交換機內部：ASIC、SerDes、端口組與控制平面

交換機端口是光模組之前的最後一站，模組被允許做甚麼——支援哪些速率、能否拆分、同時能有多少端口跑 25G、DDM 輪詢多快——大部分由端口背後的晶片和固件決定。本頁打開這個黑箱：轉發 ASIC 及其 SerDes、通道如何組成端口、控制平面 CPU 對兩線總線做了甚麼，以及光模組的電源和散熱從何而來。

交換機框圖：前面板籠子、PHY 與 retimer、轉發 ASIC、運行 NOS 的控制平面 CPU、I²C 總線、電源與風扇

三個平面

平面	硬件	對光模組的作用
數據平面	轉發 ASIC（商用晶片，如 Broadcom Trident/Tomahawk、Marvell、Nvidia Spectrum，或廠商自研晶片）、其 SerDes、PHY/retimer	驅動進入模組的電通道，運行 PCS/FEC、MAC、轉發
控制平面	運行網絡作業系統的通用 CPU	通過 I²C 讀取模組 EEPROM，校驗身份，應用策略，配置通道，輪詢 DDM，觸發警報
管理平面	帶外以太網/console，有時是 BMC	可以看到 `show interface transceiver` 和 syslog 的地方

數據平面速度快但不做判斷；控制平面速度慢，卻是做決定的一方。這就是為甚麼一個電氣上完全正常的模組仍會被判定為「不支援」：是 CPU 拒絕了它（主機的處理流程）。

SerDes 與通道

每個端口都是來自 ASIC 的一束 SerDes 通道。每條通道的速率取決於晶片的代際：

ASIC 代際（典型）	SerDes 通道	端口選項
1G 時代	1.25 GBd	SFP 1G、RJ45
10G	10.3 GBd	SFP+；4 通道 → QSFP+ 40G
25G	25.78 GBd NRZ	SFP28；4 通道 → QSFP28 100G；通常可降到 10G
50G	26.5 GBd PAM4	SFP56；QSFP56 200G；8 通道 → 400G（QSFP-DD/OSFP）
100G	53.1 GBd PAM4	QSFP112；8 通道 → 800G
200G	106 GBd PAM4	8 通道 → 1.6T（OSFP224、16 通道的 OSFP-XD）

模組需要一個 SerDes 能夠產生的通道速率。25G SerDes 端口要驅動 10G 模組，前提是該 SerDes 同時支援較低速率（大多數都支援）；在部分晶片上，50G PAM4 通道無法降速為 25G NRZ 通道，這正是「該端口不支援 25G」的由來（以太網代際）。

端口組與速率限制

SerDes 以 四通道組（共享同一時鐘/PLL 的四條通道）為單位組織。由此帶來以下結果：

速率組——在許多 25G 平台上，一個四通道組內的四個 SFP28 端口必須統一跑 10G 或統一跑 25G；混用會被拒絕或被靜默降速（速率問題）。
拆分（breakout）——只有在 ASIC 和該端口的 PHY 映射允許時，QSFP 端口的四條通道才能拆成四個端口；通常只有特定端口（或隔一個端口）能拆分，啟用拆分會禁用相鄰端口（拆分與 MPO 佈線）。
按端口組共享 FEC——FEC 模式有時在整個組內共享。
上行超訂——有些設計複用的前面板通道數超過 ASIC 實際擁有的數量，因此並非所有端口都能同時跑滿速率。

這些按端口劃分的規則記錄在平台的硬件手冊中；模組本身並不會顯示它們。

板上的 PHY、retimer 與齒輪盒（gearbox）

在 ASIC 和籠子之間可能還有 PHY（用於 RJ45 端口）、retimer（用於清理高密度設備上過長的 PCB 走線）、齒輪盒（例如部分 100G 設計中 2 × 50G ASIC 通道 ↔ 4 × 25G 模組通道的轉換）或 MACsec 引擎。每一個都會增加延遲，並帶來各自的速率/FEC 限制，也都是通道可能被錯誤配置的又一環節。端口是否「直連 ASIC」對 LPO 光模組很關鍵，因為它需要 ASIC 自身的均衡器才能到達模組（調制與 DSP）。

控制平面與兩線總線

CPU 通過 I²C 多路複用器（每個端口或每組一條總線）訪問模組 EEPROM，通常經由一塊同時處理 presence、LPMode、reset 和中斷引腳的 CPLD/FPGA （兩線介面）。
上電流程是一個軟件序列：檢測 → 讀取身份 → 校驗 → 上電 → 配置通道 → 使能 Tx → 輪詢 DDM；不同 NOS 版本對 CMIS 的實現完整度不同（CMIS 問題）。
DDM 輪詢由 CPU 調度，通常間隔幾秒到一分鐘；數百個端口共用一顆管理 CPU，繁重的 SNMP 輪詢會拖慢它（用工具讀取 DDM）。
策略（白名單、errdisable、第三方覆蓋）完全是控制平面的代碼邏輯（各作業系統如何校驗模組）。

光模組的電源與散熱

項目	典型值	說明
每個籠子 3.3 V 供電	按功率等級限制：1.5 W（SFP+）、3.5–5 W（QSFP28）、12–15 W（QSFP-DD）、15–25+ W（OSFP）	超出限制 → 模組被鎖定在低功耗狀態（電源與熱管理）
面板風流方向	前進風或後進風	模組散熱片朝向不匹配或進風口被擋都會導致光模組過熱
光模組總功耗預算	400G 設備：32 × 12 W ≈ 0.4 kW；800G 設備：64 × 16 W ≈ 1 kW	佔交換機電源額定功率相當大的一部分

緩存、轉發與光模組的關係

幾乎沒有關係，唯一的聯繫是擁塞特性（PFC、ECN）會與鏈路錯誤相互影響：一個因 CRC 而丟幀的端口，在儲存和 RDMA 看來就像是發生了擁塞（無損以太網）。決定交換機角色的是轉發能力（Tb/s）、緩存大小和表項容量（角色與拓撲），而不是它的光模組。

商用晶片與自研晶片、開放與封閉 NOS

模式	示例	對光模組的影響
商用 ASIC + 廠商 NOS	大多數企業級和數據中心交換機	廠商策略決定光模組支援範圍；硬件限制來自 ASIC
商用 ASIC + 開放 NOS	白牌硬件上的 SONiC、Cumulus	策略限制很少；兼容性測試由自己承擔
自研 ASIC + 廠商 NOS	部分營運商和高端數據中心平台	集成度高，校驗通常最嚴格

各 NOS 的生態及其光模組行為一覽：網絡作業系統概覽。

在 CodingBox 中

交換機的判斷依據是模組的身份位元組，這些正是 CodingBox 展示和編輯的內容：SerDes 必須支援的速率碼和應用、相對於籠子的功率等級、端口 PHY 路徑所需的連接器和技術類型（檢測光模組、EEPROM 編輯器）。

SerDes 交給籠子的通道束（SFI、25GAUI、CAUI-4、400GAUI-8、800GAUI-8），以及對應的 C2M 合規點和通道映射：XGMII、XAUI 與 AUI 系列；從 MII 到 AUI 的完整體系：媒體獨立介面。

這些部件如何被封裝——固定式、帶線卡和交換網板的機箱式、可堆疊、工業級、白牌——以及風流方向和冗餘設計：交換機類型與外形；設備上架後端口的命名方式：端口命名與指示燈。

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