Módulo óptico

Las primeras versiones de módulos ópticos contaban con una interfaz eléctrica analógica NRZ . En la transmisión, el módulo óptico controlaba directamente el láser o el LED con la señal analógica proveniente de la tarjeta del sistema frontal. En la recepción, el módulo controlaba directamente la interfaz eléctrica de recepción con la salida del circuito receptor analógico óptico-eléctrico.

A medida que aumentaba la velocidad, la interfaz eléctrica se transformó en una interfaz digital con sincronización reprogramada. La Interfaz Eléctrica Común (CEI), ^{[ 1 ]} definida por el Optical Internetworking Forum (OIF), sirvió como documento de referencia para estas interfaces. El grupo de trabajo IEEE 802.3 Ethernet también influyó en la definición de la interfaz del módulo.

Para ahorrar energía dentro del módulo, se han fabricado módulos ópticos que utilizan la definición de interfaz digital, como la CEI, pero sin resincronizar las señales dentro del módulo. Estos módulos proporcionan una conexión analógica entre los dos extremos.

El Optical Internetworking Forum publicó en 2016 el Acuerdo de Interoperabilidad (IA) del Módulo de Óptica Coherente Analógica CFP2-ACO o CFP2 . Este IA admite una configuración donde el procesador de señal digital (DSP) está en la placa principal y los componentes ópticos analógicos están en el módulo. Este IA es útil cuando el DSP excede el límite de potencia del módulo. ^{[ 2 ]} La interfaz ACO se puede utilizar en aplicaciones de óptica coherente cuando el enlace proporciona un ancho de banda flexible al sistema, por ejemplo, cuando se combina con FlexE . El IA ACO inicial es para el módulo CFP2. Las modulaciones ópticas típicas que se utilizan incluyen la modulación por desplazamiento de fase en cuadratura de doble polarización (DP-QPSK) y QAM-16.

Estos módulos incorporan el DSP en el propio módulo y utilizan una interfaz digital convencional con sincronización reprogramada. Estos módulos pueden utilizar las mismas técnicas de modulación óptica que las interfaces ACO.

Históricamente, la técnica de modulación más común ha sido la modulación por conmutación de encendido y apagado (ON-OFF Keying) o NRZ. La modulación por amplitud de pulso (PAM-4) también se ha utilizado ampliamente.

En la década de 2010 se ha utilizado la modulación óptica coherente . Las técnicas incluyen la modulación por desplazamiento de fase en cuadratura de doble polarización (DP-QPSK) y QAM-16 .

En ocasiones, se utilizan láseres sintonizables para que un módulo admita diversas formas de conmutación óptica en red, como las que requieren las redes ópticas en malla o los multiplexores ópticos reconfigurables de inserción y extracción (ROADM). En estos sistemas, el láser transmisor puede sintonizarse a una frecuencia/longitud de onda óptica diferente. Del mismo modo, el receptor puede recibir distintas frecuencias ópticas.

En algunos módulos ópticos, se multiplexan diferentes longitudes de onda ópticas, también conocidas como lambdas, mediante la multiplexación por división de longitud de onda (WDM). Entre las variantes se incluyen la WDM gruesa (CWDM) y la WDM densa (DWDM).

En muchos casos, la velocidad de transmisión de la interfaz óptica no coincide con la de la interfaz eléctrica. En estos casos, se utiliza un convertidor interno en el módulo para transformar ambas velocidades. Por ejemplo, si el módulo admite cuatro  entradas eléctricas de 25 Gb/s y dos longitudes de onda de  interfaz óptica de 50 Gb/s, entonces se requiere un convertidor interno para transformar entre 25 y 50 Gb/s.

En particular, en el mercado de módulos de largo alcance, se ha incorporado la corrección de errores hacia adelante (FEC) en el módulo. Esta corrección se ha implementado tanto en formatos propietarios como basados ​​en estándares.

La OIF ha creado acuerdos de interoperabilidad para crear interoperabilidad entre múltiples proveedores para una serie de componentes dentro de los módulos, particularmente enfocados en la transmisión coherente. Estos han incluido

• Moduladores de cuadratura multiplexados por polarización integrados de alto ancho de banda ^{[ 3 ]}
• Transmisores modulados en cuadratura con multiplexación de polarización integrada ^{[ 4 ]}
• Receptores coherentes micro-intradyne de doble polarización integrados ^{[ 5 ]}

La OIF ha creado acuerdos de interoperabilidad para crear interoperabilidad entre múltiples proveedores para los láseres sintonizables que a veces se utilizan en módulos ópticos. Estos han incluido

• Acuerdo de múltiples fuentes para el ensamblaje de láseres sintonizables integrables ^{[ 6 ]}
• Acuerdo de implementación del ensamblaje de láser sintonizable micro integrable ^{[ 7 ]}

El subconjunto óptico de transmisión o TOSA en el módulo óptico convierte las señales eléctricas en señales ópticas para los transmisores ópticos. ^{[ 8 ]}

El estándar MSA para módulos ópticos conectables de factor de forma pequeño (SFP) ha especificado muchos factores de forma de módulos ópticos a lo largo de los años.

