10G以太网统一之光点亮光纤通信发展新方向

每一次以太网速度提高10倍,企业和运营商的结构化配线层次也经历相似的转变。所提供的最高速度,仍然受困于量小且价高,这与骨干网的任务有关。以成熟的速度转移到高密度聚合交换机,在那里多链路汇合到配线柜或中心局之中。

设计工程师密切关注100Gbps以太网,过去遗留的为10Gbps链路开发的收发器模块和物理层芯片却也一直困扰他们。从局部来看,这是自上世纪80年代以来困扰光纤通信的串与并之争的反映。IEEE 802.3以太网工作组的态度一直是拓展网络的带宽,因而批准了针对不同应用的各种物理层标准。

在许多场合,这些标准有助于使双绞铜线、同轴电缆和光纤共存。可是,在10Gbps以太网中,那意味着收发器要采用许多封装类型,包括X2、Xenpak、Xpak和XFP,其中没有一种满足最初为Fibre Channel市场设计的小形状因子可拔插(SFP)封装的微小占位空间要求。为此,以太网支持者已经走出IEEE并回到美国国家标准协会的T11技术委员会,以寻求模块开发的新思路。由此他们提出了T11的SFP+格式。

在城域以太网应用中普遍采用与XFP连接在一起的10Gbps收发器,采用SFP+格式可以将其缩小为SFP的大小,并用于2.5Gbps网络中。为了实现这一点,要把通常与光电子一起嵌入到模块之中的逻辑芯片(如电子散射补偿EDC和时钟/数据恢复芯片)放置在用户卡中,置于收发器之外。

收发器供应商Picolight公司的市场幅总裁Vidya Sharma表示:“如果我要将最大数量的10Gbps端口包装在一个类似比萨饼盒的格式之中,我可能不会在意收发器是否完全集成,更重要的问题是将10Gbps通道以最有效和最具有成本效益的方式汇聚到小空间中。”

重新思考光互连将让元件供应商和OEM双双获益,Finisar公司销售和市场副总裁Todd Swenson表示,继续盘存X2、Xenpak和XFP模块已经难以提出正当理由,他说:“SFP+可能不是迷人的解决方案,但是,人们一致认为对外形增值的疯狂追逐行为到了该收场的时候了。”

SFP+除了缩小收发器的占位空间,还有许多其它意义。Molex公司市场总监Tom Marrapode指出,SFP+可能从根本上改变用户卡和交换处理器的电路板布局布线, 因为它在电路板上采用高速串行布线来替代多条并行实现(通常为4个2.5Gbps通道)。Molex在近日举办的光纤通信大会(Optical Fiber Communication Conference)上演示了一块板,让设计工程师看到了不同的封装类型、布线长度和针对10Gbps设计的多元架构。

把某些电子部分放置在收发器模块之外,可能容许更有效地利用散射补偿和时钟功能,因为一个器件可以服务多个端口。新入道的ClariPhy Communications公司正在用SFP+来设计其EDC芯片,以便在Scintera公司、 Applied Micro Circuits公司(AMCC)、Infinera公司及其它公司强势进攻的散射补偿市场中独辟蹊径。ClariPhy将把SFP+设计到新兴的以太网市场之中,包括LRM、针对多模光纤的长距离标准模块以及为了实现长/短距离单模光纤的LR和SR标准模块等。

ClariPhy公司首席执行官观察发现,长久以来人们一直假设应该采用一个“硅光基准”模型将光接口与光子元件及半导体器件紧密集成,但是,通道均衡成为了XFP之类较新模块中无法解决的问题。

遗留模块

收发器行业仍然在沿用Xenpak和Xpak/X2模块,这些模块采用内部设计的4位并行Xaui(10G附加单元接口)。在上世纪90年代,这种设计看来对于用户卡布线是有意义的,因为在电路板上处理2.5Gbps的布线比处理10Gbps的串行布线要容易。但是,Broadcom公司和其它公司开创的信号调理技术打破了这种平衡。

Xenpak模块的体积最大且最耗电,其外形达到4.8×1.4×0.7英寸,耗电达到11W。Xenpak的大小足以直接适配PCI总线接口,可安装到一个短的PCI卡上。Xpak的大小减少到2.7×1.4×0.4英寸,功耗减少到4W。

XFP是第一个采用10Gb串行XFI内部接口的模块,而不是采用4个2.5Gb通道。在许多用户卡中,XFP仍然要与一个串行器/解串器配合使用,因为在电路板上走10Gb信号线有困难,尽管情况正在发生变化。XFP的大小与Xpak类似,但是XFP更薄,只有0.7英寸；功耗被减少到2W,但是,该功耗数值并不包括串行器/解串器(Serdes)的功耗。XFP已经成为长距离边沿和城域系统的宠儿,但是,因为XFP与Serdes的复合成本与Xpak的成本没有什么差异,所以大批量转向XFP用户卡的情况一直没有出现。

驱动SFP+发展的主要因素是功耗低。Redfern Integrated Optics公司在给T11做的一次介绍中,演示了如何在一个1,550nm SFP+设计中利用平面外部腔激光技术将静态功耗从XFP的1W削减为SFP+的0.6W,因此,有源发射功率可以从2W减少到1W。

有一段时间,创新型企业如BitBlitz Communications公司(于2004年被Intersil收购)曾经设法推进以4通道同轴电缆替代堆栈模块和短距离服务器群。CX-4标准原打算采用一个Xaui接口与4对屏蔽双绞电缆配合,可是,大多数OEM和数据中心的IT经理们拒绝在结构化双绞铜线(5E或6类)和多模光纤之间做任何的媒介评级。

在ANSI中的T11技术委员会为了把SFP+变成4Gbps和8Gbps Fibre Channel的传输工具已经工作了几个季度。由于许多存储区域网络开发商转向以太网组帧协议,对于以太网设计工程师来说,参加T11会议并探讨SFP+是有意义的。

但是Finisar公司Swenson表示:“SFP+要替代整个X系列产品却并非易事,要考虑的问题很多,如你设计的是何种用户卡或交换卡？你要实现什么功能？对收发器的取舍类似于对光纤或铜线的选择,目前尚无定论。”

Applied Micro Circuits公司的传输市场总监Neal Neslusan指出,许多早期基于XFP和其它X派生产品的解决方案在诸如城域和边沿接入之类的WAN市场中仍将可行,“但是关注SFP+的原因在于,”他说,“当企业网考虑包含LAN、服务器和分布式群的时候,企业网对10Gb以太网的应用量的增加会导致WAN市场萎缩。无论何时,只要一个占优势地位的设备供应商对接口作出抉择,那就会拉动整个行业；而思科正在企业网中采用SFP+,这不仅对工作组交换会产生影响,而且会对服务器接口产生影响。”

把某些芯片功能从光模块中分离出来的趋向并不会对AMCC造成大的影响,Neslusan指出,因为该公司在XFP模块中的时钟/数据恢复设计并未取得成功。而AMCC有几款采用XFP的Serdes设计已经取得成功,但是Serdes器件已经被放置在XFP接口模块之外。

Neslusan表示:“确实,随着SFP+走进设计之中,在用户卡上直接走10Gb布线的设计将出现越来越多,可是,这跟试图将10Gb串行接口设计到ASICs之中的芯片供应商是背道而驰的。我们所看到的情况是:我们的Serdes芯片从用户卡中分离出来被安装在主板上,以便于人们保留其控制逻辑的并行接口,而不必承受重新设计ASIC所带来的痛苦和成本。”

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