前言，光模块（如400G、800G、1.6T等）在智算中心的投资中占比较高，现有公开的光模块介绍资料都偏碎片化和老旧了，我最近搜集整理了一些资料，结合大家日常比较关心的产品技术、专业术语、发展趋势和品牌情况等和大家做个分享！
一、光模块的定义和工作原理
1、什么是光模块：光模块是光纤通信系统的核心器件之一，其为多种模块类别的统称，主要包括光接收模块，光发送模块，光收发一体模块和光转发模块等。当前市场中光模块一般指代的是光收发一体模块，光模块用于光信号的传输，传输媒质为光纤。光纤传输方式损耗低，传输距离远，在长距离传输方面具有天然优势。
2、光模块的组成：通常情况下，光模块由光发射器件（TOSA，含激光器）、光接收器件（ROSA，含光探测器）、驱动电路、放大器和光（电）接口等部分组成。
3、光模块工作原理：主要用于实现电-光和光-电信号的转换，如下所示：
① 在发射端，一定速率的电信号经驱动电路处理后进入光发射器件；
② 处理后的电信号驱动激光器发射出相应速率的调制光信号，通过光功率自动
控制电路，输出稳定光信号；
③ 在接收端，一定速率的光信号由光探测器处理后转换为电信号；
④ 处理后的电信号经过放大器后输出相应功率的电信号。
二、光模块的发展历程回顾
光模块行业已有近30年的发展历史，从发展历程来看，光模块形成行业的关键时点为20世纪90年代中期。
1、90年代以前，光模块未形成行业概念，光模块均由设备制造商自行设计研发，外形尺寸和机电接口没有统一标准且兼容性差，这对电信运营商的联通造成诸多问题。
2、90年代中期至2000年初，光模块行业正式形成并开始发展。90年代中期，由相当数量的设备制造商和电信运营商成立MSA组织（多源协议行业联盟），推动了光模块的标准化，光模块行业就此形成。
3、21世纪的前10年，光模块行业进入发展初期阶段，相关技术不断取得突破和应用。在该阶段，行业经历了封装形式的不断迭代、传输速率的逐步提升、接入方式的升级，逐步实现了模块小型化，其中SFP和XFP的诞生分别为小型化的关键节点。
4、2010年开始，光模块行业进入了发展加速阶段，高速化成为了行业发展重点。在初期技术逐步成熟的支持下，光模块的传输速率开始实现快速提升，在该阶段的开始便实现了100Gbs的飞跃式进步，2015年后200Gbs和400Gbs也快速跟进，当前已成为市场主流应用速率。
5、2020年后，光模块行业技术升级速度进一步加快。随着AI智算产业的加速发展以及社会经济对智算中心的需求扩大，光模块行业的发展重点侧重于高速化、高集成、低成本和低功耗。当前800Gbs的光模块已经广泛应用，1.6T的光模块也将计划量产，而具有更高技术含量的硅光也将在未来逐步成为行业突破方向。
三、光模块的封装类型
常见的光模块封装类型有SFP、SFP+、SFP28、QSFP+、QSFP28、QSFP56、QSFP112、QSFP-DD、 OSFP、CFP、CFP2等。
1、SFP、SFP+、SPF28等
SFP：全称是Small Form-factor Pluggable，翻译过来就是小型封装可热插拔，常见的传输速率为1.25G、2.5G，SFP封装是低速光模块市场上主要形态，尺寸比较小，在SFP之前还有GBIC通常为1G传输速率，但是尺寸上SPF更小。
SFP+：可以理解为是SFP的增强版，传输速率提升至10G，但是尺寸大小没有变化，SFP+光模块可后向兼容SFP，10G的市场目前依然是以SPF+为主。
SPF28：SFP28光模块是在SFP+的基础上进一步提升的光模块类型，传输速率为25Gbps，和SFP+具有相同的尺寸，但其能支持单通道25Gb/s的速率。
其他SPF相关：如SFP56常见传输速率50Gbps，最高可支持至56Gbps，SFP112常见传输速率100Gbps，最高可支持至112Gbps，不同的SFP细分产品虽然都是以SPF开头的光模块，尺寸大小基本上一样，因为传输速率的大幅提升，光模块所使用的调制方式会发生变化。
2、QSFP+、QSFP28、QSFP56、QSFP112、QSFP-DD系列光模块
QSFP+的全称是Quad Small Form-Factor Pluggable Plus，集成了4通道10G速率的光模块，与SFP+相比，速率提升了4倍，但尺寸只增加了一倍；QSFP除了基础的QSFP+外，还有其他四通道封装的如下：
QSFP28：4*28G，常见速率为4*25G，也就是100G，QSFP28封装的光模块通常默认为100G光模块。
QSFP56：4*56G，其单通道速率为50G，是主流200G光模块的封装类型。
QSFP112：4*112G，其单通道传输速率100G，QSFP112是主流400G光模块封装类型之一。
QSFP-DD，Quad Small Form Factor Pluggable-Double Density，DD指的是“Double Density”。将QSFP的4通道增加了一排通道，变为了8通道，一般来说QSFP-DD指的是8*50G，也就是400G传输速率的光模块。
除了QSFP-DD，还有QSFP-DD800，是指8*100G，即800G，QSFP-DD1600，是指8*200G，即1.6T。
3、 OSFP系列光模块
OSFP，是Octal Small Formfactor Pluggable的缩写，Octal是八进制的意思，在这里表示光模块用8个56G通道来实现400GbE。尺寸略大于QSFP-DD，56GbE的信号是25G的DML激光器在PAM4的调制下形成的。该标准为新的接口标准，与QSFP-DD不兼容。
