光模块的封装标准

　　在光通信行业，接触最多的就是光模块了，它们物理尺寸各异，通道数目、传输速率差别很大。这些模块是如何产生的，它们各有什么特点，一切秘密尽在标准中。

　　GBIC、XPAK、X2、Xenpak这些比较老的封装标准就忽略吧，把主要精力集中在生命力更旺盛或比较新的标准上，下面逐一评析。

　　SFF标准化组织： SFF(small form-factor 小型化封装)标准化组织1990年8月份成立，最开始是制定2.5寸磁盘驱动器，1992年11月拓展到其它领域。到目前为止，SFF已经成为了光模块封装领域最常见、最成功的模块标准。由SFF制定的光模块标准主要包括SFP/QSFP/XFP。

　　SFP标准

　　SFP(small form-factor Pluggable，小型化可热插拔收发器，主要用于 Ethernet、fibre channel、Wireless CPRI、SONET)协议族：定义了从1Gb/s到28Gb/s单通道SFP封装应该遵从的标准，其结构如下图所示。先是有个声明性质的文件，比如SFF-8402提出了SFP28，SFF-8083提出了SFP10 (末尾的数字代表传输速率等级，现在常常把SFP10写成SFP+)，这个声明文件提到了它引用了哪些技术要求，这些被引用的技术要求集合起来构成了这个模块的实质标准。

　　SFP系列技术规范主要包含：

　　SFF-8432，定义了模块尺寸(主要是安装配合尺寸)、拔插力、模块笼子规范。

　　SFF-8071，定义了HOST主板上的卡槽连接器以及模块主板金手指接入顺序。

　　SFF-8433 ，定义了多个并排的模块笼子和EMI弹片技术规范。

　　SFF-8472， 定义了模块存储器以及诊断管理规范。

　　SFF-8431， 定义了电源、低速电信号(通信线)、高速信号、时序、存储器读写规范。

　　由于SFP支持速率越来越高，SFF8431中的高速信号规范不适用于SFP16/28，所以后来把SFF-8431拆分成SFF-8418和SFF-8419。SFF-8418中专门定义10Gb/s高速电信号接口要求，10Gb/s以上的物理接口要求要参考Fibre Channel；SFF-8419中专门定义SFF-8431中高速信号以外的内容，适合所有SFP系列模块。

　　所以，SFP模块结构设计工程师一定要熟知SFP-8431。如果是设计PCB、写软件或者模搞测试的人员，则SFF-8472、SFF-8418、SFF-8419一定要烂熟于心。

　　SFF所有协议都可以在ftp://ftp.seagate.com/sff/ 免费下载获得。

　　QSFP标准

　　QSFP(Quad Small Form-factor Pluggable，四通道小型化可插拔收发器，主要用于Infiniband、Ethernet、Fibre Channel 、OTN、 SONET)协议族：QSFP将单通道的SFP升级成四个通道，体积只增加一倍多一点，同样尺寸交换机，使用QSFP交换容量是SFP的2.67倍。QSFP协议最初由INF-8438i定义，后来升级到SFF-8436，再后来SFF-8436被拆分成好几个部分以便分别定义和引用，现在架构与SFP很类似：

　　QSFP技术规范主要包含：

　　SFF-8679, 定义了模块高速信号、低速信号、电源、时序规范，定义了光接口和拉环颜色规范。

　　SFF-8636，定义了存储器信息，存储器读写操作。

　　SFF-8661，定义了模块尺寸、金手指尺寸以及模块拔插力规范。

　　SFF-8662和SFF-8663，定义了QSFP28模块的笼子以及连接器(类型A)。

　　SFF-8672和SFF-8683，定义了QSFP28模块的笼子以及连接器(类型B)。

　　SFF-8682和SFF-8683，定义了QSFP14及以下速率模块的笼子以及连接器。

　　QSFP的其它补充信息可以在Infiniband协议中查看。(InfiniBand TM ArchitectureSpecification Volume 2)