• Módulo conectable de factor de forma pequeño (SFP)
• QSFP - Quad SFP ^{[ 9 ]}
• QSFP28 - Interfaz de 4 x 28  Gb/s ^{[ 10 ]}
• QSFP-DD - QSFP de doble densidad
• MicroQSFP
• Transceptor OSFP : estándar de transceptor 400GbE ligeramente más grande

El módulo conectable con factor de forma C ( CFP ) es un acuerdo entre fabricantes competidores para un factor de forma común para la transmisión de señales digitales de alta velocidad. La letra "C" en el nombre hace referencia a la letra latina C, utilizada para expresar el número 100 ( centum ), ya que el estándar se desarrolló principalmente para sistemas Ethernet de 100 Gigabit . ^{[ 11 ]}

La especificación CFP original se propuso en una época en la que  las señales de 10 Gbit/s eran mucho más factibles que  las de 25 Gbit/s. Por lo tanto, para lograr  una velocidad de línea de 100 Gbit/s, la solución más económica se basaba en 10 carriles de 10  Gbit/s. Sin embargo, como era de esperar, las mejoras tecnológicas han permitido un mayor rendimiento y una mayor densidad. De ahí el desarrollo de las especificaciones CFP2 y CFP4. Si bien son eléctricamente similares, especifican un factor de forma de 1/2 y 1/4 respectivamente en el tamaño de la especificación original. Cabe destacar que los módulos CFP, CFP2 y CFP4 no son intercambiables (pero sí interoperables en la interfaz óptica con los conectores adecuados).

• Conectable con factor de forma C (CFP)
• CFP2
• CFP4
• CFP8

El XENPAK MSA se anunció públicamente el 12 de marzo de 2001 y la primera revisión del documento se publicó públicamente el 7 de mayo de 2001 y fue un acuerdo de múltiples fuentes (MSA), instigado por Agilent Technologies y Agere Systems , que define un módulo transceptor de fibra óptica o cableado que cumple con el estándar Ethernet de 10 Gigabit (10GbE) del grupo de trabajo 802.3 del Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE) . XENPAK ha sido reemplazado por dispositivos más compactos que proporcionan la misma funcionalidad. La revisión más reciente del MSA, Issue 3.0, se publicó el 18 de septiembre de 2002. El resultado cubrió todos los tipos dependientes de medios físicos (PMD) definidos por el IEEE en ese momento para 802.3ae 10GbE. ^{[ 12 ]} Poco después de que se introdujo el estándar en 2001, surgieron dos estándares relacionados: XPAK y X2 . Estos dos estándares tenían la misma interfaz eléctrica que XENPAK (conocido como XAUI ), pero propiedades mecánicas diferentes.

El XFP (10 Gigabit Small Form Factor Pluggable) es un estándar para transceptores destinados a enlaces de redes informáticas y telecomunicaciones de alta velocidad que utilizan fibra óptica . Fue definido por un grupo industrial en 2002, junto con su interfaz para otros componentes eléctricos, denominada XFI . El XFP tiene un factor de forma ligeramente mayor que los populares SFP y SFP+.

El Optical Internetworking Forum definió un módulo para óptica de larga distancia. La mayoría de los demás MSA ópticos se centran en el mercado de los centros de datos.

• CPAK - Módulo específico de Cisco ^{[ 13 ]}

La Coalición para la Óptica a Bordo (COBO) se estableció en 2014 para proporcionar un lugar para la estandarización de las interfaces ópticas que estaban ubicadas en el medio de las placas en lugar de en el panel frontal. ^{[ 14 ]}

• MSA 5″×7″ (Gen 1)
• MSA 4″×5″ (Gen 2)

InfiniBand (abreviado IB) es un estándar de comunicaciones de redes informáticas utilizado en computación de alto rendimiento que ofrece un rendimiento muy alto y una latencia muy baja. Se utiliza para la interconexión de datos tanto entre ordenadores como dentro de ellos. InfiniBand también se utiliza como interconexión directa o conmutada entre servidores y sistemas de almacenamiento, así como entre sistemas de almacenamiento. InfiniBand utiliza ampliamente módulos ópticos. ^{[ 15 ]}

Fibre Channel (FC) es una tecnología de red de alta velocidad (que suele funcionar a velocidades de 1, 2, 4, 8, 16, 32 y 128 gigabits por segundo) utilizada principalmente para conectar el almacenamiento de datos informáticos a los servidores. Fibre Channel se utiliza principalmente en redes de área de almacenamiento (SAN) en centros de datos comerciales. Las redes Fibre Channel forman una estructura conmutada porque operan al unísono como un único conmutador. Fibre Channel normalmente funciona con cables de fibra óptica dentro y entre centros de datos. Fibre Channel utiliza ampliamente módulos ópticos. ^{[ 16 ]}

Ethernet es una familia de tecnologías de redes informáticas comúnmente utilizadas en redes de área local (LAN), redes de área metropolitana (MAN) y redes de área amplia (WAN). Ethernet utiliza ampliamente módulos ópticos en sus interfaces de alta velocidad. Algunas interfaces representativas que se implementan comúnmente en módulos ópticos son 100GBASE-SR4, 100GBASE-LR4 y 100GBASE-ER4.