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光接口 MSA:CWDM4、PSM4、100G Lambda、ZR/ZR+

定义一个可插拔模块需要三类文档。封装形式 MSA(SFP、QSFP-DD、OSFP)确定机械结构和电气引脚;管理规范(SFF-8472、SFF-8636、CMIS)确定存储器映射;而 光接口 — 波长、功率、传输距离、编码 — 则来自正式标准(以太网对应 IEEE 802.3,光纤通道对应 T11,InfiniBand 对应 IBTA,传输网对应 ITU-T),或者来自 接口 MSA:一群厂商就标准组织尚未(或还没来得及)制定的 PMD 达成一致意见。数据中心里许多最常见的光模块所用的正是 MSA 接口,它们的名字既出现在标签上,也出现在 SFF-8024 代码和 CMIS 应用里。

接口 MSA 为何存在

IEEE 针对每种速率只标准化少数几种传输距离(以 100G 为例:SR4、LR4、ER4,后来又加入 DR、 FR1、LR1)。运营商则希望有更便宜的 2 km 和 500 m 方案、双纤多模、双向单纤,以及可插拔的相干 DWDM — 于是厂商用几个月就写出了 MSA,而不必等 IEEE 项目耗费的数年时间。其中不少后来被 IEEE 条款采纳或取代,但 MSA 的名字保留了下来。

目录一览

MSA / 组织成立时间定义内容介质与传输距离代码
10x10 MSA2011以 10 × 10G 波长实现 100G(CFP)SMF 2 / 10 / 40 km旧式
100G PSM420144 × 25G 并行单模,1310 nm,MPOSMF 500 m表 4-4 07h
100G CWDM420144 × 25G,波长 1271–1331 nm CWDM,双纤 LCSMF 2 km06h
CLR4 Alliance2014面向免 FEC 运行设计的 CWDM4 变体SMF 2 km17h
SWDM Alliance201540G/100G SWDM4:双纤 MMF 上的 4 个波长,850–940 nmOM4/OM5 100–150 m1Fh / 20h
4WDM MSA2017100G 4WDM-10 / -20 / -40,采用 LAN-WDM 波长SMF 10 / 20 / 40 km22h–24h
100G Lambda MSA2017每波长 100G 的 PAM4:100G-FR、100G-LR、400G-FR4、400G-LR4-10,后续加入 100G-ER1-30/40SMF 2 / 10 / 30–40 km26h、27h、48h、49h
400G BiDi MSA2018400G-BD4.2 — 4 对双纤 MMF 上的 8 × 50G,每根光纤两个波长MMF 70–150 m后并入 IEEE 400GBASE-SR4.2
OIF 400ZRIA 2020QSFP-DD/OSFP 中的 400G 相干 DWDM(16QAM、CFEC),放大城域网SMF 80–120 km(放大)4Ah(对应 IEEE 的 400GBASE-ZR)
OpenZR+ MSA2020在 400ZR 基础上扩展:oFEC、100–400G 多速率、更长传输距离、QPSK/8QAM/16QAMSMF 区域网CMIS 应用
OpenROADM MSA2016运营商主导的 100–400G 相干方案,附带开放线路系统 YANG 模型SMF 长途CMIS 应用
800G Pluggable MSA2019800G-FR4(4 × 200G,2 km)与 800G-PSM8 / DR8(8 × 100G,500 m)SMF800G 介质 ID
OpenEye MSA2019面向 50G–400G 的模拟(无 DSP)PAM4 光模块,用于降低功耗和时延SMF / MMF厂商自定义
COBO2015板载光模块封装形式与管理(使用 CMIS)—02h 类标识符
CFP MSA2009面向 40G–400G 的 CFP / CFP2 / CFP4 / CFP8 封装形式,含相干的 CFP2-DCO/ACO—封装形式
25G / 50G Ethernet Consortia2014 / 2016早于 IEEE 802.3by / 802.3cd 的单通道 25G 和 50G 以太网—已被 IEEE 采纳
QSFP-DD、OSFP、SFP-DD、DSFP MSA2016–2018封装形式,以及(与 OIF 共同制定的)CMIS/MIS 管理方式—封装形式

表中年份为各组织的成立或首次发布年份;确切日期和版本请查阅各 MSA 官网。

MSA 与 IEEE:互通性陷阱

配对是否互通?原因
100G CWDM4 ↔ 100G CLR4通常可以波长相同;CLR4 规定免 FEC 运行 — 主机 FEC 设置必须匹配
100G CWDM4 ↔ 4WDM-10否4WDM 使用 LAN-WDM 波长(1295–1310 nm),而非 CWDM
100G PSM4 ↔ 100GBASE-DR4 / 400G DR4 拆分否PSM4 是 4 × 25G NRZ;DR 是每根光纤 100G PAM4
100G-FR / 100G-LR(Lambda MSA) ↔ 100GBASE-FR1 / LR1(IEEE)是IEEE 采纳了该 MSA 的参数
400G-FR4(MSA) ↔ 400GBASE-FR4(IEEE)是同上
400ZR ↔ OpenZR+仅在 400ZR 模式下ZR+ 模块通常也支持 400ZR 应用
40G SWDM4 ↔ 40GBASE-SR4否双纤 MMF 四波长方案,对比并行 MPO

务必以模块的兼容性代码为准,而不是宣传名称: 兼容性代码、 物理层不匹配。

这些光模块的应用场景

  • 数据中心 leaf/spine — PSM4 和 CWDM4 曾主导 100G;400G-FR4/DR4 和 800G-DR8 延续了同样的思路(以太网光接口)。
  • 园区与企业 MMF — SWDM4 和 BiDi 让双纤 OM3/OM4 得以复用于 40G/100G。
  • 城域网与 DCI — 400ZR/ZR+ 用可插拔模块取代了转发器(相干与长途传输)。
  • AI 集群 — 按照 800G MSA 和 IEEE 802.3df 的定义使用 800G DR8/2×FR4 (AI 结构中的光模块)。

在 CodingBox 中

CodingBox 会在 Check transceiver 中根据 SFF-8024 代码和 CMIS 应用 ID 给出 MSA 接口的名称 — 100G CWDM4、400G-FR4、400ZR — 因此无论标签上写的是什么,模块真正的接口都清晰可见。


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