　　XFP标准

　　XFP(10 Gb/s Small Form Factor Pluggable module，10Gb/s 小型可插拔光模块，其中X在罗马数字中代表10，主要用于SONET OC-192、10 Gigabit Ethernet、fibre channel)协议族：XFP是波长可调的模块，最初由XFP MSA定义，后来提交给SFF组织进行发布。XFP协议包含SFF-8477和INF-8077。

　　其中INF8077协议中定义了XFP模块的尺寸、电接口、存储器信息、通信控制与诊断(协议中包含了模块各方面内容)。SFF-8477主要对波长调节控制进行了优化。

　　CXP标准

　　CXP(12x Small Form-factor Pluggable，12通道小型可插拔封装，其中C代表100G，主要用于Infiniband、fibre channel、Ethernet)协议主要由Infiniband组织规范。

　　Annex A6 120 Gb/s 12x Small Form-factor pluggable(CXP)InterfaceSpecification for Cables, Active Cables& Transceivers中规定了CXP各方面规范(可到 www.infinibandta.org免费下载)。另外，SFF组织对不同速率等级的CXP的屏蔽笼子和板卡插槽进行了规范。

　　SFF-8617 Mini Multilane 12X Shielded Cage/Connector 12通道CXP笼子和模块板卡插槽规范。

　　SFF-8642 EIA-965 Mini Multilane 10 Gb/s 12X Shielded Cage/Connector (CXP10) 12x10Gb/s CXP模块笼子和模块板卡插槽规范。

　　SFF-8647 Mini Multilane 14 Gb/s 12X Shielded Cage/Connector (CXP14) 12x14Gb/s CXP模块笼子和模块板卡插槽规范。

　　SFF-8648 Mini Multilane 28 Gb/s 12X Shielded Cage/Connector (CXP28) 12x28Gb/s CXP模块笼和模块板卡插槽规范。

　　microQSFP(小型化的QSFP)，2015年才成立的多元协议，与QSFP一样是4个通道，但是尺寸仅SFP模块大小，支持25G和50G (PAM4调制) 通道速率。通过模块壳体上散热翅片设计，有更优异的热性能。“Micro QUAD SMALL FORM-FACTOR PLUGGABLE FOUR CHANNEL PLUGGABLE TRANSCEIVER, HOST CONNECTOR, & CAGE ASSEMBLY FORM FACTOR"对micro-QSFP规范进行了详细说明。(可在http://www.microqsfp.com/上下载)

　　CFP封装形式

　　除开SFP和QSFP封装，CFP应该是光模块中最常见的封装形式了。CFP中的C在罗马数字钟代表100，所以CFP主要针对的是100G(也包括40G)及以上速率的应用。

　　CFP家族主要包括CFP/CFP2/CFP4/CFP8，其中CFP8还处于提议阶段。

　　不同于QSFP后面的附加数字10、28代表速率等级，CFP后面的数字代表了更新换代，尺寸更紧凑(CFP8除外)，速率更密度更高。

　　最初提出CFP封装形式的时候，单路25Gb/s的速率在技术上还比较难实现，所以CFP每路电接口速率定义为10Gb/s等级，通过4x10Gb/s和10x10Gb/s电接口实现40G和100G的模块速率。CFP模块尺寸如此之大，可以把很多主板上的功能放到模块内完成[ASIC (SerDes)]，当每条光路速率和电路速率不匹配的时候，可以通过这些电路完成速率转换(Gear box)，例如把光口4X25Gb/s转换成电口10x10Gb/s。

　　CFP2尺寸仅CFP的一半，电接口可以支持单路10Gb/s，也可以支持单路25Gb/s甚至50Gb/s，通过10x10G，4x25G，8x25G，8x50G电接口实现100G/200G/400G的模块速率。

　　CFP4尺寸又缩减为CFP2的一半，电接口支持单路10Gb/s和25Gb/s，通过4x10Gb/s和4x25Gb/s实现40G/100G的模块速率。CFP4和QSFP模块很像，都是四路，都支持40G和100G;不同的是，CFP4模块管理功能更强大、尺寸也更大(这对于高密度数据通信是个劣势)，能够支持更大的功耗，对于25Gb/s以上速率等级和长距离传输场景(需要TEC控温，功耗大)，CFP4模块在功耗和散热上的优势就可以体现出来。

