800克光学模块的意义是AI技术开发的转折点

01 800 GBIT/S光学模块的演变

光学模块在网络连接中执行光电信号转换的任务，负责在发送端将电信号转换为光学信号，然后在通过光纤传输后，将光学信号转换为接收端的电信号。

随着光电设备的开发和集成，它们的性能和传输带宽继续改善，光学模块需要更高的传输速率和较小的尺寸才能适应不同的使用情况。包装方法也在不断发展，较小的包装和功耗意味着光学模块在开关上具有较高的端口密度，并且相同的功率可以驱动更多的光学模块。

增加带宽要求

带宽需求的增加对高速光学模块产生了重大影响。随着新兴技术的持续出现以及对大规模数据传输的需求，传统的100G，200G，400G光学模块无法完全满足市场需求。为了满足不断增长的带宽需求，800克光学模块正在成为趋势。

LPO技术的增长

在800克光学模块的时代，线性驱动器可插入光学器件（LPO）技术突出。 LPO在数据链路中使用线性模拟组件，而无需复杂的CDR或DSP设计。与DSP解决方案相比，LPO大大降低了功耗和延迟，使其非常适合AI计算中心的短距离，高宽带，低功率和低延迟数据连接要求。随着云服务提供商扩大计算资源的扩展，包括800G LPO在内的LPO解决方案有望捕获大量的市场份额。

   

02 800 GBIT/S光学模块包

随着技术的持续发展，光学模块的包装形式已经发生了重大演变。从早期的GBIC软件包到较小的SFP软件包，再到今天的800G QSFP-DD和OSFP软件包。这种发展趋势不仅反映了速度的光学模块的持续改进，而且还显示了其在微型化和热交换方面的进步。 800G光学模块越来越多地用于广泛的应用中，包括以太网，CWDM/DWDM，连接器，光纤通道和有线/无线访问。

800G QSFP-DD形式：

双密度四通道小型可插入高速模块。 QSFP-DD是当今800克光学模块的首选软件包，使数据中心能够根据需要有效地增长和扩展云容量。 QSFP-DD模块使用8通道电气接口，速率高达25GB/s（NRZ调制）或每个通道50GB/S（PAM4调制），提供高达200GB/s或400GB/s的聚合解决方案。

800克QSFP-DD的好处：

1。向后兼容，与QSFP+/QSFP28/QSFP56 QSFP软件包兼容。

2。2 by-1堆叠的集成笼子连接器支持单高和双高笼式连接器系统。

3。通过SMT连接器和1XN笼可以实现每个模块的至少12瓦的热容量。较高的热容量可以减少光学模块的散热功能要求，从而降低一些不必要的成本。

4，在QSFP-DD的设计中，MSA工作组完全考虑了用户使用的灵活性，使用ASIC设计，支持各种接口速率，并且可以向后兼容（与QSFP+/QSFP28兼容），从而降低了端口成本和设备的部署成本。

800G OSFP形式：

OSFP是一个新的光学模块，比CFP8小得多，但略大于QSFP-DD，具有8个高速电气通道，每个1U前面板仍然支持32个OSFP端口，具有集成的散热器可以极大地改善散热性能。

800克OSFP的好处：

1。OSFP模块设计了8个通道，直接支持多达800克的总吞吐量，从而达到了更高的带宽密度。

2，由于OSFP软件包支持更多的渠道和更高的数据传输速率，因此可以提供更高的性能和更长的传输距离。

3。OSFP模块具有出色的热设计，可以处理更高的功耗。

4.OSFP旨在支持将来更高的利率。由于OSFP模块的尺寸较大，因此可以支持更高的功耗，从而支持更高的速率，例如1.6T或更高。

QSFP-DD在电信应用程序中通常是优选的，并且OSFP更适合数据中心环境。两者之间的主要区别是：

1）大小：OSFP尺寸稍大

2）功耗：OSFP功耗略高于QSFP-DD。

3）兼容性：QSFP-DD与QSFP28和QSFP+完全兼容，而OSFP则不兼容。

 

