光モジュールといえば、誰もが慣れないことはないと思います。
光通信の急速な発展に伴い、私たちの仕事や生活の多くの場面で「光の前進と後退」が実現しています。つまり、同軸ケーブルやネットワークケーブルに代表される金属媒体通信は、徐々に光ファイバー媒体に取って代わられています。
光モジュールは、光ファイバ通信システムのコアコンポーネントの1つです。
光モジュールの構造
光モジュール、英語名は光モジュールです。光学、「視覚、視覚、光学」を意味します。
正確には、光モジュールは、光受信モジュール、光送信モジュール、光トランシーバ統合モジュール、および光転送モジュールを含む、さまざまなモジュールカテゴリの総称です。
今日、私たちが通常光モジュールと呼ぶものは、一般に統合された光トランシーバモジュールを指します（これは以下の場合にも当てはまります）。
光モジュールは、OSIモデルの最下層である物理層で動作します。その機能は簡単に言えば、光電変換を実現することです。このように、光信号を電気信号に変換し、電気信号を光信号に変換します。
簡単そうに見えますが、実装プロセスの技術的内容は少なくありません。
光モジュールは通常、発光デバイス（TOSA、レーザーを含む）、光受信デバイス（ROSA、光検出器を含む）、機能回路、および光（電気）インターフェースで構成されます。
光モジュールの構成
送信側では、駆動チップが元の電気信号を処理し、半導体レーザー（LD）または発光ダイオード（LED）を駆動して変調光信号を放射します。
受信側では、光信号が入った後、光検出ダイオードによって電気信号に変換され、プリアンプの後に電気信号が出力されます。
光モジュールのパッケージ
初心者にとって、光モジュールで最も厄介なのは、その非常に複雑なパッケージ名とまばゆいばかりのパラメータです。
パッケージ名、これらはほんの一部です
パッケージは、モデル標準として簡単に理解できます。これは、光モジュールを区別するための最も重要な方法です。
光モジュールのパッケージ規格が非常に多いのは、主に光ファイバ通信技術の開発速度が速すぎるためです。
光モジュールの速度は絶えず増加し、体積は絶えず減少しているため、数年ごとに新しいパッケージ規格がリリースされます。通常、新旧のパッケージング標準との互換性を保つことは困難です。
さらに、光モジュールのアプリケーションシナリオの多様性もパッケージング基準の増加の理由です。さまざまな伝送距離、帯域幅要件、および使用場所は、さまざまなタイプの光ファイバに対応し、光モジュールも異なります。
Xiaozao氏は、次の表に示すように、パッケージングを含む光モジュールの分類方法を簡単にリストします。
光モジュールの分類
パッケージングと分類について説明する前に、光通信の標準化組織を紹介しましょう。これらのパッケージは標準化団体によって決定されているためです。
現在、IEEE（電気電子技術者協会）、ITU-T（国際電気通信連合）、MSA（マルチソースアグリーメント）、OIF（光相互接続フォーラム）など、世界で光通信を標準化するいくつかの組織があります。、CCSA（中国通信標準化協会）など。
業界で最も使用されているのはIEEEとMSAです。
MSAは誰もが知っているとは限らないかもしれません。その英語名はマルチソースアグリーメント（マルチソースアグリーメント）です。マルチサプライヤ仕様であり、IEEEと比較して、非政府非公式組織形態と見なすことができ、業界における企業同盟行動として理解することができます。
では、パッケージを紹介しましょう。
まず、次の図をご覧ください。さまざまなパッケージの出現期間とそれに対応する作業率がより正確に示されています。
古すぎたり珍しい規格は気にせず、主に一般的なパッケージを検討します。
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GBIC
GBICはギガビットレートインターフェイスコンバーター（ギガビットインターフェイスコンバーター）です。
2000年以前は、GBICは最も人気のある光モジュールパッケージであり、最も広く使用されているギガビットモジュール形式でした。
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SFP
GBICのサイズが比較的大きいため、SFPは後に登場し、GBICに取って代わり始めました。
SFP、フルネームはSmall Form-factor Pluggable、つまり、小型のホットスワップ可能な光モジュールです。その小さいサイズはGBICパッケージに比べて小さいです。
SFPのボリュームはGBICモジュールの半分であり、ポートの数は同じパネルで2倍以上にすることができます。機能面では、両者にほとんど違いはなく、どちらもホットスワップをサポートしています。SFPでサポートされる最大帯域幅は4Gbpsです。
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XFP
