CPAK光模块分析：CPAK未来前景如何？

更新于 2023年12月19日 by

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随着公共云、物联网（IoT）、人工智能（AI）的发展，100G网络系统开始大规模部署，100G光模块的市场正在到来。目前市场上主流的100G光模块有CXP光模块、CFP/CFP2/CFP4光模块和QSFP28光模块等。2013年3月，思科推出了独立研发的100G光模块CPAK，适用于企业网与服务供应商数据中心以及边缘网络的连接，为100G提供了高密度连接解决方案。时至今日，在科技飞速（FS）发展的大背景下，CPAK能否在竞争激烈的市场上保持一席之地呢？

100G CPAK光模块是什么？

100G CPAK Transceivers.png 图1：100G CPAK光模块

CPAK是思科专有的100G封装，但它整合了几个不同的IEEE标准接口，其中包含了100GBASE-SR10、100GBASE-ER4L、100GBASE-LR4、10x10G-ERL、10x10GBASE-LR，从而满足在不同距离和光纤类型上100G的传输。CPAK模块可支持10×10Gbps和4×25Gbps两种并行通道模式，从而实现100G传输，同时也可通过高密度MPO-24分支跳线向下支持1分10×10G的输出模式。100G CPAK光模块可以用在思科交换机或路由器的端口上，最独特的优势之一就是应用了CMOS光子学技术，CPAK因此有了更高的端口密度。思科的CPAK模块同时将高密度与高带宽结合起来，在QSFP28封装出现之前它也是市面上功耗最低的100G封装类型。具体的CPAK光模块种类与差异请看下表。

CPAK模块类型	波长（nm）	线缆类型	纤芯尺寸（μm）	模式带宽（MHz*km）	线缆长度
CPAK-100G-LR4 & CPAK-100GE-LR4	1310	双工单模光纤	9μm纤芯（G.652单模光纤）	/	10km
CPAK-100G-ER4L	1310	双工单模光纤	9μm纤芯（G.652单模光纤）	/	25km
CPAK-10x10G-LR	1310	24芯单模光纤	9μm纤芯（G.652单模光纤）	/	10km
CPAK-10x10G-ERL	1550	24芯单模光纤	9μm纤芯（G.652单模光纤）	/	25km
CPAK-100G-SR10	850	24芯单模光纤	50.0	2000 (OM3) / 4700(OM4)	100m/150m
CPAK-100G-SR4	850	12芯多模光纤	50.0	2000 (OM3) / 4700(OM4)	70m/100m
CPAK-100G-CWDM4	1271, 1291, 1311, 1331	双工单模光纤	9μm纤芯（G.652单模光纤）	/	2km
CPAK-100G-PSM4	1295-1325	12芯单模光纤	9μm纤芯（G.652单模光纤）	/	500m

表1：100G CPAK光模块参数

CPAK有哪些特征与优势？

应用CMOS光子学

上文中已经说过思科独有的CPAK光模块有其独特的优势，它是优先使用CMOS制造工艺的100G光模块，并因此实现了高效低功耗的光学电路。CMOS光子学也被称为硅光子学，是一种采用高度集成的电路元件，高效操纵光子流动以代替电子，再将整个电路直接印制在硅片上来制造光学器件的技术。100G CPAK运用CMOS光子学技术，占用空间更小，端口密度更高，从而实现了高效低功耗的光学电路。

灵活的端口选择

CPAK模块可满足多种距离和光纤类型的要求。不同CPAK模块的传输距离不等，CPAK-100G-SR10的传输距离可达70m，CPAK-100G-ER4L和CPAK-10X10G-ERL的传输距离甚至能达到25km。就连接器和线缆而言，CPAK可与双工SC/PC连接器、双工LC连接器、MTP/MPO-24连接器和MTP/MPO-24连接器搭配使用。此外，CPAK具有很强的互通性。一般情况下100G的不同模块类型都能在同样的标准和相同传输速率情况下互通。因此，100GBASE-LR4模块无论是CFP封装、CFP2、CFP4还是CPAK封装情况下都是互通的。

小尺寸与低功耗

CFP封装可以说是100G光模块的先驱，但由于尺寸过大，无法满足高密度数据中心的要求。因此，后续开发了尺寸更小的CFP2和CFP4，CPAK是在CFP2之后问世的。对比CPAK模块和CFP模块可以发现CPAK的体积不到CFP的1/3，功耗也不到CFP的1/3。和CFP2比较你会发现CPAK光模块的体积要小20％，功耗降低了40％。换句话说，如果把数据中心交换机上使用的CFP2模块替换成CPAK，你会得到多出20％的端口密度和前端面板带宽。但和CFP4和QSFP28封装相比，CPAK的功耗要更大些。

100G CPAK和QSFP28光模块的区别是什么？

下表展示了100G光模块各封装（CFP、CXP、CPAK、CFP2和QSFP28）之间的区别。

封装类型	CXP	CFP	CFP2	CPAK	CFP4	QSFP28
线路速率	12x12G / 10x12G	40/100G	40/100G	40/100G	40/100G	4x25-28G
应用领域	Infiniband，以太网	以太网，Sonet/SDH， OTN	以太网，Sonet/SDH， OTN	以太网，Sonet/SDH， OTN	以太网，Sonet/SDH， OTN	Infiniband，以太网
热插拔	√	√	√	√	√	√
尺寸 (宽×长×高, mm)	21x29	82x145x14	41x104x13	34.8x101.2x11.6	22x92x10	18x52x8.5
电接口	12x QDR Infiniband或CPPI	CAUI， XLAUI，SFI-S, SFI-5.2	CAUI-4，CAUI	CAUI-4，CAUI	CPPI-4	CPPI-4
最大功率	6W	3-18W	3-18W	N/D	1.5-6W	3.5W

表2：100G光模块封装参数

下面主要介绍一下CPAK和QSFP28之间的区别。

QSFP28光模块因其小尺寸和低功耗的特点，被广泛认为是极具潜力的100G光模块。就封装而言，QSFP28比CPAK模块要更紧凑，在功耗方面，思科CPAK 100GBASE-LR4模块与带SC连接器的标准化单模光纤搭配可传输10km，额定功耗小于5.5W；QSFP28 100GBASE-LR4模块支持最远10km的传输距离，功耗约为3.5W，很显然CPAK模块与QSFP28相比还是略逊一筹。

CPAK未来何在？

毫无疑问CPAK光模块代表了光通信网络领域的一大重要进步。借助专有的CMOS技术，CPAK模块的高端口密度和前面板带宽特点成为了它最大的优势。思科以及思科兼容设备供应商早已经推出了带CPAK端口的交换机，这也意味着在CFP2、CFP4和QSFP28面世之前，100G CPAK模块在其他类型封装的竞争中可能显示出了它的独特优势。

话虽如此，在如今竞争激烈的市场环境下，有哪种产品能长期保持流行呢？毕竟技术在进步，CPAK不再不可替代。也许这些年来CPAK已经逐渐失去了市场吸引力，直到现在，随着QSFP28模块在100G网络中带来的成果丰硕，100G QSFP28成为了100G光模块市场中极具强劲对手，更小体积与更低功耗的特点使它成为了市面上极受欢迎的产品。CPAK势头已去，利用率大大降低，但在一些老旧设备中其作用还是不可替代的。