時(shí)間進(jìn)入2019年，400G成為了光通信行業(yè)的熱門話題，全球領(lǐng)先的幾大光模塊廠商都推出了各自的400G光模塊。當(dāng)把這些廠商的400G光模塊封裝羅列出來后（如下圖所示），我們發(fā)現(xiàn)除了被收購的Finisar以外，其他廠商都采用了QSFP-DD封裝——市場似乎已經(jīng)認(rèn)可了QSFP-DD作為400G光模塊封裝的首選。有個(gè)別廠商還額外推出了OSFP封裝和CFP8封裝的400G光模塊。

主流廠商的400G光模塊封裝一覽

（小提示：QSFP-DD是QSFP-DD MSA小組定義的一種高速可插拔模塊的封裝。）

為什么主流廠商都選擇QSFP-DD封裝呢？這是不是意味著未來的400G光模塊將以QSFP-DD封裝為主？為了弄清楚這些問題，我們先來看看QSFP-DD的發(fā)展史。

QSFP-DD封裝的發(fā)展史

• 2016年3月21日，QSFP-DD MSA小組開始計(jì)劃開發(fā)QSFP-DD高速接口。
• 2016年9月19日，QSFP-DD MSA小組發(fā)布了包含圖紙的QSFP-DD硬件規(guī)格的初稿（1.0版本）。
• 2017年3月13日，QSFP-DD MSA小組發(fā)布了QSFP-DD硬件規(guī)格的2.0版本和QSFP-DD白皮書。
• 2017年9月19日，QSFP-DD MSA 小組發(fā)布了QSFP-DD硬件規(guī)格的3.0版本，并同期發(fā)布了CS連接器（一種用于QSFP-DD接口的新型連接器）的規(guī)格。
• 2018年3月13日，QSFP-DD MSA小組發(fā)布了QSFP-DD熱設(shè)計(jì)白皮書，解決了在高性能數(shù)據(jù)中心環(huán)境下如何評估QSFP-DD模塊的熱性能的問題。
• 2018年8月30日，QSFP-DD MSA小組宣布QSFP-DD封裝成功通過了設(shè)備互操作性的測試，這意味著QSFP-DD封裝光模塊至此可以正式投入使用了。
• 2018年9月18日，QSFP-DD MSA小組發(fā)布了QSFP-DD硬件規(guī)格的4.0版本（最新版本）和8/16通道可插拔光模塊通用管理接口規(guī)范的3.0版本。至此，QSFP-DD MSA算是比較完善了，各大領(lǐng)先的光模塊廠商的QSFP-DD光模塊也在這一時(shí)期上市。例如，全球領(lǐng)先的光互連設(shè)計(jì)革新者Gigalight推出了用于大規(guī)模數(shù)據(jù)中心從100G跨越到400G這個(gè)過渡時(shí)期的200G光互連解決方案——200G QSFP-DD SR8光模塊和200G QSFP-DD系列有源光纜。

小結(jié)：從2016年初到2018年底，QSFP-DD的誕生到成熟歷經(jīng)了將近三年時(shí)間，這期間QSFP-DD MSA小組的成員也從當(dāng)初的13名推廣發(fā)起者增加到現(xiàn)在的14名推廣發(fā)起者（3家公司被收購，所以實(shí)際上只剩下11名）和52名貢獻(xiàn)者。

這期間QSFP-DD MSA小組推廣發(fā)起者的變化也驗(yàn)證了一句老話：時(shí)勢造英雄。

II-VI收購老牌光模塊廠商Finisar（菲尼薩）；

Broadcom（博通）收購Brocade（博科）；

Lumentum（朗美通）收購Oclaro（奧蘭若）；

Cisco（思科）也完成了對Luxtera的收購。

經(jīng)過這么多收購案，最后我們再來看看剩下的大佬們有哪些。這里面有芯片提供商大佬Broadcom（Avago并購Broadcom后使用Broadcom作為品牌名），設(shè)備商大佬Cisco和Huawei，器件商大佬Lumentum，也有知名光模塊廠商Foxconn Interconnect Technology，知名零配件商Molex和TE Connectivity，等等，覆蓋整個(gè)通信行業(yè)。為什么這么多大佬共同大力推廣QSFP-DD封裝呢？下面讓我們來分析原因。

為什么采用QSFP-DD封裝

一個(gè)好的封裝首先必須支持網(wǎng)絡(luò)行業(yè)廣泛使用的傳輸媒介和光模塊類型。 傳輸媒介包括無源直連銅纜（DAC），多模光纖（MMF）和單模光纖（SMF）。 光模塊和有源銅纜或有源光纜則包括由以太網(wǎng)，光纖通道和InfiniBand標(biāo)準(zhǔn)定義的100Gb/s，200Gb/s和400Gb/s系列。 其次，新封裝的端口密度要與已經(jīng)部署的網(wǎng)絡(luò)一致。 最后，新封裝與已經(jīng)被廣泛應(yīng)用的QSFP封裝的向后兼容性對于行業(yè)采用至關(guān)重要。而QSFP-DD就是一種滿足以上所有條件的封裝。

