IEEE和MSA的100G光模块解析

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1、技术干货

2、浅析数据中心100G光模块传统数据中心主要基于10G网络架构，为了适应AI、深度学习、大数据计算等业务的规模部署，下一代数据中心架构正在向25G/100G网络架构演进，在国内已经看到BAT等互联网巨头都实现了规模部署。建设25G/100G数据中心需要大量100G光模块，在网络建设成本中占比较高，100G光模块标准都有哪些，我们又该如何选择呢？今天就为大家简单梳理下数据中心100G光模块标准以及封装格式。一、100G光模块标准组织在开始分享光模块标准之前，先了解下光模块的标准化组织。对于光模块的定义主要是两

3、个关键组织，即IEEE和MSA（MultiSourceAgreement，多源协议），两者之间互补而又互相借鉴。想必大家都知道IEEE是电子电气工程师协会，而802.3是IEEE下面的一个工作组，很多10G、40G、100G、400G的光模块标准都是由IEEE802.3工作组提出的。MSA是一种多供应商规范，相比IEEE算是一个民间的非官方组织形式，针对不同的光模块标准会形成不同的MSA协议，可以理解是产业内企业联盟行为。MSA除了定义光模块的结构封装（包括外形尺寸，电连接器，引脚分配等），也会定义电接口、光接口，

4、从而形成完整的光模块标准。很久以前光模块产业链很混乱，每个厂家都有各自的结构封装，开发的光模块有大有小，接口也是五花八门。为了解决这个问题，MSA多源协议应运而生，各厂家都遵循MSA提出的标准统一光模块的结构封装和相关接口，这就像手机充电口的标准化。针对100G，MSA定义的标准包括100GPSM4MSA、100GCWDM4MSA和100GLambdaMSA。二、100G光模块标准为了满足不同距离的100G互联场景，IEEE以及MSA定义的100G标准超过十种，但是主流的是下面六种标准。▲100G光模块主流标准其中

5、100GBASE开头的标准都是IEEE802.3提出的。如上图所示：100GBASE-LR4名称中，LR表示longreach，即10Km，4表示四通道，即4*25G，组合在一起为可以传输10Km的100G光模块。其中-R的命名规则如下：▲-R名词解释除了IEEE提出的100GBASE系列标准，为何MSA还提出了PSM4以及CWDM4标准呢？100GBASE-SR4和100GBASE-LR4是IEEE定义的最常用的100G接口规范。但是对于大型数据中心内部互联场景，100GBASE-SR4支持的距离太短，不能满足所

6、有的互联需求，而100GBASE-LR4成本太高。因此，MSA为市场带来了中距离互联的解决方案，PSM4和CWDM4是这次革命的产物。当然100GBASE-LR4的能力完全覆盖了CWDM4，但在2Km传输的场景下，CWDM4方案成本更低，更具竞争力。下图是100GBASE-LR4以及100GCWDM4的原理图：▲100GBASE-LR4原理图▲100GCWDM4原理图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.

7、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通道三：1303.54~1

8、305.63nm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（DirectModulatedLaser，直接调制激光器），而LR4使用EML（Electro-absorptionModulatedLaser，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

9、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。1.LR4需要额外增加TEC（ThermoElectricCooler半导体热电制冷器）因为LR4的相邻通道之间只有4