SFP+收发器在10G以太网发展中脱颖而出

近几年来，10G光以太网接口技术得到了长足的发展。它一直不断尝试从实验室走出来。与此同时，由于桌面和服务器连接不断向快速以太网和吉比特以太网升级，导致核心数据中心和骨干网络互联对带宽的需求越来越高。这些都促使10G光以太网接口走向商业市场，其市场份额不断扩大。
然而由于高昂的成本，目前10-Gbit/sec应用并没有像预测的那样在市场上迅速蔓延。以往的以太网技术更新换代的过程（比如从快速以太网向吉比特以太网过渡）告诉我们，只有当新技术的速度达到旧技术的10倍以上，而成本控制在4倍左右，新技术才有可能迅速扩大市场，夺取主动。而目前10-Gbit/sec速率的成本大约是吉比特以太网的10到15倍，这就极大地妨碍了用户在诸如链路聚合时采用新技术的热情。基于铜线的10-Gbit/sec技术已经完成了标准化，正在逐步走向市场，但是目前也受到功率损耗和串扰造成的低端口密度问题的困扰，导致其市场化过程困难重重。

图1：四海光纤 SFP+为用户提供了与其它10-Gbit/sec光模块类型前辈们相比更低的成本和更高的端口密度。
在这个背景下，一种新的光收发器方案脱颖而出。具备高端口密度、低成本的SFP+收发器可以为企业用户提供比以往技术性价比更高的10-Gbit/sec以太网升级解决方案。下面本文就将对SFP+收发器进行探讨。
从SFP到SFP+
SFP+光收发器是SFP（有时也称作“mini-GBIC”）的升级。在吉比特以太网和1G、2G、4G光纤通道上SFP已经得到了广泛应用。SFP+为了适应更高的数据速率，设计了比SFP增强的电磁屏蔽与信号保护特性，并且制定了新的电接口规范。
为了升级目前应用于SAN网络中的4G光纤通道，ANSI T11标准化小组已经与SFP+ MSA组织合作展开了深入研究，希望能够标准化8G光纤通道SFP+模块。与此同时，SFP+ MSA小组也在研究制定10G以太网SFP+模块的技术规范。
目前为了争夺10G网络市场，有几种不同的光收发模块正在互相竞争（如图1所示），它们具有各自不同的优缺点。XENPAK和X2模块是目前技术最成熟、应用最广泛的10-Gbit/sec模块，可以满足所有应用场合的要求。它们拥有四通道XAUI电接口，从而降低了在板卡上设计极高速电路的难度。XFP模块具有更高的端口密度，支持大多数的应用场合，而且成本比XENPAK和X2低。
由于SFP+主板设计师预先考虑了高速设计工作，使得SFP+模块在10G以太网光纤连接时以更低的成本获得了更高的密度。
SFP+光收发器可以为任何10-Gbit/sec光模块提供最多的每卡端口数量。表1对比了几种技术的主要特性，包括每板卡的尺寸，以及考虑散热等因素后可以拥有的最大端口数量。表格说明，SFP+与其它吉比特光以太网模块相比能够提供极大的端口密度，这就好比拿铜缆吉比特以太网网卡与RJ-45连接器作比。
SFP+光收发器的另一个优势是，它具备在保证性能不输于其它已有模块的基础上极大降低成本的潜力。成本降低来自两个方面，其一是小面积可以消除多余的硅片带来的成本；其二是简单的设计与测试可以降低生产成本。这使得SFP+成为价廉质优的吉比特以太网收发器。
图2所示为采用表1中对比的几种光收发器后的板卡架构示意图。值得注意的是，SFP+模块架构与吉比特以太网是一致的。通过采用更新型的主板架构，SFP+能够得到更多的端口数量。因为每线的成本会平均分配到所有的端口上，所以这就意味着SFP+每端口的成本得到了极大的降低。

仍然存在的技术问题
SFP+模块目前正在试制中。在SFP+设备正式投入量产之前，还有若干技术问题需要解决。SFP+ MSA小组已经在协调业界以完善其标准。同时，模块、系统与IC制造商通过技术研讨、演讲和面对面交流等方式，期望能够在SFP+的高速性能、电特性、机械特性以及数字诊断等规范上达成一致。
这些亟待讨论的众多重要问题之一是高速电接口的定义。IEEE 802.3标准已经明确规范了10G以太网的光链路和距离，因此现在需要解决的问题是，为模块输入输出定义一个适合光链路标准的电接口规格。人们已经对链路长度与几何分布、主板材料与设计，以及连接器类型等进行了大量的模拟与测试，以确定信号在这些因素影响下会如何变化。同时IC和模块供应商也公布了目前器件技术所能达到的能力。

SFP+ MSA组织一直在讨论，传统的“限制”模块（此模块与限幅后置放大器共同实现输出数字化的“0”和“1”）是否能够满足链路距离的需求，如果不能满足，那么到底采用“线性”模块（此模块的目的是输出一个与输入信号完全一致的信号）还是电子色散补偿电路来连接接收均衡器。LRM要求能够支持多模光纤，因此IEEE标准规定的EDC电路很可能会安置在主板上，以满足整个光模块的功率要求。这样一个架构需要一个“线性”模块将均衡后的信号传递给EDC电路。而SR多模链路或10公里LR链路不需要在主板上集成EDC以支持LRM，所以采用“限制”模块可能会更好一些。
 

图2：四海光纤 SFP+模块提供了与其它模块相比更简单、更高密度的主板架构。

目前，工业界众多厂商正在积极的为高速电接口、开放机械特性、固件及其它问题的规范化做出大量努力。SFP+ MSA标准中规定这些规范工作的截止时间为2006年末，而官方宣布标准化工作的截止时间大概为2007年初。
重新调整的光规范的制订可以满足对成本非常敏感的数据中心的要求，而且能够进一步降低光模块的造价。这种用于数据中心的光模块采用较低规格的光器件和较短的链路长度（如30米的OM2光纤或100米的OM3光纤，这个长度足以用于大多数数据中心），这样就可以简化设计复杂性，提高产量并降低生产测试成本，最终可以将总的成本降低50%以上。虽然此种光接口可能并不属于标准接口，但是能够降低成本的思路还是被工业界广泛认可的。
SFP+并不是推动10G以太网广泛应用的魔方，光器件、电子器件和模块设计的革新还必须不断前进，以保证光收发器的成本能够不断下降。而选择收发器架构的作用是，能够保证10-Gbit/sec按时按量进入市场。本文中提到的几种用于吉比特以太网的技术中，SFP+可以保证10-Gbit/sec的通信容量，实现最高的光模块密度，同时实现最低的成本。因此目前它被认为是10-Gbit/sec光收发器的最终选择。
工业界对SFP+技术及其价值非常感兴趣。众多厂商正在计划于2007年发布初始版本，系统厂商则期望用1到2年时间推广SFP+以实现10-Gbit/sec的承诺，同时行业观察家们也开始寻找应用于未来的更高速的连接方法。