QSFP-DD，全名雙密度四通道小型可插拔封裝，是一種新型模塊和籠式/連接器系統(tǒng)，類似于當(dāng)前的QSFP，但有一排額外的觸點(diǎn)，提供八通道電氣接口。與常規(guī)QSFP28模塊相比，QSFP-DD模塊支持的高速電接口數(shù)量增加了一倍，所以QSFP-DD的全名中有個(gè)“雙密度”。 QSFP-DD支持50Gb/s的PAM4電調(diào)制格式，與QSFP28模塊相比，其端口速率提高了4倍。接下來讓我們對QSFP-DD的特征逐一分析說明。

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QSFP-DD模塊和設(shè)備接口示意圖

QSFP-DD的特征和好處

1. 在QSFP（一種已經(jīng)被廣泛采用的四通道電氣接口封裝，包括QSFP+和QSFP28）的基礎(chǔ)上進(jìn)行了擴(kuò)展。
2. 采用2×1堆疊式集成籠和連接器。由于行業(yè)需求，除了單高籠式連接器系統(tǒng)外，大多數(shù)可插拔封裝最終都會開發(fā)出一種雙高堆疊籠式連接器系統(tǒng)。通常，單高籠式連接器系統(tǒng)包含在最初的MSA規(guī)范中，而雙高籠式連接器系統(tǒng)則留給獨(dú)立供應(yīng)商。為了更好地服務(wù)于該行業(yè)，QSFP-DD MSA小組選擇同時(shí)開發(fā)單高和雙高籠式連接器系統(tǒng)。
3. QSFP-DD采用SMT（Surface-Mount Technology）連接器和1xN保持架，籠式設(shè)計(jì)優(yōu)化和模塊外殼優(yōu)化可實(shí)現(xiàn)每個(gè)模塊至少12瓦的熱容。QSFP-DD規(guī)范定義了高達(dá)14瓦的熱容級別以及14瓦以上的熱容級別。由于模塊和保持架設(shè)計(jì)中采用了創(chuàng)新的熱管理技術(shù)，QSFP-DD模塊在典型系統(tǒng)設(shè)計(jì)中支持至少12瓦的熱容，這受益于QSFP系列封裝系統(tǒng)設(shè)計(jì)的豐富的知識和經(jīng)驗(yàn)。更高的熱容降低了模塊對散熱功能的要求，從而避免了不必要的成本。
4. 采用8通道電氣接口。QSFP-DD電氣接口采用8個(gè)通道，每通道速率高達(dá)25Gb/s（NRZ調(diào)制）或50Gb/s（PAM4調(diào)制），提供高達(dá)200Gb/s或400Gb/s聚合的解決方案。QSFP-DD可在單個(gè)交換機(jī)插槽中實(shí)現(xiàn)高達(dá)14.4Tb/s的聚合帶寬。通過在端口密度不變的情況下將聚合交換機(jī)帶寬增加四倍，QSFP-DD可以支持網(wǎng)絡(luò)帶寬需求和數(shù)據(jù)中心流量的持續(xù)增長。

在QSFP-DD出現(xiàn)之前，最流行的接口一般是單通道（SFP和SFP+）或四通道（QSFP+和QSFP28），為了適應(yīng)對數(shù)據(jù)帶寬或信道容量的預(yù)期需求，行業(yè)組織定義了八通道的接口。 但是當(dāng)時(shí)支持八通道接口的可用封裝不具備支持更高速率接口的下一代系統(tǒng)所需的期望特征或密度。于是，QSFP-DD MSA小組在QSFP（QSFP+和QSFP28）的基礎(chǔ)上擴(kuò)展并定義了QSFP-DD。那么，QSFP-DD對比QSFP到底擴(kuò)展了什么呢？

QSFP-DD vs. QSFP (QSFP+/QSFP28)