XFPは、10ギガビットSmall Form-factor Pluggableであり、一目で理解しやすく、10ギガビットSFPです。
XFPは、XFI（10Gbシリアルインターフェイス）に接続されたフルスピードシングルチャネルシリアルモジュールを採用しており、Xenpakおよびその派生物を置き換えることができます。
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SFP +
SFP +、XFPのような10G光モジュールです。
SFP +のサイズはSFPと同じで、XFPよりもコンパクトで（約30％削減）、消費電力も小さくなっています（一部の信号制御機能が削減されています）。
サイズを比較できます
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SFP28
レートが25GbpsのSFPは、主に当時40Gと100Gの光モジュールが高すぎるためでした。そのため、妥協した移行計画が立てられました。
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QSFP / QSFP + / QSFP28 / QSFP28-DD
Quad Small Form-factor Pluggable、4チャネルSFPインターフェイス。XFPの多くの成熟した主要テクノロジーがこの設計に適用されています。
速度に応じて、QSFPは4×10G QSFP +、4×25G QSFP28、8×25GQSFP28-DD光モジュールなどに分割できます。
QSFP28を例にとると、4x25GEアクセスポートに適しています。QSFP28を使用すると、40Gを経由せずに25Gから100Gに直接アップグレードできるため、配線の難しさが大幅に簡素化され、コストが削減されます。
QSFP28
QSFP-DDは2016年3月に設立されました。DDは「倍密度」を指します。QSFPの4チャネルは、チャネルの行によって8チャネルに増加します。
QSFPスキームと互換性があり、元のQSFP28モジュールを引き続き使用できます。別のモジュールを挿入するだけです。QSFP-DD電気ポートのゴールドフィンガーの数は、QSFP28の2倍です。
QSFP-DD
各QSFP-DDは、25GbpsNRZまたは50GbpsPAM4信号フォーマットを採用しています。PAM4を使用すると、最大400Gbpsのレートをサポートできます。
NRZとPAM4
PAM4（4パルス振幅変調）は「倍増」技術です。
光モジュールの場合、レートを上げたい場合は、チャネル数を増やすか、単一チャネルのレートを上げる必要があります。
最も伝統的なデジタル信号は、NRZ（Non-Return-to-Zero）信号を使用します。つまり、高信号レベルと低信号レベルを使用して、送信されるデジタル論理信号の1,0情報を表します。各信号シンボルサイクルは、 1ビットの論理情報を送信します。
PAM信号は、信号送信に4つの異なる信号レベルを使用し、各シンボル周期は2ビットの論理情報（0、1、2、3）を表すことができます。チャネルの物理帯域幅が同じ場合、PAM4はNRZ信号に相当する2倍の量の情報を送信するため、2倍のレートが実現されます。
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CFP / CFP2 / CFP4 / CFP8
Centumギガビットは、プラグイン可能な高密度波長分割光通信モジュールを形成します。伝送速度は100〜400Gbpsに達する可能性があります。
CFPは、SFPインターフェイスに基づいて設計されており、サイズが大きく、100Gbpsのデータ伝送をサポートしています。CFPは、単一の100G信号、1つ以上の40G信号をサポートできます。
CFP、CFP2、CFP4の違いは音量です。CFP2のボリュームはCFPの半分であり、CFP4はCFPの4分の1です。
CFP8は400G専用に提案されたパッケージ形式で、サイズはCFP2と同等です。支持25Gbpsや50Gbpsチャネル速度、及び実現400Gbpsのモジュール速度を16x25Gまたは8x50電気インタフェースを介し。
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OSFP
これは、私たちがよく言うOSPFルーティングプロトコルと少し混同されています。
OSFP、Octal Small Form Factor Pluggable、「O」は「octal」の略で、2016年11月に正式に発売されました。
8つの電気チャネルを使用して400GbE（8 * 56GbE、ただし56GbE信号はPAM4変調下の25G DMLレーザーによって形成される）を実装するように設計されており、QSFP-DDよりもわずかに大きく、高ワット数の光学エンジンとトランシーバー熱放散性能はわずかですより良い。
上記は、いくつかの一般的な光モジュールのパッケージング標準です。
400G光モジュール
