滨松探测器在数据中心通信中的应用
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1966年英籍华人高锟博士提出光导纤维的概念在全世界范围内掀起了发展光纤通信的高潮。1978年工作于0.8μm的第一代光波系统正式投入商业应用。上世纪80年代初，早期的采用多模光纤的第二代光波通信系统问世。1990年，工作于2.4Gb/s，1.55μm的第三代光波系统已能提供通信商业业务。
因在"有关光在纤维中的传输以用于光学通信方面"做出了突破性贡献，高锟也被授予了2009年的诺贝尔物理学奖。
近年来，大数据、云计算、5G、物联网以及人工智能等应用市场快速发展，将要来临的无人驾驶应用市场，给数据流量带来了爆炸性增长，数据中心互联逐渐发展成为光通信的研究热点。目前的数据中心已不再仅仅是一座或几座机房，而是一组数据中心集群，为实现各种互联网业务和应用市场的正常工作，要求数据中心之间协同运转，数据中心之间信息实时海量交互，这就产生了数据中心互联网络需求。
与传统的电信接入网传输设备不同，数据中心互联设备也有特殊要求：高速率、低功耗、小型化。以下将就数据中心互联光模块的基础知识，以及滨松探测器在其中的应用进行介绍。
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信息网络主要以光纤作为传输介质，但目前计算、分析还必须基于电信号，光收发模块是实现光电转换的核心器件。
光模块的核心组件有Transimitter（光发射次模块）/Receiver（光接收次模块）或Transceiver（光收发一体模块）、电芯片，另外还包括透镜、分路器、合束器等无源器件及外围电路。在发射端：电信号通过Transimitter 转换为光信号，再由光适配器输入到光纤；在接收端：光纤中的光信号通过光适配器被Receiver接收并转变成电信号，并输送到计算单元进行处理。
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伴随着光电集成技术的发展，光收发模块的封装形式也经历了一些变化。在光模块行业成型之前，早期由各大电信设备制造商各自开发，接口五花八门，不能通用。这样导致光收发模块不能互换，后由行业商定，统一制定了规则，就有了多源协议，MSA(Multi Source Agreement)。有了MSA标准之后，独立专注于开发Transceiver的公司开始崭露头角，随之行业兴起。
光收发模块按封装形式可分为SFP、XFP、QSFP、CFP 等：
（1）SFP(Small Form-factor Pluggable)，是一种紧凑型、可插拔的收发器模块标准，用于电信和数据通信应用，最高可支持10Gbps传输速率。
（2）XFP(10 Gigabit Small Form Factor Pluggable)是10G速率的小型可插拔收发器模块标准，支持多种通信协议，如10G 以太网、10G 光纤通道和SONETOC-192。XFP收发器可用于数据通信和电信市场，并提供比其他10Gbps 收发器更好的功耗特性。
（3）QSFP(Quad Small Form-factor Pluggable)是一种紧凑型、可插拔的收发器标准，主要用于高速数据通信应用。根据速度可将QSFP 分为4×1G QSFP、4×10G QSFP+、4×25G QSFP28光模块等。目前QSFP28已广泛应用于全球数据中心。
（4）CFP(Centum gigabits Form Pluggable)是基于标准化的密集波分光通信模块，传输速率可达100-400Gbps。CFP模块的尺寸比SFP/XFP/QSFP更大，一般用于城域网等长距离传输。
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数据中心通信可按照连接类型分为三类：
（1）数据中心到用户，由访问云端进行浏览网页、收发电子邮件和视频流等终端用户行为产生；
（2）数据中心互联，主要用于数据复制、软件和系统升级；
（3）数据中心内部，主要用于信息的存储、生成和挖掘。根据思科预测，数据中心内部通信占数据中心通信70%以上的比例，数据中心建设的大发展，也就催生了高速光模块的发展。
数据流量持续增长，数据中心大型化、扁平化趋势推动光模块向两方面发展：传输速率需求升级、数量需求增长。目前全球数据中心光模块需求已经由10/40G 光模块向100G光模块更迭。中国阿里云宣传2018年将成为100G光模块大规模应用元年，预计2019年进行400G光模块的升级。
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数据中心大型化趋势导致传输距离需求提升，多模光纤的传输距离受限于信号速率的提升，预计将逐渐被单模光纤代替。另外，光纤链路成本由光模块和光纤两部分组成，PSM4 (Parallel Single Mode 4 lanes)光纤使用量是CWDM4(Coarse Wavelength Division Multiplexer 4 lanes) 的4倍，当链路的距离较长PSM4 方案成本更高。表1中为数据中心100G光模块方案比较。
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400G光模块的主要作用是能够提高数据的吞吐量，能最大限度的提高数据中心的带宽与端口密度。400G光模块未来的趋势是为了实现宽增益、低噪声、小型化和集成化等作用，为下一代无线网络与超大规模数据中心提供优质的光通信模块。因此，400G光模块的实现技术成为业界关注的重点。
早期的400G光模块使用的是16路25G NRZ的实现方式，采用CFP8的封装。其优点是可以借用在100G光模块上成熟的25G NRZ技术，但缺点是需要16路信号进行并行传输，功耗和体积都比较大，不太适合数据中心的应用。目前的400G光模块中，主要是使用8路53G NRZ或者4路106G PAM4实现400G的信号传输，采用OSFP或QSFP-DD的封装形式。OSFP和QSFP-DD封装都可以提供8路电信号接口。相比较来说，QSFP-DD封装尺寸更小，更适合数据中心应用；OSFP封装尺寸稍大一些，功耗更大，更适合电信应用。
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# 滨松探测器在数据中心100G/400G光模块中的应用
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上文已经对100G和400G光模块的实现方式做了简要介绍。下面将按照调制方式和对器件的需求，对数据中心100G/400G光模块做进一步介绍。下图分别为100G CWDM4方案、400G CWDM8方案和400G CWDM4方案原理图：
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与上面100G/400G原理图相对应的器件需求如表2所示。100G CWDM4方案需要4λx25GbE实现，400G CWDM8方案则需要8λx50GbE实现，而400G CWDM4方案则需要4λx100GbE实现。与调制方式相对应，100G CWDM4和400G CWDM8方案采用NRZ (Non-Return to Zero)调制方式，分别对应调制速率25Gbd和53Gbd的器件； 400G CWDM4方案采用PAM4 (4 Pulse Amplitude Modulation)调制方式，同样需要器件具有53Gbd以上的调制速率。
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将器件调制速率和器件带宽对应，对于1310nm波段100G光模块来说，则需要带宽25GHz InGaAs探测器或探测器阵列。而滨松可为100G光模块提供具备低暗电流、高灵敏度、高可靠性特性的一整套系列完整的单点/阵列（前照式/背照式）InGaAs PIN探测器。
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同时，针对1310nm波段400G光模块，滨松也可提供单点/阵列（前照式/背照式）调制速率56Gbd InGaAs PIN探测器。
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滨松作为一家拥有60余年的光电企业，在光通信器件和InGaAs探测器的研发和生产上，有着丰富的经验。滨松InGaAs探测器通过掌握核心技术——晶圆生长，芯片刻蚀，芯片切割，芯片测试，所有的生产工序和测试均在内部工厂完成，保证了产品的品质，不断地为世界提供着先进优质的产品。滨松也希望通过不断精进自身的技术，为光通信和数据中心光模块的发展提供更好地可能。
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400G-FR4 Technical Specification-100G Lambda MSA Group
400G CWDM8 MSA 2 km Technical Specifications, Revision 1.0
100G CWDM4 MSA Technical Specifications-2km Optical Specifications
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