隨著人工智能（AI）技術的飛速發展，AI數據訓練及應用往往涉及到海量的數據傳輸和實時交互，對算力和網絡的需求正呈現爆發式的增長。

光模塊作為網絡中設備之間傳輸數據的“快遞員”，為“算力高速公路”承載著海量數據的收發，其重要地位愈發凸顯。

今天文檔君帶你一文讀懂光模塊。

1什么是光模塊

光模塊是一種將電信號與光信號互轉的器件，其主要作用是在發送端將電信號轉換成光信號，通過光纖傳送后，再在接收端將光信號轉換成電信號。

通過光模塊，可以實現各類型設備間的無縫連接和協作，例如網絡上的路由器、交換機、服務器和存儲設備等都離不開光模塊的互聯，光模塊的應用非常廣泛。

2光模塊的組成

光模塊通常主要由光發射組件、光接收組件、光接口、底座、電路板和電接口金手指等組成。

3光模塊的速率

光模塊接口速率指每秒傳輸比特數，單位有Mbps、Gbps及Tbps。

目前光模塊的主要傳輸速率有：1Gbps、10Gbps、25Gbps、 40Gbps、100Gbps、200Gbps、400Gbps、800Gbps等。

4光模塊的封裝

封裝可以簡單理解為光模塊的外觀和接口形式。

封裝標準由標準化組織確定，封裝標準的確定，使得各個廠商生產的光模塊得以兼容、互聯互通。光模塊行業中使用最多的標準化組織是IEEE（電氣與電子工程師學會）和MSA（Multi-Source Agreement，多源協議）。MSA實際是一種多供應商規范，是對IEEE標準的補充。

當前標準化組織所規范的常見光模塊封裝有：GBIC、SFP、SFP+、SFP28、QSFP+、QSFP28、CFP、CFP2、CFP4、CFP8、QSFP-DD、OSFP等。

SFP

Small Form-Factor Pluggable，小封裝可熱插拔。

GBIC是由MSA定義的首個光模塊封裝標準協議，SFP光模塊可以理解為GBIC光模塊的升級版本。SFP光模塊支持熱插拔，模塊體積比GBIC光模塊減少一半。SFP光模塊支持千兆和百兆速率。

SFP+

Small Form-factor Pluggable Plus，增強型小封裝可熱插拔。

SFP+和SFP光模塊具有相同外觀尺寸，區別是SFP+光模塊功耗更小、速率更高，SFP+支持萬兆速率。

SFP28

Small Form-factor Pluggable 28，小封裝可熱插拔28。

SFP28是SFP+升級版，與SFP+相同的外觀尺寸，SFP28光模塊可支持單通道25Gbps速率。

QSFP+

Quad Small Form-factor Pluggable Plus，四通道增強型小封裝可熱插拔。

QSFP+光模塊同時支持4通道傳輸，單通道可支持10Gbps速率，通過4通道傳輸實現40Gbps速率。

QSFP28

Quad Small Form-factor Pluggable 28，四通道小封裝可熱插拔28。

QSFP28光模塊同時支持4通道傳輸，單通道可支持25Gbps到40Gbps速率，通過4通道傳輸實現超100Gbps速率。

QSFP28與QSFP+具有相同的外觀尺寸，但是速率不同。

CFP/CFP2/CFP4/CFP8

C Form-factor Pluggable，C型可插拔。

CFP光模塊傳輸速率范圍為100Gbps~400Gbps。CFP是在SFP基礎上設計，但比SFP具有更大的外觀尺寸。

CFP的單通道可支持10Gbps速率，通過4×10Gbps和10×10Gbps，實現40Gbps和100Gbps速率。

CFP2的尺寸是CFP的二分之一，通過4×25Gbps和8×25Gbps，實現100Gbps和200Gbps速率。

CFP4的尺寸是CFP的四分之一，通過4×10Gbps和10×10Gbps，實現40Gbps和100Gbps速率。

CFP8是針對400G的封裝類型，通過16×25Gbps和8×50Gbps，實現400Gbps速率。

QSFP-DD

Quad Small Form-factor Pluggable-Double Density，雙密度四通道小型可插拔封裝。

QSFP-DD封裝可兼容QSFP+/QSFP28等QSFP封裝，將QSFP的4通道增加了一排通道，變為同時支持8通道傳輸，單通道速率可達25Gbps、50Gbps、100Gbps，因此QSFP-DD光模塊可支持200Gbps、400Gbps或800Gbps速率。

OSFP

Octal Small Form-factor Pluggable，八通道小型封裝熱插拔。

OSFP光模塊具有8個高速電氣通道，每個通道速率可達100Gbps，總帶寬可支持200Gbps、400Gbps、800Gbps以及1.6Tbps速率，尺寸比QSFP-DD略大。