ちょうど今パッケージを導入したとき、Xiaozao Junが400Gbpsをサポートする3種類の光モジュール、すなわちQSFP-DD、CFP8、OSFPに言及したことに誰もが気づきました。
400Gは現在、光通信業界の主要な競争の方向性です。現在、400Gは大規模な商用利用の初期段階でもあります。
ご存知のように、5Gネットワーク構築の大規模な立ち上げとクラウドコンピューティングの急速な発展、および大規模データセンターの大規模な構築により、ICT業界における400Gの需要はますます緊急になっています。
初期の400G光モジュールは、16チャネルの25Gbps NRZ実装を使用し、CDFPまたはCFP8パッケージを使用していました。
この実装の利点は、100G光モジュールで成熟した25GNRZテクノロジーを借用できることです。ただし、パラレル伝送には16信号が必要であり、消費電力とボリュームが比較的大きいため、データセンターのアプリケーションには適していません。
その後、PAM4がNRZに取って代わり始めました。
光ポート側では、53GbpsPAM4の8チャネルまたは106GbpsPAM4の4チャネルが主に400G信号伝送を実現するために使用され、電気ポート側では、OSFPまたはQSFP-DDパッケージを使用して53GbpsPAM4電気信号の8チャネルが使用されます。 。
比較すると、QSFP-DDパッケージのサイズは小さく（従来の100G光モジュールのQSFP28パッケージと同様）、データセンターアプリケーションにより適しています。OSFPのパッケージサイズは、より多くの電力を消費できるため、わずかに大きくなり、通信アプリケーションに適しています。
現在の400G光モジュールは、パッケージの種類に関係なく非常に高価であり、ユーザーの期待には依然として大きなギャップがあります。そのため、当面、すぐに普及させることはできませんでした。
400G光モジュールの価格（メーカーのWebサイトから、参照のみ）
もう1つの注目すべき、シリコンベースのライト。これはしばしばシリコンライトと呼ばれます。
シリコンフォトニクス技術は、400G時代に幅広い応用の可能性と競争力があると考えられており、現在多くの企業や研究機関から注目されています。
光モジュールの重要な概念
400Gを中断し、光モジュールの分類について話を戻しました。
パッケージングに基づいて、いくつかのパラメータを使用して、光モジュールに名前を付けます。
100Gを例にとると、よく目にする光モジュールは次のとおりです。
100GBASEで始まる規格はすべて、IEEE802.3ワーキンググループによって提案されています。PSM4とCWDM4はMSAです。
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PSM4（パラレルシングルモード4レーン、パラレルシングルモード4レーン）
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CWDM4（粗波長分割マルチプレクサ4レーン、4チャネル粗波長分割多重）
IEEE802.3の命名を見てみましょう。
図に示すように：
100GBASE-LR4の名前で、LRは10Kmの長距離を表し、4は4 * 25Gの4チャネルを表します。この組み合わせは、10Kmを送信できる100G光モジュールです。
-Rの命名規則は次のとおりです。
-R名詞の説明
IEEEの100GBASEとMSAのPSM4およびCWDM4がある理由は、100GBASE-SR4でサポートされる距離が短すぎてすべての相互接続要件を満たすことができず、100GBASE-LR4のコストが高すぎるためです。PSM4とCWDM4は、中距離向けのより優れたソリューションを提供します。
距離とチャネル数に加えて、中心波長を見てみましょう。
光の波長は、その物理的特性を直接決定します。現在、光ファイバーで使用する光の中心波長は、主に850nm、1310nm、1550nm（nmはナノメートル）に分けられます。
このうち、850nmは主にマルチモードに使用され、1310nmと1550nmは主にシングルモードに使用されます。
シングルモードとマルチモードについて、Xiaozao氏は以前に光ファイバーを紹介したときに詳細に述べました。ここで参照できます：光ファイバーとケーブルの基本的な知識
シングルモードとマルチモードの場合、ベアモジュールがマークされていないと混乱しがちです。
したがって、一般的なメーカーはプルリングの色を区別します。
青と黄色
ちなみにここではCWDMとDWDMについて触れていますが、よく目にするはずです。
WDMは、波長分割多重（WDM）です。簡単に言えば、異なる波長の光信号を同じ光ファイバーに多重化して伝送することです。
波長分割多重および周波数分割多重
実際、波長分割多重は一種の周波数分割多重です。波長×周波数=光速（固定値）なので、波長で割ると実際には周波数で割ることになります。光通信では、人々は波長によってそれらに名前を付けることに慣れています。
