fā)射波長(zhǎng)精度可放寬到3nm，而且在工作溫度范圍(570)內(nèi)，溫度變化導(dǎo)致的波長(zhǎng)漂移仍然在容許范圍內(nèi)，

19、激光器無(wú)需溫度控制機(jī)制，所以激光器的結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化，成品率提高。 另外，較大的波長(zhǎng)間隔意味著光復(fù)用器/解復(fù)用器的結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化。例如，CWDM系統(tǒng)的濾波器鍍膜層數(shù)可降為50層左右，而DWDM系統(tǒng)中的100GHz濾波器鍍膜層數(shù)約為150層，這導(dǎo)致成品率提高，成本下降，而且濾波器的供應(yīng)商大大增加有利于競(jìng)爭(zhēng)。CWDM濾波器的成本比DWDM濾波器的成本要少50%以上，而且隨著自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)和批量的增大會(huì)進(jìn)一步降低。 術(shù)語(yǔ)簡(jiǎn)介： ITU-T： ITU是Telecommunication Standardization Sector的縮寫(xiě)，即國(guó)際電信聯(lián)盟的意思，ITU-T是國(guó)際電信聯(lián)盟管理下的專門(mén)制定遠(yuǎn)程通信

20、相關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的組織。該機(jī)構(gòu)創(chuàng)建于1993年，前身是國(guó)際電報(bào)電話咨詢委員會(huì)(CCITT 是法語(yǔ)Comit Consultatif International Tlphonique et Tlgraphique的縮寫(xiě), 英文是International Telegraph and Telephone Consultative Committee)，總部設(shè)在瑞士日內(nèi)瓦。 OIF: OIF是Optical Internet Forum的縮寫(xiě)，即光網(wǎng)絡(luò)論壇的意思，是由制造商、電信業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)商發(fā)起的一個(gè)開(kāi)放性論壇。主要目標(biāo)是促使可互聯(lián)和兼容的低成本光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的開(kāi)發(fā)。 MSA： MSA是Multi-Sourc

21、e Agreement的縮寫(xiě)，即多元協(xié)議的意思。是由業(yè)界光模塊制造商建立的一個(gè)非贏利性組織。它為光收發(fā)器件規(guī)定了外形尺寸，并參考了OIF和ITU標(biāo)準(zhǔn)光模塊參數(shù)對(duì)于硬件開(kāi)發(fā)工程師而言，光模塊有很多很重要的光電技術(shù)參數(shù)，但對(duì)于GBIC和SFP這兩種熱插拔光模塊而言，只需要了解光模塊的如下3種主要參數(shù)就可以順利開(kāi)展工作了： 第一、中心波長(zhǎng)：?jiǎn)挝患{米（nm），目前主要有3種： 1） 850nm（MM，多模，成本低但傳輸距離短，一般只能傳輸500M）； 2） 1310nm (SM，單模，傳輸過(guò)程中損耗大但色散小，一般用于40KM以內(nèi)的傳輸)； 3） 1550nm (SM，單模，傳輸過(guò)程中損耗小但色散大，

22、一般用于40KM以上的長(zhǎng)距離傳輸，最遠(yuǎn)可以無(wú)中繼直接傳輸120KM)； 第二、傳輸速率：指每秒鐘傳輸數(shù)據(jù)的比特?cái)?shù)（bit），單位bps，目前常用的有4種: 155Mbps、1.25Gbps、2.5Gbps、10Gbps等。傳輸速率一般向下兼容，因此155M光模塊也稱FE（百兆）光模塊，1.25G光模塊也稱GE（千兆）光模塊，這是目前光傳輸設(shè)備中應(yīng)用最多的模塊。此外，在光纖存儲(chǔ)系統(tǒng)（SAN）中它的傳輸速率有2Gbps、4Gbps和8Gbps； 第三、傳輸距離：指光信號(hào)無(wú)需中繼放大可以直接傳輸?shù)木嚯x，單位千米（也稱公里，km），光模塊一般有以下幾種規(guī)格：多模550m，單模15km、40km、80km和120km等等，詳見(jiàn)第一項(xiàng)說(shuō)明。 光模塊的其他概念： 除以上3種主要技術(shù)參數(shù)外，光模塊還有如下幾個(gè)基本概念，這些概念只需簡(jiǎn)單了解就行： 1） 激光器類(lèi)別：