module是什么意思(unit的中文翻译)

说到光模块，相信你不会觉得陌生。

随着光通信的飞速发展，我们工作生活中的很多场景已经实现了“光进铜退”。也就是说，以同轴电缆、网线为代表的金属介质通信逐渐被光纤介质所取代。

光模块是光纤通信系统的核心部件之一。

光模块的组成结构

光模块，英文名是Optical Module。光学，就是“视觉，视觉，光学”的意思。

准确的说，光模块是各种模块类别的总称，包括:光接收模块、光发送模块、光收发模块和光转发模块等。

现在我们通常所说的光模块一般指的是光收发模块(下面也是一样)。

光模块工作在物理层，这是OSI模型中的最低层。它的作用简单来说就是实现光电转换。把光信号变成电信号，把电信号变成光信号，像这样。

虽然看似简单，但实现过程的技术含量并不低。

光模块通常由光发射器件(TOSA，包括激光器)、光接收器件(ROSA，包括光电探测器)、功能电路和光(电)接口组成。

光模块的组成光学模块的组成

在发射端，驱动芯片对原始电信号进行处理，然后驱动半导体激光器(LD)或发光二极管(LED)发射调制后的光信号。

在接收端，光信号进来后，由光电二极管转换成电信号，电信号由前置放大器输出。

光模块的封装

对于新手来说，光模块最让人抓狂的就是它极其复杂的封装名称和眼花缭乱的参数。

封装的名称，这些只是其中一部分包的名字，这些只是其中的一部分。

包装可以简单的理解为一个样板标准。它是区分光模块的主要方式。

光模块之所以有这么多不同的封装标准，是因为光纤通信技术的发展速度太快了。

光模块的速度在提高，体积在缩小，以至于每隔几年就会产生新的封装标准。新旧包装标准通常很难兼容。

此外，光模块应用场景的多样性也是封装标准提高的原因之一。不同的传输距离、带宽要求和使用场所会导致不同类型的光纤和不同的光模块。

小早君简单列举了包括封装在内的光模块分类方法，如下表所示:

光模块的分类方式光学模块的分类

在解释封装和分类之前，我们先介绍一下光通信的标准化组织。因为这些包是由标准化组织确定的。

目前，国际上对光通信进行标准化的组织有几个，如IEEE(电气电子工程师协会)、ITU-T(国际电信联盟)、MSA(多源协议)、OIF(光互连论坛)、CCSA(中国通信标准化协会)等。

