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CPAK光模块分析:CPAK未来前景如何?

2020年04月02日 989

随着公共云、物联网(IoT)、人工智能(AI)的发展,100G网络系统开始大规模部署,100G光模块的市场正在到来。目前市场上主流的100G光模块有CXP光模块、CFP/CFP2/CFP4光模块QSFP28光模块等。2013年3月,思科推出了独家研发的100G光模块CPAK,适用于企业网与服务供应商数据中心以及边缘网络的连接,为100G提供了高密度连接解决方案。时至今日,在科技飞速(FS)发展的大背景下,CPAK能否在竞争激烈的市场上保持一席之地呢?

100G CPAK光模块是什么?

100G CPAK Transceivers.png图1:100G CPAK光模块

CPAK是思科专有的100G封装,但它整合了几个不同的IEEE标准接口,其中包含了100GBASE-SR10、100GBASE-ER4L、100GBASE-LR4、10x10G-ERL、10x10GBASE-LR,从而满足在不同距离和光纤类型上100G的传输。CPAK模块可支持10×10Gbps和4×25Gbps两种并行通道模式,从而实现100G传输,同时也可通过高密度MPO-24分支跳线向下支持1分10×10G的输出模式。100G CPAK光模块可以用在思科交换机或路由器的端口上,最独特的优势之一就是应用了CMOS光子学技术,CPAK因此有了更高的端口密度。思科的CPAK模块同时将高密度与高带宽结合起来,在QSFP28封装出现之前它也是市面上功耗最低的100G封装类型。具体的CPAK光模块种类与差异请看下表。

CPAK模块类型 波长(nm) 线缆类型 纤芯尺寸 (μm) 模式带宽 (MHz*km) 线缆长度
CPAK-100G-LR4 & CPAK-100GE-LR4 1310 双工单模光纤 9μm纤芯(G.652单模光纤) / 10km
CPAK-100G-ER4L 1310 双工单模光纤 9μm纤芯(G.652单模光纤) / 25km
CPAK-10x10G-LR 1310 24芯单模光纤 9μm纤芯(G.652单模光纤) / 10km
CPAK-10x10G-ERL 1550 24芯单模光纤 9μm纤芯(G.652单模光纤) / 25km
CPAK-100G-SR10 850 24芯单模光纤 50.0 2000 (OM3) / 4700(OM4) 100m/150m
CPAK-100G-SR4 850 12芯多模光纤 50.0 2000 (OM3) / 4700(OM4) 70m/100m
CPAK-100G-CWDM4 1271, 1291, 1311, 1331 双工单模光纤 9μm纤芯(G.652单模光纤) / 2km
CPAK-100G-PSM4 1295-1325 12芯单模光纤 9μm纤芯(G.652单模光纤) / 500m

表1:100G CPAK光模块参数

CPAK有哪些特征与优势?

应用CMOS光子学

上文中已经说过思科独有的CPAK光模块有其独特的优势,它是第一种使用CMOS制造工艺的100G光模块,并因此实现了高效低功耗的光学电路。CMOS光子学也被称为硅光子学,是一种采用高度集成的电路元件,高效操纵光子流动以代替电子,再将整个电路直接印制在硅片上来制造光学器件的技术。100G CPAK运用CMOS光子学技术,占用空间更小,端口密度更高,从而实现了高效低功耗的光学电路。

灵活的端口选择

CPAK模块可满足多种距离和光纤类型的要求。不同CPAK模块的传输距离不等,CPAK-100G-SR10的传输距离可达70m,CPAK-100G-ER4L和CPAK-10X10G-ERL的传输距离甚至能达到25km。就连接器和线缆而言,CPAK可与双工SC/PC连接器、双工LC连接器、MTP/MPO-24连接器和MTP/MPO-24连接器搭配使用。此外,CPAK具有很强的互通性。一般情况下100G的不同模块类型都能在同样的标准和相同传输速率情况下互通。因此,100GBASE-LR4模块无论是CFP封装、CFP2、CFP4还是CPAK封装情况下都是互通的。

小尺寸与低功耗

CFP封装可以说是100G光模块的先驱,但由于尺寸过大,无法满足高密度数据中心的要求。因此,后续开发了尺寸更小的CFP2和CFP4,CPAK是在CFP2之后问世的。对比CPAK模块和CFP模块可以发现CPAK的体积不到CFP的1/3,功耗也不到CFP的1/3。和CFP2比较你会发现CPAK光模块的体积要小20%,功耗降低了40%。换句话说,如果把数据中心交换机上使用的CFP2模块替换成CPAK,你会得到多出20%的端口密度和前端面板带宽。但和CFP4和QSFP28封装相比,CPAK的功耗要更大些。

100G CPAK和QSFP28光模块的区别是什么?

下表展示了100G光模块各封装(CFP、CXP、CPAK、CFP2和QSFP28)之间的区别。

封装类型 CXP CFP CFP2 CPAK CFP4 QSFP28
线路速率 12x12G / 10x12G 40/100G 40/100G 40/100G 40/100G 4x25-28G
应用领域 Infiniband,以太网 以太网,Sonet/SDH, OTN 以太网,Sonet/SDH, OTN 以太网,Sonet/SDH, OTN 以太网,Sonet/SDH, OTN Infiniband,以太网
热插拔
尺寸 (宽×长×高, mm) 21x29 82x145x14 41x104x13 34.8x101.2x11.6 22x92x10 18x52x8.5
电接口 12x QDR Infiniband或CPPI CAUI, XLAUI,SFI-S, SFI-5.2 CAUI-4,CAUI CAUI-4,CAUI CPPI-4 CPPI-4
最大功率 6W 3-18W 3-18W N/D 1.5-6W 3.5W

表2:100G光模块封装参数

下面主要介绍一下CPAK和QSFP28之间的区别。

QSFP28光模块因其小尺寸和低功耗的特点,被广泛认为是最具潜力的100G光模块。就封装而言,QSFP28比CPAK模块要更紧凑,在功耗方面,思科CPAK 100GBASE-LR4模块与带SC连接器的标准化单模光纤搭配可传输10km,额定功耗小于5.5W;QSFP28 100GBASE-LR4模块支持最远10km的传输距离,功耗约为3.5W,很显然CPAK模块与QSFP28相比还是略逊一筹。

CPAK未来何在?

毫无疑问CPAK光模块代表了光通信网络领域的一大重要进步。借助专有的CMOS技术,CPAK模块的高端口密度和前面板带宽特点成为了它最大的优势。思科以及思科兼容设备供应商早已经推出了带CPAK端口的交换机,这也意味着在CFP2、CFP4和QSFP28面世之前,100G CPAK模块在其他类型封装的竞争中可能显示出了它的独特优势。

话虽如此,在如今竞争激烈的市场环境下,有哪种产品能长期保持流行呢?毕竟技术在进步,CPAK不再不可替代。也许这些年来CPAK已经逐渐失去了市场吸引力,直到现在,随着QSFP28模块在100G网络中带来的成果丰硕,100G QSFP28成为了100G光模块市场中最具强劲对手,更小体积与更低功耗的特点使它成为了市面上最受欢迎的产品。CPAK势头已去,利用率大大降低,但在一些老旧设备中其作用还是不可替代的。

结论

100G CPAK光模块曾经因其小尺寸和低功耗而广受欢迎,但随着100G光模块技术逐渐成熟,在与其他100G产品(CFP/CFP2/CFP4/QSFP28)的竞争中,CPAK并不能说是100G高密度网络连接的最佳方案,CFP/CFP2/CFP4/QSFP28这些模块成为了市场上的主流。

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