诺基亚：相干可插拔光模块的技术演进

相干可插拔模块覆盖 100G 到 1.6T，有不同封装形式，可用于接入、点对多点汇聚、数据中心互联、城域和海底传输等场景。

而嵌入式光模块在长距和海底仍然有用，但市场趋势明显偏向可插拔方案。特别是在短距离和低速率场景下，可插拔模块的性能已接近嵌入式产品，而成本和每比特成本更低。

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目前除了数据中心内部，绝大部分光传输部署都用了相干可插拔模块，总带宽和增速都占主导。

CMOS 每代演进都提升了相干系统性能，包括单波长容量增加、距离更远、体积更小、每比特功耗和成本降低。

2020 年初，7nm 工艺用于 800G 嵌入式光引擎，同时催生了第一代 400G 可插拔模块。7nm 及以下节点使 DSP 在高性能下仍能把功耗控制在 OSFP 或 QSFP-DD 这类紧凑封装内。

目前 3nm 已用于 800G 可插拔和 1.6T 嵌入式引擎。预计 2027 年，1.6T 可插拔模块将工作在 250 Gbaud 附近，依赖 3 nm 或更先进工艺。

另外，运营商很看重多厂商互操作性。OIF 400ZR 协议是业内首个可互通相干可插拔器件行业标准。400G 与 800G 两代产品均统一采用 16QAM 调制。

OIF MSA规定 400ZR 采用 CFEC，OpenZR + 标准下 400ZR + 采用 oFEC；针对 800G ZR 与 ZR+，OIF 统一选用增益更高的 oFEC，同时 OpenROADM 多源协议引入物理编码子层（PCS）模式，进一步提升 800G ZR + 性能。

同理，下一代 1600ZR/ZR + 预计同样采用 oFEC。

高数据速率和复杂 FEC 需要 DSP 和高速 ADC/DAC 协同优化，采样率要超过 300 GS/s，同时保证效率和信号质量。最优方案是 CMOS 芯片和光学前端共同设计。

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先进 CMOS 能把数字、模拟电路和 InP 或 SiPh 的光学前端集成在一起，实现可扩展、低功耗的收发器。

InP 和 SiPh 各有优劣。InP 可在单颗 PIC 上集成激光器、光放大器、调制器、探测器和无源器件，做出高波特率、低损耗、低功耗的光引擎，但需要专用代工厂，前期投资大，材料工艺要求高。

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SiPh 可利用标准 CMOS 产线制作调制器、锗探测器和无源器件，对没有 InP 产线的厂商更友好，但本身不提供光增益，通常要外置 InP 激光器或 EDFA，开发复杂 PIC 时也需要和代工厂密切配合。

业界没有统一选 InP 还是 SiPh，性能有差异，所以互操作需要在关键参数上达成一致。

部署上分两条路线：嵌入式用于长距传输和海底光缆，可插拔模块主导城域、边缘和数据中心互联。

400ZR 最早针对边缘 DCI，支持 400 Gb/s，单跨段最远 120 公里，插在交换机或路由器上，只承载 400GbE。400ZR+ 提高了发射功率和 FEC 增益，能跑多跨段 ROADM 网络，距离超过 500 公里，功耗控制在 25 W内。

OpenZR+ MSA 定义了单载波 400G 线路速率，支持 400GbE、2×200GbE 或 4×100GbE 客户端，用于 DCI 和城域点对点扩展链路。后来 OpenROADM 和 ITU-T 扩展了 400ZR+，覆盖城域、区域和长距，同时兼容以太网和 OTN。

城域汇聚的星型流量催生了 XR400。它用数字子载波复用把 400G 波长切成多个 25G Nyquist 子载波，每个子载波从中心节点独立路由到不同叶子节点，形成点对多点拓扑，省去了成对点对点转发器和电层汇聚。XR400 已在 Open XR Optics Forum MSA 中完成规范。

800ZR 和 800ZR+ 在同样封装内把速率翻倍，每比特功耗、成本和空间都有下降，同时保留 400G 的互操作性和运维模式。

800ZR 是低功耗标准化接口，用于单跨段 80 到 120 公里 DWDM 链路，主要是路由器间的 DCI 和短距离点对点连接。

800ZR+ 提高了发射功率，支持灵活调制和 PCS 选项，比如 OpenROADM 的 131 Gbaud 可互操作 PCS。它能在多跨段带放大器的区域 DCI 上跑满 800G，也能在更长距离上以 400G 到 600G 工作，在 ROADM 网络中实现 IP-over-DWDM，可作为嵌入式转发器的补充或替代。

OIF 正在制定 1600ZR、ZR+ 和 CL 标准。1600ZR 针对单模光纤 120 公里内短距 DCI，1600ZR+ 延伸到 1000 公里，用于城域和区域多跨段。1600CL 面向数据中心内部及周边 2 到 20 公里短距、超低时延链路，弥补传统 ZR 在功耗和延迟上的不足。