隨著光模塊的性能和傳輸帶寬逐漸提升，光模塊的封裝方式也在持續演進，以更高傳輸速率、更小的尺寸、更低的功耗與更高密度作為方向發展。

5光模塊的傳輸距離

光模塊的傳輸距離分為短距、中距和長距三種。一般認為2 km及以下的為短距離，30 km及以上的為長距離。

實際使用中，光模塊可傳輸的距離會受到限制，主要是因為光信號在光纖中傳輸時會有一定的損耗和色散。

損耗

是指光信號在光纖介質中傳輸時，強度逐漸減弱的現象。單位以dB/km表示。

光信號的損耗主要來源包括光纖材料吸收損耗、散射損耗、彎曲損耗以及連接器/接頭損耗等。通常，單模光纖相對多模光纖損耗較小。

色散

是指不同頻率或不同模式的光信號在光纖中傳播速度不同，導致光脈沖展寬，從而引起信號失真的現象。單位以ps/(nm·km)表示。

色散會使相鄰脈沖重疊引起誤碼率升高，限制光纖的最大傳輸速率和無中繼傳輸距離。

6光模塊的傳輸模式

根據光信號在光纖中的傳輸模式，光纖可以分為單模光纖（SMF）和多模光纖（MMF）。為了適用不同類別的光纖，光模塊也分單模光模塊、多模光模塊。

單模光模塊

單模光模塊與單模光纖配套使用。單模光纖的纖芯較細，使用光的單一模式傳送信號，傳輸過程中色散較小，傳輸容量大，通常用于長距離傳輸。

多模光模塊

多模光模塊與多模光纖配套使用。多模光纖的纖芯較粗，使用光的多種不同模式傳送信號，傳輸過程中色散較大，傳輸性能比單模光纖差，但成本低，適用于較小容量、短距傳輸。

7光模塊的中心波長

中心波長指光信號傳輸所使用的光波段，單位nm（納米）。中心波長越長，光信號在光纖中的損耗越小，傳輸距離越遠。

常用的光模塊的中心波長主要有三種：850 nm波段、1310 nm波段以及1550 nm波段。

除上述三種波段外，還有用于波分系統的CWDM和DWDM波段。

無論是CWDM還是DWDM，這些波長在設備上呈現為“彩光”光模塊。這些光模塊通過不同顏色的光（即不同波長）來傳輸數據，每個顏色代表一個獨立的數據通道，從而在單根光纖上實現多個波長信號的傳輸。這種技術極大地提高了光纖的傳輸容量和效率。

與此相對，850 nm、1310 nm和1550 nm波段由于中心波長相對單一，也稱為“灰光”或“黑白光”。與彩光光模塊不同，灰光光模塊并不采用復雜的波分復用技術，而是專注于提供穩定可靠的單一波長傳輸。這種特性使它更適合用于短距離、低成本的網絡連接，例如IP網絡場景。

8光模塊的光功率

光模塊光功率是衡量光模塊性能的核心參數之一，包括發送光功率、接收光功率、過載光功率和接收靈敏度等指標，直接影響光纖通信系統的穩定性與傳輸質量。

發射光功率：指光模塊發送端光源發出的光強度，單位為dBm，發射光功率需保持穩定以確保信號傳輸質量。

接收光功率：表示接收端可識別的平均光功率范圍，其下限為接收靈敏度最大值，上限為過載光功率，單位為dBm。

過載光功率：又稱為飽和光功率，指光模塊接收端能承受的最大輸入光功率，單位為dBm，當接收光功率大于過載光功率時會導致誤碼，甚至設備損壞。

接收靈敏度：指光模塊在滿足一定誤碼率條件下的最小可接收光功率，單位為dBm。

9光模塊的接口類型

指光模塊對接光纖時的物理連接器類型，常見的連接器類型有SC、LC、MPO等。

SC（Square Connector）：一種標準的方形光纖連接器，具有良好的穩定性和耐用性。SC接口最初設計用于接入網絡中的用戶端設備，但現在也廣泛應用于各種網絡環境中。

LC（Little Connector）：一種小型化的光纖連接器，LC接口具有較小的尺寸和較高的精度。LC接口可用于單模或多模光纖，廣泛應用于數據中心、電信網絡等高密度布線環境。

MPO（Multi-fiber Push On）：一種多芯光纖連接器，可以同時連接多根光纖。MPO接口通常用于高密度布線環境中的并行數據傳輸，如數據中心內部的服務器互聯或交換機之間的高速鏈路。

10光模塊的命名

不同廠家對光模塊命名有各自廠家的規則。IEEE、MSA等組織也對光模塊命名提供了規范標準。以100G光模塊為例，IEEE 802.3定義的命名規范如下圖所示。

100G光模塊命名各參數取值參見下表。

例如，某100G光模塊命名為100GBASE-LR4，表示含義為光模塊速率為100 Gbps、支持的傳輸距離為10 km、光模塊支持4通道。

在實際使用中，一些廠家的光模塊命名還包括了封裝類型，如QSFP28-100G-S40K，QSFP28表示封裝類型為QSFP28，100G表示光模塊的接口速率，S表示單模，40K表示支持的傳輸距離為40 km。

總之，不同廠家的光模塊命名有差異，但命名規則通常包含封裝類型、傳輸速率、光纖類型、傳輸距離、工作波長等信息。

11光模塊的新技術

光模塊制造的核心在于封裝技術。目前，COB（Chip on Board，板上芯片）為高速光模塊的主流封裝方案。

COB通過將裸芯片（光芯片與電芯片）直接貼裝在PCB基板上，并采用引線鍵合實現電氣連接，顯著提升了集成度，同時具備體積小、散熱好、成本低等優勢，廣泛應用于400G、800G等高速模塊中。

為滿足網絡對更高帶寬和更低功耗的需求，光模塊技術正沿著一條清晰路徑不斷演進，主要方向包括以下三種關鍵技術。

當前，隨著AI掀起的算力基礎設施建設的加速，對用于數據中心光互聯的高速光模塊需求顯著增長，400G光模塊已廣泛應用、800G光模塊已規?；逃茫?.6T光模塊已進入量產階段。

未來，在AI與算力網絡驅動下，光模塊必將加速向著“更高速率、更低功耗、更小體積、更智能集成”階段發展，CPO與硅光技術或將成為未來光模塊發展的核心引擎。