除了OSFP还有OSFP800，OSFP1600，OSFP800是指8*100G，即800G。OSFP1600是指8*200G，即1.6T。
四、光模块的接口类型（SC、LC、MPO）：
我们在最新的800G光模块的参数里经常会看到，MPO16/APC接口，这个怎么理解，和传统的LC和SC有何区别？
1、各类接口概述
MPO接口，是多芯光纤连接器（Multi-fiber Push On/Pull Off）的缩写，是一种设计用于高密度光纤连接的标准化接口。MPO 连接器可以一次性连接多根光纤，通常将12芯光纤排为一列，也可支持一列或多列光纤在同一个 MPO 连接器内。根据连接器内排放的芯数不同，可分为一列（12芯）、多列（24芯或以上），其标准由IEC 61754-7规范进行定义。
SC接口是Subscriber Connector的缩写，其接头是一种常用的光纤接头类型，它采用直插式连接方式，即光纤连接时需要将光纤插入接头中并旋转锁定。
LC接口是Lucent Connector的缩写，其接头是一种小型光纤接头，也是一种直插式连接方式，与SC接头类似。
FC接口是Ferrule Connector的缩写，其接头是一种螺纹式连接方式的光纤接头，它使用螺纹进行连接，并需要用手旋转接头来完成连接。
ST接口是Straight Tip的缩写，其接头是一种较为古老的光纤接头类型，它采用圆形接头和圆形插座的连接方式，需要通过旋转锁定来固定连接。
以下5种接头的图片对比如下：
2、APC是什么意思？
是指连接器的端面结构，如下图所示，MPO连接器又可以分为MPO/PC平面连接器和MPO/APC斜面连接器，APC是比较常用的。
五、与光模块配套的互联线缆：DAC/ACC/AEC/AOC
以目前智算中心主流的400G 光模块连接方案举例，总结来看相比于有源光缆 AOC，铜缆具备失效率低、功耗低以及成本低的优势，是短距离场景性价比最高的选择：
1、DAC 400G指无源直连电缆。能使用导电铜线在网卡间、网卡与SW间和SW间进行连接。DAC的内部结构通常采用屏蔽双芯设计，不包括有源元件，功耗小于0.1W，成本是四种方案中最低的。DAC 铜缆主要用于系统内机架连接，将计算服务器连接到存储子系统，最大长度一般为3米；
2、ACC 400G主要是指有源铜缆，无源 DAC仅使用铜线，没有电子器件，功耗为零，延迟和插入损耗最低。新的有源DAC，又名有源铜缆 (ACC)，在电缆端部包括信号增强集成电路 (IC)，与400G DAC 电缆相比，400G ACC 电缆的功耗和成本更高，但线性放大器相较于重定时器（AEC 使用的有源器件）成本更低。有源芯片可以补偿铜缆传输造成的部分损耗，ACC的传输距离是DAC 的2到3倍。
3、AEC 400G 有源电缆是一种特殊类型的有源DAC。400G AEC 作为 400G AOC的可靠即插即用替代方案，然而，能的功耗只有 400G AOC 的一半，而且成本更低，介于 400G DAC 和 400G AOC 之间。能在电缆组件内包）多个重定时器，解决数据丢失的问题——一个放在电缆的开头，一个放在末端，AEC 的重定时器可产生更清晰的信号，消除噪音并放大信号，以实现更清晰、更清晰的数据传输，从而确保更远距离的高速传输，传输距离为 3-7 米；
4、AOC 400G 有源光缆利用光纤作为传输介质，将电信号转换为光信号。由于 AOC的光纤芯由绝缘材料制成，因此在数据传输过程中不易受到电磁、闪电或无线电信号的干扰，功耗约为10W，由于与铜缆相比，光纤的成本普遍较高，因此 400G AOC的价格通常高于 400G DAC（假设水平或封装相似）。400G AOC 的最大传输距离可达100米。
六、IB组网对应的光模块用量测算
以英伟达H100集群为例，DGX H100包括8张H100 GPU，同时配置8张400G CX-7网卡，共8个400G接口，带动大量400G、800G光模块的需求。英伟达DGX H100 SuperPod 服务器示意图如下：
每个计算单元（SU）有32个节点，每个节点8块GPU；
每个GPU与ConnectX-7网卡相连，网络架构采用无阻塞的胖树架构；
采用 Infiniband 互联技术，第一层与第二层之间使用400G光模块，其余层使用800G光模块；
在网络层数分别为1/2/3的情况下，GPU:400G:800G分别为1:1:0.5/1:1:1.5/1:1:2.5。
不同H100集群规模对应的交换机和光模块数量参考一览表：
六、目前已公开的某厂商800G光模块参数举例
六、硅光芯片/模块的发展趋势
硅光技术是CPO方案的主流选择，未来在智算、HPC等领域将起到重要作用。硅光技术由于不需要气密封装，CMOS兼容更易与电芯片集成且硅光调制器和探测器均可支持56GBaud以上速率等因素，成为了CPO光引擎的主要方案。高性能计算方面，硅光技术有助于解决高性能计算平台中的功率问题合IO以及带宽密度的挑战。硅光技术正在彻底改变长距离通信和数据中心运营。硅光技术因其高集成度、高带宽、低时延及低功耗的特性在通信和人工智能领域有较大潜力，目前应用于数据中心光学互连和CPO的相关产品开发正在进行中，共封装光学器件 (CPO) 预计将在 2025年后在高性能计算 (HPC) 领域取得重大进展。
主流的硅光芯片/模块的厂商情况
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