IEEE和MSA是业界应用最广泛的。

你可能不熟悉MSA。它的英文名称是多源协议。这是一个多供应商规范。与IEEE相比，它是一种非政府组织形式，可以理解为行业内的企业联盟行为。

好了，我们开始介绍封装。

首先可以看一下下图，这个图准确描述了不同套餐的出现期以及对应的工作率。

我们不在乎那些太老或者太稀有的标准。我们主要看常见的套餐。

千兆位集成电路

GBIC是千兆接口转换器(gigabit interface converter)。

在2000年之前，GBIC是最流行的光模块封装和最广泛使用的千兆模块形式。

烧过燃料贮存池（spent fuel pool的缩写）

由于GBIC的大量出现，SFP开始取代GBIC。

SFP全称Small Form-factor Pluggable，是一种小型热插拔光模块。它的小尺寸是相对于GBIC包装而言的。

与GBIC模块相比，SFP的体积减少了一半，并且可以在同一个面板上配置两倍多的端口。功能上，两者差别不大，都支持热插拔。SFP支持的最大带宽是4Gbps。

光模块

XFP是一种10gb小型可插拔产品，一眼就能看出来，它是一种10gb SFP。

XFP采用XFI(10Gb串行接口)连接的全速单通道串行模块，可以替代Xenpak及其衍生产品。

SFP+

SFP+，与XFP一样，是10G光模块。

SFP+的尺寸与SFP相同，比XFP更紧凑(缩小约30%)，功耗更低(部分信号控制功能减少)。

可以对比一下大小你可以比较一下大小。

SFP28

速率25Gbps的SFP主要是因为当时40G和100G光模块太贵，所以我们做了这样一个折中的过渡方案。

QSFP/QSFP+/QSFP28/QSFP28-DD

Quasmallform外形可插拔、四通道SFP接口。XFP很多成熟的关键技术都应用到了本设计中。

QSFP按速度可分为4×10G QSFP+、4×25G QSFP28、8×25G QSFP28-DD光模块等。

以QSFP28为例，适用于4x25GE接入端口。QSFP28可以直接从25G升级到100G，不需要40G，大大简化了布线难度，降低了成本。

QSFP28QSFP28

QSFP-DD，成立于2016年3月，DD指“双密度”。QSFP的4通道增加了一行通道，成为8通道。

可以兼容QSFP方案，原来的QSFP28模块还是可以用的，再插一个模块就行了。QSFP-DD的金手指数量是QSFP28的两倍。

QSFP-DD的每个通道都采用25Gbps NRZ或50Gbps PAM4信号格式。PAM4最高可支持400Gbps速率。

NRZ和PAM4

PAM4(4脉冲幅度调制)是一种“加倍”技术。

对于光模块，如果想提高速度，要么增加通道数，要么提高单通道速度。

传统的数字信号多采用NRZ(不归零)信号，即用高低信号电平来表示要传输的数字逻辑信号的1和0信息，每个信号符号周期可以传输1比特的逻辑信息。

PAM信号使用四种不同的信号电平进行信号传输，每个符号周期可以表示两位逻辑信息(0，1，2，3)。在信道物理带宽相同的情况下，PAM4传输的信息量是NRZ信号的两倍，从而使速率翻倍。

CFP/CFP2/CFP4/CFP8

千兆位形式可插拔，密集波光通信模块。传输速率可达100-400Gbps。

CFP是在SFP接口的基础上设计的，尺寸更大，支持100Gbps的数据传输。CFP可以支持单个100G信号和一个或多个40G信号。

CFP、CFP2和CFP4的区别在于体积。CFP2的体积是CFP的一半，CFP4的体积是CFP的四分之一。

CFP8是400G专用包，大小相当于CFP2。支持25Gbps和50Gbps通道速率，通过16x25G或8x50电接口实现400Gbps模块速率。

OSFP

这与我们常说的OSPF路由协议有些混淆。

OSFP，八进制小尺寸可插拔，“O”代表“八进制”，2016年11月正式上市。

设计使用8个电通道实现400GbE(8*56GbE，但56GbE的信号是25G DML激光在PAM4的调制下形成的)。尺寸比QSFP-DD略大，瓦数更高的光引擎和收发器散热性能略好。

以上是一些常见的光模块封装标准。

400G光模块

大家注意到了，在刚才介绍套餐的时候，小早君提到了三种支持400Gbps的光模块，分别是QSFP-DD、CFP8和OSFP。

400G，这是目前光通信行业的主要竞争方向。现在400G也是商用规模初期。

众所周知，由于5G网络建设的大规模启动、云计算的快速发展以及大规模数据中心的大量建设，ICT行业对400G的需求变得越来越迫切。

早期的400G光模块使用16个25Gbps NRZ通道，封装在CDFP或CFP8中。

这种实现方式的优点是可以借用100G光模块中成熟的25G NRZ技术。但缺点是需要并行传输16路信号，功耗和体积都比较大，不适合数据中心应用。

后来PAM4被用来代替NRZ。

光口侧主要使用8路53Gbps PAM4或4路106Gbps PAM4实现400G信号传输，电口侧使用8路53Gbps PAM4电信号，封装在OSFP或QSFP-DD中。

相比而言，QSFP-DD封装更小(类似于传统100G光模块的QSFP28封装)，更适合数据中心应用。OSFP封装尺寸略大，因此更适合电信应用，因为它可以提供更大的功耗。

目前400G光模块，无论封装都很贵，与用户的期望相差甚远。所以暂时还不能快速全面普及。

400G光模块价格（来自某厂商网站，仅供参考）400G光模块价格(来自厂商网站，仅供参考)

另外值得一提的是硅基灯，也就是常说的硅灯。

硅技术被认为在400G时代具有广阔的应用前景和竞争力，受到了众多企业和研究机构的关注。

光模块的关键概念

400G休息了一下，我们再回到光模块的分类。

在封装的基础上，加上一些参数，就有了光模块的命名。

以100G为例，我们经常会看到以下几种光模块:

其中，以100GBASE开头的标准都是IEEE 802.3工作组提出的。PSM4和CWDM4属于MSA。

PSM4(并行单模4通道)。

CWDM 4(粗波分复用器4通道)。

我们来看看IEEE 802.3的命名:

如上图所示:

在100GBASE-LR4的名称中，LR代表长距离，即10Km，4代表四路，即4 * 25g，组合成一个100G的光模块，可以传输10Km。

-r的命名规则如下:

-R名词解释名词解释

IEEE的100BASE和MSA的PSM4、CWDM4之所以可用，是因为100GBASE-SR4支持的距离太短，无法满足所有的互联要求，而100GBASE-LR4的成本太高。PSM4和CWDM4为中距离应用提供了更好的解决方案。

除了距离和通道数，再来看中心波长。

光的波长直接决定了它的物理特性。目前我们在光纤中使用的光的中心波长主要分为850nm、1310nm和1550nm(nm为纳米)。

其中850nm主要用于多模，1310nm和1550nm主要用于单模。

关于单模和多模，小早君之前介绍光纤的时候就详细说了。这里可以参考:光缆基础知识。

对于单模和多模，裸模块如果不做标记很容易混淆。

因此，一般厂家会区分标签的颜色:

蓝色和黄色蓝色和黄色

顺便提一下CWDM和DWDM。你也应该经常见到他们。

WDM是波分复用(Wavelength Division Multiplexing)。简单来说，就是将不同波长的光信号复用到同一根光纤中进行传输。

波分复用和频分复用

其实波分复用是频分复用的一种。波长×频率=光速(固定值)，所以除以波长其实就是除以频率。在光通信中，人们习惯用波长来命名。

密集波分复用是密集的WDM，密集的WDM。CWDM是稀疏的WDM，粗糙的WDM。从名字可以看出，D-WDM的波长间距更小。

WDM的优点是容量大，可以远距离传输。

对了，BiDi，这个概念现在也经常被提起。

BiDi(双向)是一种单光纤双向、光纤双向收发器。工作原理如下图所示。其实就是加了一个滤光片，发送和接收的波长不一样，可以实现同时发送和接收。

BiDi单纤双向光模块双向单纤双向光模块

光模块输出光功率的基本指标

输出光功率是指光模块发送端光源的输出光功率。可以理解为光的强度，单位是W或mW或dBm。其中w或mW是线性单位，dBm是对数单位。在通信中，我们通常用dBm来表示光功率。

光功率减半3dB，0dBm的光功率对应1mW。

最大接收灵敏度

接收灵敏度是指光模块在特定速率和误码率下的最小接收光功率，单位为dBm。

一般来说，速率越高，接收灵敏度越差，即最小接收光功率越高，对光模块的接收器件要求越高。

消光系数

消光比是衡量光模块质量的重要参数之一。

它是指信号的平均光功率与全调制条件下的平均光功率之比空的最小值，表示对0和1信号的区分能力。光模块中影响消光比的两个因素:偏置电流(bias)和调制电流(mod)可以看作ER=Bias/Mod。

消光比越大的光模块越好，但是消光比符合802.3标准的光模块。

光饱和度

也称饱和光功率，是指在一定传输速率下，具有一定误码率(10-10 ~ 10-12)的最大输入光功率，单位为dBm。

应当注意，在强光下，光电探测器将被光电流饱和。当这种现象发生时，探测器需要一定的时间来恢复。此时接收灵敏度会下降，可能会误判接收到的信号，产生误码。而且非常容易损坏接收端的检测器。在使用和操作中，应避免超过其饱和光功率。

光模块的产业链

最后简单说一下光模块的产业链。

目前，光模块市场非常火爆。主要原因如前所述，因为5G和数据中心。

光模块产业链光模块产业链

整个5G网络建设最贵的地方有两个，一个是基站，一个是光承载网。在光载波网络内部，光纤中的水分不多，但光模块相当庞大。

光模块内部，最贵的是芯片。而激光器和光电探测器中的芯片占了成本的一半以上。

至于芯片，目前的情况是国外厂商在高端芯片上有优势，国内厂商在低端芯片上有优势。不过国内厂商在高端市场也在不断突破。很明显，高端芯片的利润率高于低端芯片。

整体来看，我国光通信企业有1000多家，但利润率很低。而且在产业链结构中，光通信企业在设备商(华为、中兴)面前是“卑微”的，没有议价能力。

行业竞争激烈，新产品和高端产品利润更大，但随着时间的推移利润会缩水。

反正大概就是这样。

关于产业链的具体情况，因为5G，现在券商都很关注，也输出了很多相关报道。你可以自己搜索阅读。

好了，今天的文章就到这里。谢谢你的耐心。下次见！

参考资料:

1.德邦证券光模块行业深度报告

2.IMT2020推进组5G承载光模块白皮书

3.“你对100G光模块了解多少”，具体讲光通信。

4.行业图:5G(光模块)，匿名