一般的な光モジュールのフォームファクタ

光モジュールは、光ファイバー通信産業の発展から派生した専門分野であり、一定の進歩段階に達しています。

1960年にレーザーが発明されました。

1962年までに、半導体はレーザー製造に利用されました。電気光変換効率は非常に低く、動作寿命は非常に短かったものの、半導体レーザーの理論的基礎は確立されました。

1966 年は光ファイバーが通信に使用できるという理論が確立された年でした。

1970 年から 1980 年にかけては、半導体レーザーの理論と製造技術の発展とともに、光ファイバーの製造プロセスが進歩しました。

1985年頃から光ファイバー通信の産業化が始まりました。

1995年までに、光ファイバー通信に使用される光電子信号変換器が大量生産され始めました。

光モジュールの役割は、光信号を電気信号に変換することと、その逆を行うことです。

1995 年は、インターネットが家庭に普及し、Windows 95 が発売され、パソコンが普及した重要な年でした。この時代は、電子メールの送信、オンラインでの画像の閲覧、ソーシャル インタラクション、コミュニティでの噂話、Web でのショッピングなどのアクティビティが見られ、その結果、通信トラフィックが急増し始めました。

光電子信号の変換インターフェースは、メガビット速度からギガビット速度 (1Gbps) へと進化しました。この進歩により、GBIC という名前が生まれました。

ギガビットは1Gbpsを指します。

コンバーターは光信号と電気信号の変換に重点を置いています。

インターフェースは、光学、電気、信号、および物理的な接続を網羅する標準化された業界インターフェースを意味し、業界標準の「ネジ」に似た構造標準を作成します。

業界の成長に伴い、同じスペース内でのモジュール接続の増加が求められました。2000 年頃、GBIC よりも小型のフォーム ファクタである SFP が登場しました。SFP は、同じ 1 Gbps 信号変換を可能にしましたが、よりコンパクトな設計でした。

SFP は導入以来、驚異的な長寿命を誇っています。当初は当時高速と考えられていた Gbps レベルの変換を実現するために設計されましたが、速度が 2.5Gbps、10Gbps、さらには 28Gbps に増加しても、モジュールの形状とサイズはほとんど変わりませんでした。2019 年には、SFP28 が 5G (第 56 世代) モバイル基地局のフロントホール アプリケーション向けの主流の光モジュール フォーム ファクタになりました。過去 112 年間で進化を続け、最大 XNUMXGbps および XNUMXGbps の速度をサポートしています。

SFP の特徴は、1 つの送信チャネルと XNUMX つの受信チャネルという XNUMXx 構造です。

1 年を振り返ると、10Gbps イーサネット光モジュールはすでに標準となっており、XNUMXGbps 光モジュールの標準を確立するための取り組みも進められていました。

2000 SFP 規格は 1Gbps 用に設計されました。

2001Gbps イーサネット モジュールを表す 10 年の Xenpak 規格では、かなり大きなフォーム ファクタが採用されました。当時、これは必要な妥協策であり、このような大きな筐体で 10Gbps 変換を可能にするコンポーネントを収容するには、特に電気信号設計では、広範な補助設計と複数のチャネル構成が必要でした。

Xenpak の「X」はローマ数字の 10 を表します。

その後の取り組みは、10Gbps モジュールの小型化に重点が置かれました。X2 は Xenpak の小型設計を表し、XFP は X2 よりもさらにコンパクトなフォーム ファクターを提供しました。

光モジュールの開発は明確な軌跡をたどっており、Xenpak、X2、XFP シリーズは進歩を続け、GBIC や SFP などの以前の設計も進化しています。

2009 年までに、アップグレードされた SFP バージョンである SFP+ が導入されました。これは 10Gbps の容量をサポートし、XFP よりもわずかに小さいため、業界で XFP の市場シェアの一部を徐々に置き換えていきました。

