浅谈数据中心100G光模块

2018-08-29 09:45

来源：IT168

LR4和CWDM4从原理上类似，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。不过两者存在几点区别：

1．LR4使用的光学MUX／DEMUX器件更贵

CWDM4定义的是20nm 的CWDM间隔，因为激光器的波长温漂特性大约是0．08nm／°C，0～70°C工作范围内的波长变化大约是5．6nm，通道本身也要留一些隔离带。

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则定义了4．5nm的LAN－WDM间隔。

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

通道间隔越大，对光学MUX／DEMUX器件的要求就越低，可以节省成本。

2．LR4使用的激光器更贵，功耗更大

CWDM4使用DML（Direct Modulated Laser，直接调制激光器），而LR4使用EML（Electro－absorption Modulated Laser，电吸收调制激光器）。

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，合在一起叫做EML。DML的原理是通过调制激光器的注入电流来实现信号调制，由于注入电流的大小会改变激光器有源区折射率，造成波长漂移（啁啾）从而产生色散，做高速信号调制很困难，传的也不够远。10KM对于DML来说有点力不从心，只能上EML。

注：啁啾（Chirp）是指频率随时间而改变（增加或减少）的信号，这种信号听起来类似鸟鸣的啾声。

3．LR4需要额外增加TEC（Thermo Electric Cooler 半导体热电制冷器）

因为LR4的相邻通道之间只有4．5nm的间隔，所以激光器需要放到TEC上控温。电路上需要放置TEC Driver芯片，Laser也要集成到TEC材料上来做，这样一来，相比CWDM4，LR4的成本又有所增加。

基于以上三点，100GBASE－LR4标准的光模块成本更高，所以MSA提出的100G CWDM4标准很好地补充了100GBASE－LR4在2Km以内成本过高导致的空白。

除CWDM4之外，PSM4也是一种中距离的传输方案，那么相比CWDM4，PSM4有何优劣势呢？

100G PSM4规范定义了8根单模光纤（4个发送和4个接收）的点对点100 Gbps链路，每个通道以25 Gbps的速率发送。每个信号方向使用四个相同波长且独立的通道。因此，两个收发器通常通过8光纤MTP ／ MPO单模跳线进行通信。PSM4的传输距离最大为500米。

▲PSM4原理图

简单总结一下，如下图所示，由于使用了波分复用器，所以CWDM4的光模块成本要高于PSM4光模块，不过CWDM4收发双向只需要两根单模光纤，远少于PSM4的8根单模光纤，随着距离的增加，PSM4方案的总成本上升得非常快。在实际应用中需要依据互联距离来决定使用PSM4还是CWDM4。

▲CWDM4 vs PSM4

聊完100G中长距光模块标准，再来看100G短距光模块。

100G短距光模块标准主要有100GBASE－SR10和100GBASE－SR4两种标准。当年为了满足市场上出现的100G需求， 100GBASE－SR10标准最早被提出且应用于100G的短距互联。

100GBASE－SR10标准使用10 x 10Gbps并行通道实现100Gbps点对点传输，电信号的速率是10G，光信号速率也是10G，采用NRZ的调制方式及64B／66B的编码方式。因为IEEE 802．3早在2010年提出100GBASE－SR10标准，当时交换机ASIC芯片（Application Specific Integrated Circuit）电接口最高只能支持10G，即CAUI－10（10通道 x 10Gbps）。

▲100GBASE－SR10 原理图

伴随着交换机ASIC芯片电接口速率从10Gpbs提升到25G bps，电接口标准从CAUI－10（10通道 x 10Gbps）升级到CAUI－4（4通道 x 25Gbps），通道从SR10的并行10通道减少到并行4通道，光模块的器件个数得以减少、成本得以降低、模块尺寸得以缩小、功耗得以降低。

光模块尺寸的减少使得交换机每1U空间可以提供的100G接口密度更大，基于以上的优势，目前100GBASE－SR4已经取代100GBASE－SR10成为目前主流的100G短距光模块标准。

▲100GBASE－SR4 原理图