DWDMは、高密度WDM、高密度WDMです。CWDMは、スパースWDM、コースWDMです。名前を見ると、D-WDMの波長間隔が短いことがわかります。
WDMの利点は、容量が大きく、長距離を伝送できることです。
ちなみに、BiDi、このコンセプトは今も頻繁に言及されています。
BiDi（BiDirectional）は、シングルファイバー双方向、1ファイバー、双方向トランシーバーを意味します。下図に動作原理を示しますが、実際にはフィルターが追加されており、送信波長と受信波長が異なるため、同時送受信が可能です。
BiDiシングルファイバー双方向光モジュール
光モジュールの基本的なインジケータ
光モジュールの基本的なインジケータには、主に次のものが含まれます。
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出力光パワー
出力光パワーとは、光モジュールの送信端にある光源の出力光パワーを指します。これは、W、mW、またはdBm単位の光の強度として理解できます。その中で、WまたはmWは線形単位であり、dBmは対数単位です。通信では、通常、dBmを使用して光パワーを表します。
光パワーは半分に減衰され、3dB減少します。0dBmの光パワーは1mWに相当します。
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最大受信感度
受信感度とは、特定のレートおよびビットエラーレート（dBm）での光モジュールの最小受信光パワーを指します。
一般に、レートが高いほど、受信感度が悪くなります。つまり、最小受信光パワーが大きくなり、光モジュールの受信側の要件が高くなります。
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消光比
消光比は、光モジュールの品質を測定するために使用される重要なパラメータの1つです。
これは、全変調状態での空間信号の平均光パワーに対する信号の平均光パワーの比率の最小値を指し、0信号と1信号の識別能力を表します。光モジュールの消光比に影響を与える2つの要因：バイアス電流（バイアス）と変調電流（Mod）は、暫定的にER =バイアス/ Modと見なします。
消光比の値は、光モジュールが大きいほど良いということではなく、消光比が802.3規格に適合している光モジュールです。
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光の彩度
飽和光パワーとも呼ばれ、特定のビットエラーレート（10-10〜10-12）が特定の伝送レート（dBm）で維持されている場合の最大入力光パワーを指します。
なお、光検出器は強い光を照射すると光電流が飽和します。この現象が発生した場合、検出器が回復するまでに時間がかかります。このとき、受信感度が低下し、受信信号の判断が誤ってしまう場合があります。ビットエラーが発生し、受信側の検出器が損傷しやすいため、動作中は飽和光パワーを超えないようにしてください。
光モジュールの業界チェーン
最後に、光モジュールの業界チェーンについて簡単に説明します。
現在、光モジュール市場は非常に熱く、5Gとデータセンターのために主な理由は上記のとおりです。
光モジュール産業チェーン
5Gネットワークの構築全体で、最も多くのお金が費やされる場所は2つあり、1つは基地局で、もう1つは光ベアラネットワークです。光ベアラネットワークでは、光ファイバの含水量はそれほど多くありませんが、光モジュールは比較的大きいです。
光モジュールの中で最も高価なのはチップです。レーザーと光検出器のチップは、コストの半分以上を占めています。
チップに関しては、現状は次のとおりです。外国のメーカーはハイエンドのチップで有利であり、国内のメーカーはローエンドのチップで有利です。しかし、国内メーカーは常にハイエンド市場で突破口を開いています。ハイエンドチップの利益率がローエンドチップの利益率よりも高いことは明らかです。
中国には全体で1,000社以上の光通信会社がありますが、その利益率は非常に低いです。さらに、機器ベンダー（Huawei、ZTE）に直面している産業チェーン構造では、光通信会社は比較的「謙虚」であり、交渉力はほとんどありません。
業界の競争は熾烈であり、新製品や高級品はより多くの利益を上げていますが、時間の経過とともに利益は減少します。
とにかくこれはおそらくそうです。
業界チェーンの特定の状況に関しては、5Gの理由により、ブローカーは現在非常に懸念しており、多くの関連レポートを出力しています。自分で検索して読むことができます。
さて、それは今日の記事のすべての内容です。お待ちいただき、ありがとうございます。またお会いしましょう！
参照：
1.「光モジュール業界に関する詳細レポート」、Debon Securities
2.「5Gベアラー光モジュールホワイトペーパー」、IMT2020プロモーショングループ
3.「100G光モジュールについてどのくらい知っていますか」、特に光通信について
4.「インダストリーグラフィック：5G（光モジュール）」、匿名