　　所以，短距离数据通信基本上是QSFP天下;100G-LR4 10km应用，CFP4和QSFP28平分秋色。

　　CFP家族标准如下图所示 ：每个标准有3个文件，其中“CFPx MSA Hardware Specification Revision” 为纲领性文件，里面简要说明了模块概念、模块管理、电接口、机械尺寸、光接口、金手指插槽等规范，另外两个文件定义了详细的机械尺寸。

　　CFP MSA还有两个公共技术规范，PIN Allocation REV.25规定了模块引脚定义，"CFP MSA Management Interface Specification"详细定义了模块管理控制、寄存器信息。

　　CFP模块的高速电接口根据应用不同，引用了IEEE802.3中的CAUI、XLAUI和OIF中的CEI-28G/56G电接口规范。

　　CFP8是专门针对400G提出的封装形式，其尺寸与CFP2相当。电接口支持25Gb/s和50Gb/s的通道速率，通过16x25G或8x50电接口实现400G模块速率。CFP8仅是个Proposal，还没有正式标准可供公开下载。

　　CDFP MSA 2013年就成立了，他们发布的CDFP封装标准是第一个400G的光模块封装标准。那个时候电口的标准才到25Gb/s (OIF-CEI-28G-VSR)，所以CDFP干脆弄了16路，通过16x25G完成400G的模块速率，而且专门针对2km以下的短距离应用。

　　16路电口如果一字排开，体积会无比巨大，所以CDFP模块干脆弄了两块PCB板摞起来，在光口上采用MPO16接口，整个模块看起来特别肥胖!根据光口和电口的排布不同，总共有三种模块尺寸，如下图所示。(类型2和类型3外观看起来相似，弄到一起了)

　　CDFP最新标准为：“400 Gb/s (16 X 25 GB/s) PLUGGABLE TRANSCEIVER Rev 3.0”里面规定了CDFP模块的电接口、管理接口、光接口、模块/插槽/笼子尺寸，EMI/ESD相关内容。(http://cdfp-msa.org/CDFPrev3-0-Mar20-2015-released.pdf)，在PAM4如此火热的今天，估计这个封装很受考验。

　　最新支持400G的封装标准应该是QSFP-DD，这个组织2016年2月成立，2016年9月发布了最新标准“QSFP DOUBLE DENSITY 8X PLUGGABLE TRANSCEIVER Rev 1.0”。QSFP-DD尺寸和QSFP大体一致(只是由于多了一排电路，稍稍长一丁点)，最核心的改变就是将QSFP的电接口加倍，由四路变成八路，并且支持50Gb/s通道速率(8X50就是400G了)。QSFP-DD的电接口可以兼容QSFP，但反过来不行。

　　上面讨论的都是高大上的100G、400G光模块，再来看看平易近人的CSFP。虽然CSFP最新标准是2009年发布的“campact SFP specifications”，但一点也不过时。campact意味着比SFP光模块更紧凑，通道数目还可以灵活配置。CSFP定义了3种类：1CH campact SFP、2CH campact SFP option1、2CH campact SFP option2。

　　封装黑科技CFP2—ACO

　　最后来看看光模块封装标准中最尖端的黑科技 ：CFP2-ACO。它主要由OIF定义，并引用了CFP2的机械尺寸。后面ACO的意思是模拟相干光模块。它主要由窄线宽可调激光器、调制器、相干接收机组成，将DSP(数字信号处理)放在模块外部。这个模块可不得了，通过DP-QPSK、DP-xQAM调制技术，单波长速率轻轻松松超过100Gb/s，传输距离更是可以超过2000km。大家可以到OIF网站免费下载“Implementation Agreement for CFP2-Analogue Coherent Optics Module”，一睹其风采。

　　光模块封装标准终于盘点完了，也许你会发现一个问题，所有的光模块标准基本上只规定了模块定位尺寸、电接口、管理接口、寄存器信息，并没有规定模块任何光学指标。光学指标跟应用场景有关，我们经常看到的CWDM4、LR4就是规定这些光学指标的，它们又是另一个子层的标准体系，不在今天的探讨范畴。

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