03 800 Gbit/s光学模块的类型

800G = 8*100G = 4*200G，因此可以根据单通道速率（即单渠道100G和200G）将其分为两类。相应的体系结构如下图所示。单通道100G光学模块可以快速实施，而200G需要更高的光学设备要求。由于电气接口支持的当前最大速度为112Gbps PAM4，因此需要将变速箱转换为200G的单个通道。

1）800G SR8

它使用波长为850nm的VCSEL方案，单个通道速率为100Gbps PAM4，需要16个光纤。这可以看作是400G SR4的升级版本，其频道数量是两倍。光学接口是MPO-16或2线MPO-12，如下图所示。 800G SR8光学模块通常用于800G以太网，数据中心链接或800G-800G互连。

2）800G SR4

该方案使用850nm/910nm波长，双向传输，使用模块中的demux将两个波长分开。单通道速率为100Gbps PAM4，需要8个光纤。与SR8相比，该方案中的纤维量减少了一半。其框图如下所示：

光纤接口显示在下图中，并使用MPO-12接口。

对于单模案例，800G光学模块具有多种标准：

1）800G DR8，800G 2XDR4和800G PSM8

这三个标准的内部体系结构相似，全部8个发送和8个接收，单通道速率100Gbps，需要16个光纤。

800G DR8光学模块使用100G PAM4和8通道单模并行技术，通过单模光纤的传输距离可以达到500m，通常用于数据中心，800G-800G，800G-400G，800G-400G，800G-100G互连。

800G PSM8使用CWDM技术，具有八个光通道，每个光通道传输速率为100gbps，支持100m传输距离，非常适合长距离传输和光纤资源共享。

800G 2DR4是指两个400G-DR4端口。 2DR4的光端口是两个MPU-12端口，如下图所示。它可以连接到无光纤分支电缆的400G DR4光学模块，并支持500m的传输距离，从而促进数据中心升级。 PSM8和DR8的光学接口为MPO-16。

2）800G 2XFR4和2XLR4

两个标准的内部结构相似，并且都包含四个波长，单个通道速率为100gbps。为了减少使用MUX的纤维数量，需要四个纤维，如下图所示。

这两种解决方案是使用1271/1291/1311/1331NM的CWDM4波长升级到400G FR4和LR4光学模块。 2XFR4支撑2公里的传输距离，2XLR4支持10公里的传输距离。光学接口采用双CS或双LC接口。

3）800G FR4

该方案使用四个波长，一个200Gbps的单个通道速率，需要两个光纤以支撑2km的传输距离，如下图所示。

它使用双工LC​​光学接口，如下所示

4）800G FR8

该方案使用8个波长，每种波长为100gbps，并且需要两个光纤以支撑2km的传输距离，如下图所示。八个波长通道分别为1271/1291/1311/1331/1351/1371/1391/1411 nm。

04 Al对800 GBIT/S光学模块部署的影响

为什么800克对于AI服务器来说比400G重要？

首先，AI服务器需要高数据传输速率和较低的延迟，需要与基本带宽相匹配的机架开关。这些开关可能还需要延迟冗余，这需要高速光学模块。例如，NVIDIA DGX H100服务器配备了八个H100 GPU模块，每个模块都需要两个200G光学模块。因此，每个服务器至少需要16个200G模块，并且相应的上架开关需要至少4个800G端口。

其次，800克光芯片具有更高的成本效率和经济利益。他们使用100克EML芯片，而200克/400克使用50克光学芯片。数据表明，以相同的速度，100克光学芯片的成本比两个50克光学芯片低30％。

然而，在该行业中，有400克光学模块仍然具有重要意义。尽管它们可能与800克光学模块的速度不匹配，但与较旧技术相比，它们显着增加带宽，并且是许多企业的首选解决方案。此外，某些应用程序可能不需要800克以太网的全部功能，而400克以太网对它们来说更为实用。

随着对更快，更高效的数据传输的需求继续涌现，800克光学模块的时代已经到来。凭借出色的带宽功能和LPO技术的进步，800克光学模块将彻底改变AI行业和数据中心。