その後、100G 光モジュールの時代が始まりました。2009 年には、10G モジュールが大型の Xenpak から X2、XFP、SFP+ へと移行し、サイズは徐々に小型化されました。同時に、100 チャネルの 10G 光モジュールの標準化が、「100G ホットプラグ可能パッケージ」という名前で開始されました。ここで「C」はローマ数字の 100 を表しています。

オリジナルの CFP のサイズと比較すると、その大きな寸法がわかります。

業界の発展に伴い、CFP モジュールの第 2 世代と第 4 世代 (一般に CFP2013 と CFP2014 と呼ばれる) が XNUMX 年と XNUMX 年に定義されました。

2012 年から 2014 年にかけて、データ センター向け光モジュール市場は爆発的な成長を遂げました。40G 光モジュールの短い期間を経て、市場は 100G データ センター光モジュールに移行しました。

当時、CFP4モジュールは比較的サイズが大きく、100G専用に設計されていました。コネクタの性能も優れていました。しかし、4xSFPチャネルを備えたQSFP+シリーズが急速に進化し、 QSFP28 100G モジュール シンプルでコスト効率の高いデザインで市場を席巻しました。

2014 年以降、QSFP シリーズは大きな注目を集めました。一貫したフォーム ファクタを維持するという制約の中で、このシリーズは帯域幅を最適化し、100G、200G、400G データ センター光モジュールのビット レート変換能力を強化しました。その結果、CFP4 モジュール タイプは目立たなくなりました。

2017 年以降、業界は 400G モジュールに注目し始めました。当時、いくつかの選択肢が浮上しました。

CFP シリーズの拡張版である CFP8。

OSFP は新しく定義された構造を表し、「O」は 8x チャネルを表します。

QSFP シリーズの派生製品である QSFP-DD は、倍密度機能を備えて設計されています。

CFP シリーズは当初 100G アプリケーション向けに定義されました。400G を実現するために、業界ではモジュール サイズを拡大するという従来のアプローチが採用されました。その結果、CFP8 モジュールは CFP2 の寸法に近いフォーム ファクターに戻りました。

この時期に OSFP では新しい構造設計が導入され、QSFP シリーズではフレームワーク内に倍密度 (DD) 機能が組み込まれました。

現在、OSFPと QSFP-DD 400G モジュールでは最も人気のある選択肢であり、CFP8 は徐々に市場シェアを失っています。

800G 時代では、QSFP-DD のコンパクトなサイズは、高熱密度による課題があり、その使用が減少しています。代わりに、OSFP とその拡張サイズ バリアントである OSFP-XD が、800G モジュールの主なフォーム ファクタの選択肢となっています。

1.6T ホットプラグ可能なモジュールの場合、OSFP-XD が主要なフォーム ファクタとして先頭に立っています。

2021年と2022年には、高密度スイッチング向けに設計された3.2Tbps CPO光モジュールの標準化の取り組みが開始されました。

CPO モジュールのコンパクトなサイズは、シリコン フォトニクス技術の統合によって実現されています。多くのメーカーは、レーザーと検出器のコンポーネントをモジュール内に組み込むか、レーザーを外部に配置することを選択しており、CPO モジュールの容量対体積比を最大化しています。

2011 年から 2012 年にかけて、コヒーレント モジュール業界は初期段階に入りました。初期のコヒーレント モジュールはボードにマウントされた設計で、変調器、光源、ミキサー、バランス検出器、DSP、およびコヒーレント通信用のその他のコンポーネントを収容するために、300 インチ x 5 インチの大型 7 ピン フォーム ファクタが必要でした。これらの 100G コヒーレント モジュールの消費電力は 80W に達しました。

時間の経過とともに、コヒーレント モジュールの寸法は 5 インチ x 7 インチから 4 インチ x 5 インチに縮小されました。半導体変調器、半導体 ICR 構造、および DSP 製造プロセスのさらなる小型化により、ホットプラグ可能な CFP および CFP2 モジュールへの移行が容易になりました。

2022 年までに、400GZR コヒーレント モジュールが超小型 QSFP-DD フォーム ファクターで利用可能になりました。