作者：网络投稿 发布时间：2023-03-21 00:00 阅读次数：161
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基于网络业务量的蓬勃增长，数据中心对带宽的需求越来越高，原来通过多链路捆绑还能满足需求，而如今云计算、在线游戏、在线高清视频都需要大量的网络带宽，简单地增加链路已经无法满足。比如传统数据中心上行基本10G互连端口，捆绑到8个也就是80G带宽，如果再增加链路成本太高，很多网络设备也无法支持再多的端口捆绑，所以只能需求具有更高转发速率的端口设备，40G/100G就是在这样的巨大需求背景下产生的。现在40G/100G已经规模飞入普通数据中心里，成为大型数据中心的必备选项，数据中心互连出口基本都部署数个40G或100G互连端口，将数据中心的对外访问带宽提升到100G以上，甚至可达到1T。在这次网络提速的大潮中，光模块是关键器件，若没有100G的光模块，一切都无从谈起，幸运的是100G光模块技术难度已经为人所攻破，不过这部分技术还存在不少问题，仍在不断的发展之中，本文就来说一说这方面的技术进阶。
高速光模块一般指的是40G/100G以上传输的光模块，实现具有一定技术难度，尤其是传输距离上难有突破，100G光模块传输距离难以达到10KM以上，技术门槛高也导致100G这类高速光模块价格奇高，购买一个100G光模块需要数万元，甚至比一台网络设备还要昂贵，延缓了100G光模块在数据中心应用的普及。不过，这个发展趋势是不可逆转的，就像我们使用的电脑和手机，运行速度越来越快，只要技术在进步，速度就会不断提升。高速光模块技术也在不断发展。当前最为成熟的要数PLC技术，还有基于InP集成技术，以及基于硅光子的集成技术。
PLC（Planar Lightwave Circuit）叫做平台光波导技术，指的是光波导位于一个平面内，其制作工艺与传统的半导体制作工艺兼容，并比传统光学组装工艺更加便宜，封装技术好。PLC有两种基本结构：一种是矩形光波导，光芯层为柱形；一种是脊形光波导，光芯层是一个长方形上面再摞一个长方形，两个长方形组成的脊形。PLC技术核心是采用集成光学工艺根据功能要求制成各种平面光波导，有的还要在一定的位置上沉积电极，然后光波导再与光纤或光纤阵列耦合，采用高度集成的制备技术，分路数最多达128路。采用光刻、生长和干法刻蚀工艺，在石英衬底上形成掩埋光波导，实现光功率分配，是光分路器生产的最佳技术。现在的高速光模块多采用这种技术，从生产工艺上来讲与低速高模块差不多，只不过要求制作工艺密度上更高而已，单位面积上布置的器件和芯数更多。PLC可以采用不同的介质实现，铌酸锂镀钛光波导、硅基沉积二氧化硅光波导、InGaAs/InP光波导和聚合物光波导等等，这些不同材质的成本、传输效率上都会有一些差异，各个优缺点，在此不再一一详述。总之，PLC技术并不算是一项全新技术，依然借用了很多原有的光技术，借助先进的制作工艺，达到提升单个光模块传输带宽的目的。
当光模块的速度从10G提升到40G或者100G时，采用PLC技术还能满足，如果还要提升，达到400G甚至1T时，这种技术就有些吃不消了。当前的技术工艺还没有办法达到这样的带宽密度，如果通过将光模块制作得更大来实现，显然不是一个好办法，而且PLC随着制造工艺的复杂度增加，大大增加了制作成本，这也使得PLC类的光模块价格始终处于高位，无法降低，于是硅光子技术出现了。这是一种基于硅光子学的低成本、高速的光通信技术，用激光束替代电子信号传输数据。这种低成本技术不仅可以大幅降低数据中心扩容的成本，而且还在速率上突破摩尔定律的寿命（若按照摩尔定律，以太网传输速率是不可能达到1T），使得单端口的带宽可以突破1T，这是2016年以来非常受人关注的数据中心新技术。不过，硅光子技术与光纤的耦合还存在技术难题，如何将10微米纤芯的光纤与只有0.35到0.5微米尺寸的波导对准，在晶圆级的检测存在挑战。令人欣慰的是还是有些厂家突破了这些技术难度，制作出了一些硅光子光模块，并进行正式售卖，硅光子光模块克服了100G高速光模块传输距离过短的问题。虽然这些光模块还不能提供200G及以上速率，但是相信随着技术的不断完善，肯定可以在未来实现。现在以太网标准组织已经着手制定400G的传输标准，这说明从技术理论上来讲是存在可能的，不然也不会去制定这类传输标准。
光子集成也是未来高速光模块可能会选用的一种技术，以介质波导为中心集成光器件的光波导型集成回路，即将若干光器件集成在一片基片上，构成一个整体，器件之间以半导体光波导连接，形成高速转发的光模块。光子集成是光纤通信最前沿、最有前途的领域，它是满足未来网络带宽需求的最好办法之一。当然，光子集成光模块的制造并不是一件容易的事情，光子器件具有三维结构，制作时需要在不同材料多个薄膜介质层上重复地沉积和蚀刻才能实现，这类复杂技术预计只能到400G时才有机会看到。
数据中心高速光模块技术仍在不断发展中，一旦有突破对数据中心提升网络带宽是非常有益的。在很大程度上，高速光模块的技术阻碍了数据中心向更高的网络带宽发展。从以往的网络带宽提升过程来看，一旦更高速率的光模块被设计实现出来，并具备商用条件后，很快就会在实际网络中掀起更新换代的热潮，所有与其配套的网络设备、光纤、网络芯片等很快也会配合支持，所以光模块技术的发展水平决定了数据中心整体带宽水平，是数据中心提升网络带宽的最为关键一环。
不同型号参数的模块功耗是不同的，同型号各品牌也稍有差别。千兆一般1W左右；SFP+万兆一般1.2-1.5w；XFP万兆短距1.5-2w，长距3.5w；100G根据封装不同，一般3.5-9w。
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