1. QSFP-DD的帶寬最高可達(dá)QSFP+的十倍或QSFP28的四倍。QSFP有四條電氣通道，每通道速率為10Gb/s（QSFP+）或25Gb/s（QSFP28），聚合提供40Gb/s或100Gb/s的解決方案。 而QSFP-DD可插拔封裝的電氣接口采用8個(gè)通道，每通道速率高達(dá)25Gb/s（NRZ調(diào)制）或50Gb/s （PAM4調(diào)制），聚合提供高達(dá)200Gb/s或400Gb/s的解決方案。
2. QSFP-DD向后兼容QSFP+/QSFP28。使用QSFP-DD模塊設(shè)計(jì)的系統(tǒng)向后兼容，支持現(xiàn)有的QSFP+/QSFP28模塊，為終端用戶和系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員提供了靈活性。向后兼容性對于行業(yè)至關(guān)重要——由于ASIC設(shè)計(jì)用于支持多種接口速率，因此系統(tǒng)需要充分利用這一點(diǎn)。終端用戶可以利用較新的ASIC和系統(tǒng)產(chǎn)品，降低端口成本，并能夠插入各種當(dāng)前可用的QSFP+/QSFP28模塊，以支持其所需的媒介和傳輸距離，而無需單獨(dú)的系統(tǒng)產(chǎn)品。大大降低了部署新設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員還可以利用已知技術(shù)和設(shè)計(jì)構(gòu)建支持多種可插拔變體的通用產(chǎn)品。模塊設(shè)計(jì)人員無需將其低速率設(shè)計(jì)移植到新的非向后兼容封裝中，從而降低了總體成本。向后兼容性在器件規(guī)?；渴鸬臅r(shí)候能大量節(jié)省成本，所以非常重要。
3. QSFP-DD和QSFP+/QSFP28系統(tǒng)端口密度相同。 但是，由于每個(gè)QSFP-DD端口可以容納8個(gè)通道而不是4個(gè)通道，因此QSFP-DD將其支持的現(xiàn)有接口（如CAUI-4）的ASIC端口數(shù)量增加了一倍。
4. 主板上QSFP-DD的機(jī)械接口比QSFP+/QSFP28稍微深一些，用來容納額外的一排觸點(diǎn)。QSFP-DD高度和寬度與QSFP尺寸相同，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員能夠?yàn)榛赒SFP+/QSFP28或QSFP-DD的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)相同的系統(tǒng)端口計(jì)數(shù)密度。任何當(dāng)前的QSFP+或QSFP28模塊都可以插入QSFP-DD端口。

小結(jié)：QSFP-DD對比QSFP+/QSFP28僅僅是長度增加了少許就在保證端口密度不變的情況下將帶寬提高到后者的10倍/4倍，而且還向后兼容，這意味著客戶跳過QSFP直接部署QSFP-DD系統(tǒng)都沒有關(guān)系，減少了大量的設(shè)備成本。

在文章的最開始，我們提到過有個(gè)別廠商還推出了OSFP封裝和CFP8封裝的400G光模塊，那么我們再來對比一下QSFP-DD和OSFP，以及QSFP-DD和CFP8，看看它們有什么不同。

QSFP-DD vs. OSFP vs. CFP8

QSFP-DD vs. OSFP

首先，讓我們來先了解一下OSFP。就在前不久（2019年1月16日）OSFP MSA發(fā)布了2.0版本，根據(jù)它的描述，OSFP是一種新的可插拔封裝，具有8個(gè)高速電氣通道，最初將支持400Gb/s（8x50G）。OSFP比QSFP寬一些和長一些，但仍然支持每1U前面板36個(gè)OSFP端口，每1U可實(shí)現(xiàn)14.4Tb/s容量。

小提示：在最新發(fā)布的OSFP MSA中，OSFP已經(jīng)支持800Gb/s了，這可能是OSFP存在的理由。

1. 尺寸。根據(jù)前面的介紹，OSFP似乎跟QSFP-DD區(qū)別不大，僅僅是比QSFP-DD“寬一些和長一些”而已。然而，當(dāng)對比了它們具體的尺寸數(shù)值之后，我發(fā)現(xiàn)這個(gè)差別并不只是一點(diǎn)點(diǎn)。QSFP-DD的寬度、長度和厚度為18.35mm*89.4mm*8.5mm，而OSFP的寬度、長度和厚度為22.58mm*107.8mm*13.0mm，粗略的把模塊當(dāng)作長方體來計(jì)算，OSFP的體積是QSFP-DD的體積的兩倍多，顯然前者大的多。
2. 熱容（Thermal Capacity）和功耗。QSFP-DD尺寸較小，所以它的熱容只有7到12瓦；而OSFP尺寸較大，所以它的熱容可以達(dá)到12至15瓦。熱容越大，表示光模塊能承受的功耗越大。但是隨著技術(shù)的進(jìn)步，一些行業(yè)領(lǐng)先的制造商已經(jīng)可以將光模塊的功耗降低到遠(yuǎn)低于MSA規(guī)定的封裝熱容上限，所以較大的熱容在未來似乎算不上什么優(yōu)勢。和熱容一致，OSFP的功耗普遍高于QSFP-DD，而眾所周知，功耗是越低越好的。（作為全球領(lǐng)先的光互連設(shè)計(jì)革新者，Gigalight一直把低功耗作為光模塊的首要目標(biāo)之一，其100G QSFP28 SR4光模塊經(jīng)過設(shè)計(jì)方面的優(yōu)化之后的功耗已經(jīng)降低到2.5瓦以下，比同行的3.5瓦低了將近30%，其200G/400G光模塊在行業(yè)內(nèi)也有低功耗優(yōu)勢。）
3. 向后兼容。OSFP和QSFP-DD一樣向后兼容QSFP+/QSFP28，但是需要額外使用一個(gè)OSFP到QSFP的轉(zhuǎn)接適配器來實(shí)現(xiàn)。
4. 帶寬。QSFP-DD目前只能支持最高400Gb/s，但是OSFP可以支持最高到800Gb/s?？紤]到可擴(kuò)展性，不得不承認(rèn)，OSFP略勝一籌。但是800Gb/s為時(shí)尚早，等到800Gb/s開始部署時(shí)，或許已經(jīng)有更好的選擇也說不定。

