Laser per fattore di forma e velocità dati

Quale laser si trova dentro un modulo è deciso da due fattori — la velocità per lane che il laser deve modulare e la portata che deve coprire — ed entrambi sono saliti a ogni generazione di fattore di forma. Questa pagina mappa la tecnologia di laser e ricevitore usata a ogni passo, dai GBIC 1G agli OSFP 800G.

La regola pratica

La velocità spinge nella stessa direzione: fino a 10G un laser a modulazione diretta va bene; a 25G il DML è marginale e subentrano EML/VCSEL-25G; da 50G PAM4 per lane, dominano i modulatori EML o in fotonica al silicio; oltre 100G per lane i VCSEL raggiungono il loro limite.

Generazione per generazione

1G — GBIC e SFP (anni 1990 → )

Lo spettro multimodale del laser FP era accettabile a 1,25 Gb/s; i VCSEL hanno reso l’ottica multimodale 1G quasi gratuita. Vedi GBIC, SFP.

10G — XFP, SFP+ (2002 → )

10G è il punto in cui EML e APD sono diventati standard per qualsiasi tratta oltre i 10 km, e in cui il CDR interno al modulo di XFP ha lasciato il posto al design lato host di SFP+ (XFP, SFP+).

25G — SFP28 (2015 → )

Con il 25G arriva l’RS-FEC, che permette a laser più economici di rispettare la specifica al punto di BER pre-FEC.

40G — QSFP+ (2010 → )

La prima ottica parallela di massa; le matrici VCSEL su una scheda con una matrice di lenti e una ferula MPO hanno definito lo schema per ogni SR4/SR8 da allora (QSFP+, Chip-on-board).

100G — QSFP28 (2015 → )

100G è la generazione in cui la fotonica al silicio è entrata in produzione di volume (PSM4, DR) e in cui la separazione tra DFB non raffreddato (CWDM4, 2 km) e EML raffreddato (LR4, 10 km) ha definito la scala dei prezzi (QSFP28).

200G / 400G — QSFP56, QSFP-DD, OSFP (2019 → )

Il PAM4 rende il DSP parte di ogni modulo e spinge i laser a 100G per lane — territorio di EML e SiPh (QSFP-DD, OSFP).

800G e 1.6T — OSFP, QSFP-DD800, OSFP-XD (2022 → )

Tendenze trasversali

1. Dalla modulazione diretta a quella esterna — DML per ≤ 25G, EML/MZM oltre.
2. Da un laser per lane a un laser per modulo — il SiPh suddivide una sorgente CW tra le lane.
3. Da TO-can ermetici a die nudi — il chip-on-board per l’ottica parallela, l’integrazione SiPh per il monomodale.
4. La portata del VCSEL si riduce all’aumentare della velocità — 550 m a 1G, 100 m a 25G, 50–100 m a 100G; il DR monomodale sta prendendo il sopravvento anche sui collegamenti corti nei data center.
5. Il coerente entra nei pluggable — il ricevitore di trasporto ora entra in un QSFP-DD.
6. La potenza è il nuovo limite — EML, DSP e ITLA raffreddati spingono i moduli 400G/800G a 15–20 W, favorendo LPO e ottica co-packaged.

Perché è importante per la programmazione e la diagnostica

I byte di identità che uno switch legge — lunghezza d’onda, portata, codice di conformità — sono un proxy per il laser all’interno. Programmare un modulo VCSEL SR4 come un LR4 non cambia i suoi laser a 850 nm; l’host si aspetterà una portata monomodale che il modulo non può fornire. E la firma DDM differisce per tipo di laser — il bias di pochi mA di un VCSEL contro le decine di mA più un TEC di un EML — quindi un valore di bias che è «normale» per l’uno è un allarme per l’altro (Tipi di laser, Ricevitori).

Il lato dell’elaborazione del segnale della stessa storia — dagli amplificatori limitatori ai DSP, LPO e coerente — è in Modulazione e DSP; il lato del packaging in Packaging ottico.