全方位了解400G光模块
全方位了解400G光模块
400G光模块是适用于高性能计算应用的高速光模块，具有高速率传输、低延时的特点。本文将从多个维度全面解析400G光模块，包括其工作原理、不同调制方案的比较、常见型号以及实际应用中可能遇到的问题。
1. 什么是400G光模块
400G光模块是传输速率微400G速率的光电转换模块，采用先进的PAM4光口调制技术，来实现高速率、低延时的数据传输，目前这款产品在超算中心、智算中心的应用相当广泛。
400G光模块的工作原理是将电信号转换为光信号，通过接入的光纤进行传输。在接收端，将光信号转换成能让设备识别的电信号。400G光模块的封装有很多种，现市面上有CFP8、QSFP-DD、OSFP、QSFP112这4种类型，各个封装类型有不同的特点，满足各个场景的需求。
2. 400G光模块方案
在光模块产品中，我们会经常听到专业人士讨论NRZ和PAM4这些专业词汇。这些字眼指的就是芯片发射出来的信号是NRZ信号还是PAM4的信号。
2.1 NRZ
NRZ的全程是non-return-to-zero modulation，这是一种传统的调制方式。在NRZ信号编码中，一个比特信号被转换成电信号脉冲，每个脉冲的电平有两种状态：高电平和低电平（0、1）。NRZ方案的有点是技术使用成熟稳定，但是由于400G光模块对传输速率的要求很高，频谱效率较低的NRZ解决方案很难满足400G光模块。其次NRZ编码对信道噪声敏感，容易引入误码，尤其是在高速传输情况下，这会导致更高的误码率。目前这种方案在400G和800G及更高速率的光模块方案已经逐步被淘汰。
2.2 PAM4
PAM4（Pulse Amplitude Modulation 4-level）方案采用4个不同的电平来表示一个比特的信息，由于PAM4使用了四个不同的电平而不是两个，使得在同一频率带宽内可以承载更多的信息比特，从而提高了频谱利用率。这在提高传输速率的同时减小了信号占用的带宽，有利于现有网络基础设施的有效利用。PAM4 方案的频谱效率是 NRZ 方案的两倍，因此能够在相同的带宽下实现更高的数据传输速率。PAM4在频谱效率、抗噪声性能等方面表现出显著的优势，PAM4方案已经成为 400G光模块的主流调制方式。
2.3 相干方案
相干方案是基于相干信号的光通信技术，这种技术一般适用于高速率长距离光模块。这种方案具有高灵敏度特点，从而传输距离更长，但是由于其技术复杂，成本自然而然就高了。目前相干方案的应用在400G和800G长距离传输中。
3. 400G光模块型号
400G光模块常见的型号有：
- 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
- OSFP400GBASE-DR4
- QSFP112400GBASE-DR4
4. 400G光模块常见问题解答（FAQ）
4.1 400G光模块的散热问题如何解决？
400G光模块在工作时会产生一定的热量，热源主要在PCB芯片和光器件（TOSA和ROSA）附近，解决光模块散热问题，导热和散热都必须要满足条件。如果散热不良，可能会影响光模块的性能和寿命。400G光模块通常采用了先进的热管理技术，如OSFP光模块具有集成的散热器，大幅提高了散热性能。
4.2 400G光模块的传输距离受哪些因素影响？
400G光模块的传输距离主要受光源、色散和损耗三个方面因素影响。光源不同发光的强度不同，光传输的距离也就不一样；色散主要是由光纤类型决定，单模光纤的色散小于多模光纤，单模光纤适合中远距离传输，多模光纤适合短距离传输；损耗主要是由传输距离决定，传输距离越长中间的损耗越多。
5. 400G光模块价格探讨
高性能计算网络拓扑图可以看出来，其增加的不仅仅是设备对数据的存储容量，最为关键的是，无论是交换机还是网卡，其端口数量的增加为高性能计算实现的一个重要原因，因此在高性能计算机房建设中，光模块的占比逐步增加，因而客户将对光模块的成本会有更多的考量。下面是从几个方面来分析影响光模块价格：
5.1 传输距离
对于相同速率的光模块来说，传输距离越远，价格越高
5.2 市场需求
还有一个影响400G光模块价格的重要因素就是市场需求。当市场需求较大时，会出现光芯片紧缺价格上涨，随之模块的价格也会出现浮动；
能够确定的是，随着技术的进步，400G光模块制造工艺更加成熟，产能提高的同时400G光模块的价格定会大幅度降低。