小結(jié)：QSFP-DD主要是應(yīng)用當(dāng)前即將大規(guī)模部署的400G網(wǎng)絡(luò)（以及100G到400G過度用的200G），而OSFP則更可能是為未來的800G網(wǎng)絡(luò)而準(zhǔn)備的。所以，結(jié)合現(xiàn)狀，QSFP-DD作為400G光模塊的封裝更合適。

QSFP-DD vs. CFP8

CFP系列從CFP開始，到CFP2，再到CFP4，最后終于到了CFP8，也算是歷史悠久的一個(gè)封裝系列了。和QSFP系列封裝相比，CFP系列封裝似乎一直都不怎么受歡迎，其原因很明顯——尺寸太大且功耗太高。推廣CFP MSA發(fā)展的頭兩家公司（Finisar和Oclaro）也相繼被收購，我似乎感受到了CFP的窮途末路。。。先來了解一下CFP8。關(guān)于CFP8封裝規(guī)格的說明，由CFP MSA在2017年3月17日正式發(fā)布<a >1.0版本</a>，和QSFP-DD MSA的2.0版本在同一時(shí)期。對比兩者，我們似乎早就該預(yù)見CFP8的沒落了。

1. 尺寸。CFP8的尺寸（41.5mm*107.5mm*9.5mm）比QSFP-DD明顯大的多，體積是QSFP-DD的3倍多，甚至比OSFP還要大30%以上。當(dāng)然，CFP系列的光模塊一直都定位用于電信級的應(yīng)用，其端口密度的要求并沒有數(shù)據(jù)中心那么高，所以尺寸大也說的過去。但是隨著技術(shù)的進(jìn)步，QSFP系列的光模塊也開始勝任電信級的應(yīng)用，而且相比CFP系列光模塊，QSFP系列光模塊的功耗要低的多，于是CFP系列光模塊在電信級應(yīng)用的的主導(dǎo)地位岌岌可危。
2. 熱容和功耗。CFP8的熱容和功耗遠(yuǎn)高于QSFP-DD。關(guān)于熱容和功耗的介紹，在前面的QSFP-DD vs. OSFP已經(jīng)介紹過，道理是一樣的。
3. 向后兼容。關(guān)于CFP8的硬件規(guī)格說明里完全沒有提到向后兼容（事實(shí)上，整個(gè)CFP系列似乎都不能向后兼容）。針對CFP和CFP2系列光模塊，市面上很早就已經(jīng)可以提供CFP到QSFP28的轉(zhuǎn)接適配器和CFP2到QSFP28的轉(zhuǎn)接適配器了，這也說明部分曾經(jīng)的CFP系列的用戶現(xiàn)在已經(jīng)在改用QSFP28光模塊了。
4. 帶寬。CFP8和QSFP-DD最大的帶寬都是400Gb/s，但是CFP8只支持400Gb/s（16x25G或8x50G），而QSFP-DD同時(shí)支持200Gb/s（8x25G）和400Gb/s（8x50G）。

小結(jié)：無論從哪個(gè)方面看，QSFP-DD似乎都是比CFP8更好的選擇。

總結(jié)

通過分析QSFP-DD封裝的特征并將其與其他400G光模塊封裝對比，我們發(fā)現(xiàn)QSFP-DD在400G應(yīng)用（例如數(shù)據(jù)中心互連）具有無可比擬的優(yōu)勢。預(yù)計(jì)在全球領(lǐng)先的超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心即將部署400G的2019年，QSFP-DD或?qū)⒊蔀?00G光模塊的主流封裝。