AI算力狂飙，被低估的光模块到底有多刚需？

随着AI产业进入高速发展期，光模块作为算力网络的核心传输枢纽，迎来了前所未有的发展机遇和市场关注度。光模块究竟是啥？为何成为算力时代刚需，到底能跑多快？今天，七喜就带你一起扒一扒光模块这个看似不起眼却很关键的小零件~

光模块是什么？如何工作？

光模块外形看着小巧，尺寸如U盘般大小，却是光通信系统中实现电信号与光信号相互转换的核心器件，本质上是“光电转换器”，用以支撑海量数据的高速传输。

光模块主要由光发射组件、光接收组件、光接口、底座、电路板和电接口金手指等组成。

光接口：连接光纤的接口，用于发送和接收光信号；

光发射组件：含激光器芯片，用于处理电信号，驱动激光器根据电信号调制输出光信号；

光接收组件：含光探测器芯片，将所接收到的光信号通过光探测器芯片转换为电信号；

电接口金手指：由金黄色的多块导电触片组成，承担供电、信号传输及热插拔功能；

电路板：作为光模块各组件、芯片相互连接、协同工作的载体。

光传输：光信号通过光纤传输

发送端：电信号→光信号

将设备产生的电信号通过激光器转换为光信号，再借助光纤实现长距离、高速、低损耗的传输。

接收端：光信号→电信号

将从光纤传输过来的携带信息的光信号精准复原为电信号，确保信息完整接收与处理。

光模块的核心价值，在于解决长距离传输中电信号衰减大、易受干扰的痛点，通过将电信号转换为光信号，借助光纤介质实现低损耗、高稳定性的远距离传输，到达终端后再将光信号还原为电信号，确保数据能够准确地被终端设备识别和处理。

简单来说，光模块负责「电→光→电」的转换过程。通过光模块，能实现不同类型设备间的无缝连接与协作，如路由器、交换机、服务器和存储设备等，都离不开光模块的互联，可以说光模块的应用场景非常广泛。

光模块的基本组成结构

光模块种类繁多，外观结构也不尽相同，但核心组成部分基本一致。

图：光模块的外观结构（以SFP封装举例说明）

表：光模块各个结构的说明

光模块的关键性能指标

光模块的关键性能指标是评估其质量和适用性的核心依据，深刻影响着光纤通信系统的传输质量和传输覆盖距离。

平均发射光功率

平均发射光功率是指光模块在正常工作条件下发射端光源输出的光功率，可以理解为光的强度。发射光功率和所发送的数据信号中“1”占的比例相关，“1”越多，光功率也越大。当发送机发送伪随机序列信号时，“1”和“0”大致各占一半，这时测试得到的功率就是平均发射光功率，单位为W或mW或dBm。其中W或mW为线性单位，dBm为对数单位。在通信中，我们通常使用dBm来表示光功率。

传输速率

传输速率是光模块最关键的性能指标之一，指每秒传输的比特数，单位有Mbps、Gbps及Tbps。

根据传输速率，光模块可划分为低速光模块、中高速光模块和超高速光模块三类：

低速光模块传输速率为1G、2.5G、10G；

中高速光模块传输速率为25G、100G；

超高速光模块传输速率为400G、800G、1,6T。

表：光模块传输速率与特点

目前，400G、800G光模块已在AI数据中心广泛应用，成为支撑现有算力需求的主力产品。随着算力需求的持续爆发，1.6T、3.2T等超高速率的迭代也将持续加速。也就是说，算力需求越高，对光模块的需求就越发高涨。

传输距离

光模块的传输距离指的是光纤传输中光信号从发送端到接收端所经过的最大距离。

光模块的传输距离分为短距、中距和长距。一般认为2km及以下为短距，10~20km为中距，30km及以上为长距。

在实际使用中，由于光信号在光纤中传输时存在一定的损耗和色散，光模块可传输的距离会受到限制。

光纤损耗：指光信号在光纤中传输时发生的衰减，如吸收损耗、散射损耗和弯曲损耗等。较低的光纤损耗可支持更长的传输距离。

光纤色散：指光信号在光纤中传输时发生的频率失真。色散产生的主要原因是不同波长的电磁波在同一介质中传播时速度不等，从而造成光信号的不同波长成分由于传输距离的累积而在不同的时间到达接收端，导致脉冲展宽，进而无法分辨信号值。

因此，选择合适的光模块需要结合实际组网情况考虑，以满足不同的传输距离要求。

传输模式

根据光信号在光纤中的传输模式，光纤可以分为单模光纤（SMF）和多模光纤（MMF）。为了适用不同类别的光纤，光模块也分为单模光模块、多模光模块。

1、单模光模块

单模光模块与单模光纤配套使用。

单模光纤的纤芯较细，使用光的单一模式传送信号，传输过程中色散较小，传输容量大，通常用于长距离传输。

2、多模光模块

多模光模块与多模光纤配套使用。

多模光纤的纤芯较粗，使用光的多种不同模式传送信号，传输过程中色散较大，传输性能比单模光纤差，但成本低，适用于较小容量、短距传输。

中心波长

在光模块发射光谱中，连接50%最大幅度值线段的中点所对应的波长。不同种类的激光器或同一种类的两个激光器由于工艺、生产等原因都会有中心波长的差异，即使同一激光器在不同条件下也可能会有不同的中心波长。

目前常用的光模块的中心波长主要有三种：

850nm波段（多模，短距离传输）；

1310nm波段（单模，中长距离传输）；

1550nm波段（单模，中长距离传输）。

有些厂商会从拉环颜色区分：

封装形态

封装，我们可以将其简单地理解为光模块的外观和接口形式，它是区分光模块的最主要方式。

封装标准由标准化组织确定。目前光模块行业中使用最多的标准化组织是IEEE（电气与电子工程师学会）和MSA（Multi-Source Agreement，多源协议。MSA实际是一种多供应商规范，是对IEEE标准的补充。）

当前标准化组织所规范的常见光模块封装有：

GBIC、SFP、SFP+、SFP28、QSFP+、QSFP28、CFP、CFP2、CFP4、CFP8、QSFP-DD、OSFP等。

接口类型

指光模块对接光纤时的物理连接器类型，常见的连接器类型有SC、LC、MPO等。

命名规则

不同厂商对光模块命名各有规则。IEEE、MSA等组织也对光模块命名提供了规范标准。

以100G光模块为例，IEEE 802.3定义的命名规范如下图所示。

在实际使用中，一些厂商的光模块命名还包括了封装类型，如QSFP28-100G-S40K，QSFP28表示封装类型为QSFP28，100G表示光模块的接口速率，S表示单模，40K表示支持的传输距离为40km。

尽管各厂商对光模块的命名方式不尽相同，但行业通用的命名逻辑，通常会涵盖封装形态、传输速率、光纤类型、传输距离、工作波长等信息。

发展趋势

为满足算力网络更高带宽、更低时延及更低功耗的发展需求，高速光互联架构正沿着一条清晰的技术路径持续迭代，逐步形成传统可插拔光模块、LPO、NPO、CPO四层递进演进体系。

结语

光模块虽小巧，却是数字时代信息互通的核心枢纽，以高带宽、低时延特性，实现跨节点、跨区域海量数据瞬时传输。畅通的传输链路是数字基建脉络，海量数据的存储、分析与智算，更离不开强劲稳定的算力支撑。光模块保障数据高效传输，服务器提供强劲核心算力，二者协同赋能，共同支撑着数字生态稳健运行。

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