全方位了解400G光模塊

光模塊的功能就是光電轉換。其中400G速率的光模塊是一款適用于高性能計算應用的高速光模塊，其特點具有高速率傳輸、低延時的特點，適用于現(xiàn)階段正在蓬勃發(fā)展的智算中心和超算中心等，解決了數(shù)據(jù)通信帶寬瓶頸問題。400G光模塊采用PAM4的光口調制方式，單通道速率高達100G，實現(xiàn)了在同等尺寸下的更高速率的傳輸和更低功耗。本文主要探討400G光模塊的相關知識，包括什么是400G光模塊，400G光模塊方案，400G光模塊型號，400G光模塊常見問題如400G光模塊兼容性如何、400G光模塊散熱問題、400G光模塊傳輸距離問題進行了解答，文章最后還對400G光模塊價格做了探討。

400G光模塊是傳輸速率微400G速率的光電轉換模塊，采用先進的PAM4光口調制技術，來實現(xiàn)高速率、低延時的數(shù)據(jù)傳輸，目前這款產品在超算中心、智算中心的應用相當廣泛。

400G光模塊的工作原理是將電信號轉換為光信號，通過接入的光纖進行傳輸。在接收端，將光信號轉換成能讓設備識別的電信號。400G光模塊的封裝有很多種，現(xiàn)市面上有CFP8、QSFP-DD、OSFP、QSFP112這4種類型，各個封裝類型有不同的特點，滿足各個場景的需求。

在光模塊產品中，我們會經常聽到專業(yè)人士討論NRZ和PAM4這些專業(yè)詞匯。這些字眼指的就是芯片發(fā)射出來的信號是NRZ信號還是PAM4的信號。

NRZ的全程是non-return-to-zero modulation，這是一種傳統(tǒng)的調制方式。在NRZ信號編碼中，一個比特信號被轉換成電信號脈沖，每個脈沖的電平有兩種狀態(tài)：高電平和低電平（0、1）。NRZ方案的有點是技術使用成熟穩(wěn)定，但是由于400G光模塊對傳輸速率的要求很高，頻譜效率較低的NRZ解決方案很難滿足400G光模塊。其次NRZ編碼對信道噪聲敏感，容易引入誤碼，尤其是在高速傳輸情況下，這會導致更高的誤碼率。目前這種方案在400G和800G及更高速率的光模塊方案已經逐步被淘汰。

PAM4（Pulse Amplitude Modulation 4-level）方案采用4個不同的電平來表示一個比特的信息，由于PAM4使用了四個不同的電平而不是兩個，使得在同一頻率帶寬內可以承載更多的信息比特，從而提高了頻譜利用率。這在提高傳輸速率的同時減小了信號占用的帶寬，有利于現(xiàn)有網(wǎng)絡基礎設施的有效利用。PAM4 方案的頻譜效率是 NRZ 方案的兩倍，因此能夠在相同的帶寬下實現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)傳輸速率。PAM4在頻譜效率、抗噪聲性能等方面表現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢，PAM4方案已經成為 400G光模塊的主流調制方式。

相干方案是基于相干信號的光通信技術，這種技術一般適用于高速率長距離光模塊。這種方案具有高靈敏度特點，從而傳輸距離更長，但是由于其技術復雜，成本自然而然就高了。目前相干方案的應用在400G和800G長距離傳輸中。

400G光模塊常見的型號有：

QSFP-DD 400GBASE-SR8、QSFP-DD 400GBASE-FR4、QSFP-DD 400GBASE-SR4、QSFP-DD 400GBASE-DR4、QSFP-DD 400GBASE-FR8、QSFP-DD 400GBASE-LR8、QSFP-DD 400GBASE-LR4、QSFP-DD 400GBASE-ER8、OSFP-RHS 400GBASE-SR4、OSFP 400GBASE-DR4、QSFP112 400GBASE-DR4。

400G光模塊在工作時會產生一定的熱量，熱源主要在PCB芯片和光器件（TOSA和ROSA）附近，解決光模塊散熱問題，導熱和散熱都必須要滿足條件。如果散熱不良，可能會影響光模塊的性能和壽命。400G光模塊通常采用了先進的熱管理技術，如OSFP光模塊具有集成的散熱器，大幅提高了散熱性能。

400G光模塊的傳輸距離主要受光源、色散和損耗三個方面因素影響。光源不同發(fā)光的強度不同，光傳輸?shù)木嚯x也就不一樣；色散主要是由光纖類型決定，單模光纖的色散小于多模光纖，單模光纖適合中遠距離傳輸，多模光纖適合短距離傳輸；損耗主要是由傳輸距離決定，傳輸距離越長中間的損耗越多。

高性能計算網(wǎng)絡拓撲圖可以看出來，其增加的不僅僅是設備對數(shù)據(jù)的存儲容量，最為關鍵的是，無論是交換機還是網(wǎng)卡，其端口數(shù)量的增加為高性能計算實現(xiàn)的一個重要原因，因此在高性能計算機房建設中，光模塊的占比逐步增加，因而客戶將對光模塊的成本會有更多的考量。下面是從幾個方面來分析影響光模塊價格：

對于相同速率的光模塊來說，傳輸距離越遠，價格越高

還有一個影響400G光模塊價格的重要因素就是市場需求。當市場需求較大時，會出現(xiàn)光芯片緊缺價格上漲，隨之模塊的價格也會出現(xiàn)浮動；

能夠確定的是，隨著技術的進步，400G光模塊制造工藝更加成熟，產能提高的同時400G光模塊的價格定會大幅度降低。