Статьи

Что такое волоконно-оптические трансиверы их эволюция от 1G до 800G и далее

2025-11-05 11:04
Волоконно-оптический трансивер (оптический модуль) — это ключевое устройство, обеспечивающее преобразование электрических сигналов в оптические и обратно. Именно он служит мостом между сетевым оборудованием и оптоволоконной линией связи.
Типичный модуль состоит из:
  • TOSA (Transmitter Optical Subassembly) — содержит лазерный чип (LD),
  • ROSA (Receiver Optical Subassembly) — содержит фотодетектор (PD),
  • Драйверов и предусилителей,
  • Оптических и электрических интерфейсов.

Типы лазеров и фотодетекторов

В зависимости от применения в модулях используются разные типы компонентов:

Лазеры:

  • VCSEL (вертикальный поверхностно-излучающий),
  • FP (Фабри–Перо),
  • DFB (с распределённой обратной связью),
  • EML (электроабсорбционный модулированный),
  • Узкополосные перестраиваемые лазеры.
Фотодетекторы:
  • PIN-диоды,
  • APD (лавинные фотодиоды).
Выбор определяется требованиями к дальности, скорости, стоимости и надёжности.

Классификация оптических модулей

Оптические модули классифицируются по множеству параметров:

Форм-фактор
SFP, SFP+, SFP28, QSFP28, QSFP-DD, OSFP и др.
Скорость передачи
1G, 10G, 25G, 40G, 50G, 100G, 200G, 400G, 800G
Формат модуляции
NRZ, PAM4, DP-QPSK, n-QAM
Поддержка WDM
«Серые» (без WDM) и «цветные» (с WDM) модули
Тип оптического интерфейса
Duplex, BiDi (одноволоконный)
Температурный диапазон
Коммерческий (0…+70°C), промышленный (−40…+85°C)

Эволюция форм-факторов: к высокой скорости и миниатюризации

Эволюция упаковки наглядно отражает тенденцию роста скорости при сохранении компактности:
  • SFP → QSFP → QSFP-DD / OSFP
  • Скорость выросла с 1 Гбит/с до 800 Гбит/с,
  • Объём модуля практически не изменился.

Цветные модули и WDM: ответ на рост трафика в 5G

С приходом 5G и облачных сервисов резко возрос спрос на пропускную способность. Для этого активно внедряются цветные оптические модули, использующие мультиплексирование по длине волны (WDM):
Тип
Шаг каналов
Технология
Стоимость
Рынок
CWDM
20 нм
Нетермостаб. DML + PIN
Низкая
Китай
LWDM
800 ГГц
Термостаб. DML + PIN
Средняя
Япония, Южная Корея
MWDM
CWDM ±3.5 нм
Термостаб. DML + PIN
Средняя
Китай
DWDM
100 ГГц
Термостаб. EML + APD
Высокая
Северная Америка, Япония, Южная Корея

Основные области применения оптических трансиверов

1. Телекоммуникации

  • 5G fronthaul/midhaul/backhaul,
  • Магистральные сети,
  • FTTx (оптика до абонента).
Особые требования к fronthaul-модулям:
  • Промышленный температурный диапазон (−40…+85°C),
  • Пыле- и влагозащита,
  • Низкая стоимость (спрос в десятки миллионов единиц).
Типичные решения для 25G fronthaul:
  • SFP28 10 км DFB+PIN,
  • BiDi SFP28 20 км,
  • CWDM/LWDM/MWDM/DWDM SFP28 для мультиплексирования.

2. Центры обработки данных (ЦОД)

  • Внутрицентровая связь,
  • Межцентровое соединение (DCI).
Основные требования:
  • Высокая скорость,
  • Низкое энергопотребление,
  • Компактность,
  • Поддержка PAM4 и FEC.
Для ЦОД активно используются QSFP-DD и OSFP модули на 400G и 800G.

Цепочка поставок и промышленная динамика

Цепочка создания оптического модуля включает:
  1. Производители оптоэлектронных чипов (высокая технологическая планка),
  2. Сборщики модулей (средний уровень сложности),
  3. Конечные пользователи: телеком-операторы, поставщики облачных услуг, производители сетевого оборудования.
Китайские компании сегодня занимают около 50% глобального рынка оптических модулей, благодаря:
  • Низкой стоимости труда,
  • Масштабу внутреннего рынка,
  • Поддержке со стороны операторов и OEM.

Будущее: кремниевая фотоника и 1.6T

Основные тренды:
  • Рост скорости до 800G, 1.6T и выше,
  • Снижение энергопотребления на бит,
  • Миниатюризация.
Традиционные технологии достигают физических пределов. Кремниевая фотоника (Silicon Photonics) становится решением, обеспечивающим:
  • Высокую интеграцию,
  • Низкое энергопотребление,
  • Массовую производимость.
Уже сегодня модули на базе SiPh массово используются в дата-центрах от ведущих поставщиков.

Заключение

Оптические трансиверы - это сердце современных сетей. От компактных SFP-модулей в 5G-базовых станциях до 800G QSFP-DD в ЦОД - они обеспечивают масштабируемость, гибкость и высокую пропускную способность.

С развитием 5G, ИИ и облачных вычислений спрос на высокоскоростные, энергоэффективные и надёжные оптические модули будет только расти, делая эту отрасль одним из ключевых драйверов глобальной цифровой инфраструктуры.