光模块的简明成长史
光模块是光纤通信行业发展到一定阶段衍生出的一个专业化细分领域。1960年，激光被发明。1962年，半导体开始应用于激光器生产，虽然电光转换效率极低，寿命极短，但奠定了半导体激光器的理论基础。1966年标志着光纤可用于通信的理论的确立。1970年至1980年期间，光纤制造工艺取得了进步，半导体激光器理论和生产技术也得到了发展。1985年前后，光纤通信开始产业化。1995年，用于光纤通信的光电信号转换器开始批量生产。光电信号转换接口的速度从兆比特级发展到千兆比特级(1Gbps）。催生了GBIC这一名称。同时，这个时期的器件接口采用20个pin脚来连接。2000年左右，SFP应运而生，其尺寸比GBIC更小。也支持相同的1 Gbps信号转换速率，但设计更紧凑，但是依然保持采用20个pin脚来连接。
自推出以来，SFP已展现出非凡的耐用性。最初的设计目标是实现 Gbps 级转换，这在当时被认为是高速的。随着速度提升到2.5Gbps、10Gbps 甚至 28Gbps，该模块的形状和尺寸基本保持不变。2019年，SFP28成为5G(第五代)移动基站前传应用的主要光模块尺寸。在过去两年中，它不断发展，支持高达 56Gbps 和 112Gbps 的速度。SFP 的定义特征是其1x结构：一个传输通道(TX)和一个接收通道(RX)。2001年推出的 Xenpak标准代表了10Gbps以太网模块，其尺寸明显更大。在当时，这不得不说是一种妥协，需要大量的辅助设计和多通道配置，尤其是在电信号设计方面，才能在如此大的机箱内容纳支持 10Gbps转换的组件。Xenpak 中的“X”代表罗马数字 10。后续工作重点是10Gbps模块的小型化。X2代表了Xenpak的更小设计，而XFP则提供了比 X2 更紧凑的外形尺寸。
光模块的发展有着不同的轨迹，Xenpak、X2、XFP系列继续发展，而GBIC、SFP等早期设计也有所进步。2009年，SFP的升级版本SFP+问世，其支持容量达到10Gbps，体积比XFP略小，逐渐取代了XFP在业界的部分市场份额。随后，100G光模块时代开启。2009年，10G模块从大型Xenpak封装过渡到X2、XFP和SFP+封装，尺寸也随之逐渐减小。与此同时，10通道100G光模块的标准化也开始实施，并被命名为“100G热插拔封装”，其中的“C”代表罗马数字100。与原始CFP的尺寸进行比较，可以发现其尺寸相当大。随着行业的发展，第二代和第三代CFP模块（通常称为CFP2和CFP4）于2013年和2014年被定义。2012年至2014年，数据中心光模块市场经历了爆发式增长，在经历了短暂的40G光模块阶段后，市场逐渐向100G数据中心光模块过渡。当时，CFP4 模块尺寸相对较大，专为100G设计，其连接器性能更胜一筹。然而，配备4个SFP通道的 QSFP+ 系列发展迅速，而QSFP28 100G 模块凭借其简单、经济高效的设计占据了市场主导地位。2014年之后，QSFP系列获得了显著的发展。在保持外形尺寸一致的前提下，该系列优化了带宽，并增强了100G、200G和400G数据中心光模块的速率转换能力。因此，CFP4模块类型变得不那么突出了。从2017年起，业界开始关注400G模块。当时出现了几种选择：CFP8是CFP系列的扩展。OSFP，代表新定义的结构，其中“O”代表8x通道。QSFP-DD 是 QSFP 系列的衍生产品，具有双倍密度功能。CFP系列最初是为100G应用而设计的。为了实现400G，业界传统的方法是扩大模块尺寸。因此，CFP8模块的尺寸回归到了接近CFP2的尺寸。OSFP 在此期间引入了新的结构设计，而 QSFP 系列在其框架内加入了双密度 (DD) 功能。目前，OSFP和QSFP-DD是400G模块最受欢迎的选择，CFP8的市场份额逐渐下降。在800G时代，QSFP-DD的紧凑尺寸因其高热密度而面临挑战，从而限制了其使用率。相反，OSFP及其扩展尺寸变体OSFP-XD已成为800G模块的主要尺寸选择。对于 1.6T 热插拔模块，OSFP-XD作为主要外形尺寸占据领先地位。2021年和2022年开始针对更高密度交换设计的3.2Tbps CPO光模块的标准化工作。CPO 模块的紧凑尺寸是通过硅光子技术的集成实现的。许多制造商选择将激光器和探测器组件集成到模块内部，或者将激光器置于模块外部，从而最大限度地提高 CPO 模块的容量体积比。2011年至2012年，相干模块产业进入起步阶段。早期的相干模块采用板载设计，需要300引脚、5英寸 x 7英寸的大型封装尺寸，以容纳调制器、光源、混频器、平衡检测器、DSP以及其他用于相干通信的组件。这些100G相干模块的功耗高达80W。随着时间的推移，相干模块的尺寸从5英寸x 7英寸减小到4英寸x 5英寸。半导体调制器、半导体ICR结构和DSP制造工艺的进一步小型化促进了向热插拔CFP和CFP2模块的过渡。到 2022 年，400GZR 相干模块将采用超紧凑 QSFP-DD 外形尺寸。
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