QSFP оптический модуль 100GBASE-LR4 100Gbps CWDM. Разбираю на атомы.

Совсем недавно я разбирал оптический модуль на 10Гбит/с, теперь ставки повышаются в 10 раз и я предлагаю вашему вниманию разборку QSFP оптики на 100Гбит/с.
Под катом Вас ждёт гений инженерной электронно-оптической мысли в HD качестве.
Интересно?
Вам под кат!

Мотивация

Показать красоту современных электронно-оптических систем читателям, и получить удовольствие от разборки модуля.

Что такое QSFP?

Это эволюционное развитие стандарта SFP — Small Form-factor Pluggable.
Q — от слова Quad т.е. четыре. Да, именно так, внутрь QSFP оформили четыре SFP.

Что даёт такое уплотнение?

Если взять свич в размере 1U, то на его лицевой панели поместится 48 SFP-портов.
Такое же место на такой же лицевой панели займут 32 QSFP-порта.
А так как мы знаем, что там в каждом внутри по-сути 4 SFP, то 32*4=128портов.
128 портов против 48? Неплохо!

А скорость то?

Пытливый читатель заметит, что SFP обычно работает на скорости 10Гбит/с, а в обзоре идет речь о 100Гбит/с QSFP и будет прав!
В QSFP внутри по-сути работают 4штуки SFP по 25Гбит/с, которые и дают в сумме 100Гбит/с.
Потому математику из параграфа выше нужно пересчитать на скорость:
48SFP*10=480ГБит/с на один свич стандартного размера
32QSFP*100=3200Гбит/с на один свич стандартного размера
3,2ТБит/с против 0,4Тбит/с на одно устройство! Вот что даёт переход на QSFP!

Там где 4х будет и 8?

Да, уже есть! В эту пятницу работал с OSFP — Octal SFP.
В нём 8шт SFP по 50Гбит с общей скоростью 400Гбит/с.

Зачем он нужен?

QSFP это Quad Small Form-factor Pluggable модуль для сетевого оборудования.
Такие модули придумали для того, чтобы обеспечить гибкость в выборе среды передачи данных.
Представьте, вы можете использовать для передачи данных медь или оптику по вашему выбору, просто сменив тип модуля в порту.
Это всё благодаря стандарту QSFP!

Что такое CWDM?

Ок, автор, ты говоришь, что там «унутри» неонка 4штуки SFP, но как они все четыре одновременно работают по одной паре оптических волокон?
Ответ очень прост!
Каждому SFP внутри этого модуля выделены отдельные цвета лазеров (длины волны).
А именно: 1271нм, 1291нм, 1311нм и 1331нм.
Потом эти четыре цвета лазеров с помощью призм «упаковываются» в одно волокно.
С другой стороны, на приемной части стоит вторая призма, которая «распаковывает» 4 цвета и разделяет их на каждый из четырех фотоприемников.
Процесс «упаковки» цветов на жаргоне сетевиков называется MUX — мультиплексирование.
Процесс «распаковки» цветов называется DEMUX — демультиплексирование.
Привожу грубый пример на картинке. Здесь видимый свет, а в QSFP все четыре цвета невидимы, так как находятся в инфракрасном спектре:

Вот структурная схема модуля:

Герой обзора

SOURCE 100GBASE-LR4 QSFP. Все картинки — кликабельны.
Вид сверху. Видна синяя ручка фиксатора модуля и пазы LC разъема для оптического патч-корда:

Вид сбоку. Посередине виден лепесток фиксатора модуля. Когда тянешь за ручку, то он отщелкивает защелку в разъеме свича:

Вид снизу. Видны две пружины механизма фиксации и крышка на винтах:

Вид с другой стороны. Всё тот-же лепесток фиксатора:

Вид на модуль с другого ракурса:

Вид на LC-разъем, стрелками обозначена передающая и принимающая апертура:

Вид на феррулы LC-разъема:

Вот они же с прямым видом на апертуры.
Вокруг апертур есть ситалловые втулки с продольными прорезями — для точной центровки ситаллового наконечника с оптическим волокном:

Вот микрофото самой апертуры. Диаметр отверстия совпадает с диаметром оптического волокна и равняется ~8мкм:

Вид на электрическую сторону модуля:

Микрофото разъема:

Откусил синюю ручку и снял механизм фиксации:

Открутил микровинты и снял крышку:

Снял все силиконовые термопрокладки и отмыл поверхности спиртом.
Сверху у нас TOSA — передающая оптическая сборка. Снизу в золотой коробочке с цифрой 3 — ROSA — принимающая оптическая сборка:

С другой стороны находится мезанинная плата с повышающим преобразователем напряжения.
Лазеры в этом модуле требуют 37В для их работы, а в то же время питание на модуль поступает одно и оно составляет 3,3В:

Аккуратно выламываю повышающий модуль, вот он с другой стороны:

Вид на основную плату со стороны преобразователя питания.
Золотая ROSA, в жестяной коробке TOSA(выглядит как колхоз).
Кстати обратите внимание, конструктивно с одной стороны чип gennum обслуживает 4 передачи, а с другой стороны ещё один gennum обслуживает 4 приема:

Вид на приемную ROSA-у сбоку. Золотое произведение искусства:

Вид на передающую TOSA-у сбоку. Колхоз из жести и керамики, обёрнутый каптоновой лентой:

Микрофото пайки флексов от модулей к печатной плате:

Оторвал передающую сборку, вид снизу:

Передающая сборка, вид сверху. Снял жестяной кожух. Штуцер из нержавейки:

Вид на передающую сборку сбоку. Видна призма-«упаковщик»:

Вот так идут лучи лазеров. Синим отметил линзы на пути лазерных лучей:

Вот вид сверху, без каптона:

Оторвал плату с драйверами лазеров и самими лазерами, общий вид:

Вид с фокусом на кристалл драйверов:

Микрофото с фокусом на кристаллы лазеров. На них можно даже прочесть надписи!

Вот верхняя часть передающей сборки, видны 4 линзы для лазеров и призма:

В эти линзы входят 4 луча от лазеров, отражаются от зеркала и выходят через 4 других линзы в сторону собирающей призмы:

«Выходные» линзы прямо и «входные» сверху:

Входные линзы, микро:

Выходные линзы, микро:

На призме есть четыре апертуры для входящих лазерных лучей:

Они же в микрофото:

Вид на призму со стороны её «выхода», но с фокусом вглубь призмы:

Вид на призму со стороны её «выхода», но с фокусом на выходную поверхность призмы.
В том месте, где она белая — оттуда выходит суммированный лазерный луч в сторону апертуры оптоволокна:

Вот, перед апертурой, на которую смотрит выход призмы стоит ещё одна линза:

Теперь приемная часть.
Снял позолоченную крышку и нашел четыре беспроводных зарядных катушки:

Четыре фотодиода, четыре коллиматорных линзы:

Набор призм для «разведения» 1271нм, 1291нм, 1311нм и 1331нм по своим фотоприемникам:

Выводы

+Гений инженерной мысли.
+Интернет сегодняшнего дня работает на этих технологиях.

Всем добра!