CPAK光模組分析：CPAK未來前景如何？

更新於 2023年12月19日 by

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隨着公共雲、物聯網（IoT）的發展，100G網絡系統開始大規模部署，100G光模組的市場正在到來。目前市場上主流的100G光模組有CXP光模組、CFP/CFP2/CFP4光模組和QSFP28光模組等。2013年3月，思科推出了獨立研發的100G光模組CPAK，適用於企業網與服務供應商數據中心以及邊緣網絡的連接，為100G提供了高密度連接解決方案。時至今日，在科技飛速（FS）發展的大背景下，CPAK能否在競爭激烈的市場上保持一席之地呢？

100G CPAK光模組是什麼？

100G CPAK Transceivers.png 圖1：100G CPAK光模組

CPAK是思科專有的100G封裝，但它整合了幾個不同的IEEE標準接口，其中包含了100GBASE-SR10、100GBASE-ER4L、100GBASE-LR4、10x10G-ERL、10x10GBASE-LR，從而滿足在不同距離和光纖類型上100G的傳輸。CPAK模塊可支持10×10Gbps和4×25Gbps兩種並行通道模式，從而實現100G傳輸，同時也可通過高密度MPO-24分支跳線向下支持1分10×10G的輸出模式。100G CPAK光模組可以用在思科交換機或路由器的端口上，最獨特的優勢之一就是應用了CMOS光子學技術，CPAK因此有了更高的端口密度。思科的CPAK模塊同時將高密度與高帶寬結合起來，在QSFP28封裝出現之前它也是市面上功耗最低的100G封裝類型。具體的CPAK光模組種類與差異請看下錶。

CPAK模塊類型	波長（nm）	線纜類型	纖芯尺寸（μm）	模式帶寬（MHz*km）	線纜長度
CPAK-100G-LR4 & CPAK-100GE-LR4	1310	雙工單模光纖	9μm纖芯（G.652單模光纖）	/	10km
CPAK-100G-ER4L	1310	雙工單模光纖	9μm纖芯（G.652單模光纖）	/	25km
CPAK-10x10G-LR	1310	24芯單模光纖	9μm纖芯（G.652單模光纖）	/	10km
CPAK-10x10G-ERL	1550	24芯單模光纖	9μm纖芯（G.652單模光纖）	/	25km
CPAK-100G-SR10	850	24芯單模光纖	50.0	2000 (OM3) / 4700(OM4)	100m/150m
CPAK-100G-SR4	850	12芯多模光纖	50.0	2000 (OM3) / 4700(OM4)	70m/100m
CPAK-100G-CWDM4	1271, 1291, 1311, 1331	雙工單模光纖	9μm纖芯（G.652單模光纖）	/	2km
CPAK-100G-PSM4	1295-1325	12芯單模光纖	9μm纖芯（G.652單模光纖）	/	500m

表1：100G CPAK光模組參數

CPAK有哪些特徵與優勢？

應用CMOS光子學

上文中已經說過思科獨有的CPAK光模組有其獨特的優勢，它是優先使用CMOS製造工藝的100G光模組，並因此實現了高效低功耗的光學電路。CMOS光子學也被稱為硅光子學，是一種採用高度集成的電路元件，高效操縱光子流動以代替電子，再將整個電路直接印製在硅片上來製造光學器件的技術。100G CPAK運用CMOS光子學技術，佔用空間更小，端口密度更高，從而實現了高效低功耗的光學電路。

靈活的端口選擇

CPAK模塊可滿足多種距離和光纖類型的要求。不同CPAK模塊的傳輸距離不等，CPAK-100G-SR10的傳輸距離可達70m，CPAK-100G-ER4L和CPAK-10X10G-ERL的傳輸距離甚至能達到25km。就連接器和線纜而言，CPAK可與雙工SC/PC連接器、雙工LC連接器、MTP/MPO-24連接器和MTP/MPO-24連接器搭配使用。此外，CPAK具有很強的互通性。一般情況下100G的不同模塊類型都能在同樣的標準和相同傳輸速率情況下互通。因此，100GBASE-LR4模塊無論是CFP封裝、CFP2、CFP4還是CPAK封裝情況下都是互通的。

小尺寸與低功耗

CFP封裝可以說是100G光模組的先驅，但由於尺寸過大，無法滿足高密度數據中心的要求。因此，後續開發了尺寸更小的CFP2和CFP4，CPAK是在CFP2之後問世的。對比CPAK模塊和CFP模塊可以發現CPAK的體積不到CFP的1/3，功耗也不到CFP的1/3。和CFP2比較你會發現CPAK光模組的體積要小20％，功耗降低了40％。換句話說，如果把數據中心交換機上使用的CFP2模塊替換成CPAK，你會得到多出20％的端口密度和前端面板帶寬。但和CFP4和QSFP28封裝相比，CPAK的功耗要更大些。

100G CPAK和QSFP28光模組的區別是什麼？

下表展示了100G光模組各封裝（CFP、CXP、CPAK、CFP2和QSFP28）之間的區別。

封裝類型	CXP	CFP	CFP2	CPAK	CFP4	QSFP28
線路速率	12x12G / 10x12G	40/100G	40/100G	40/100G	40/100G	4x25-28G
應用領域	Infiniband，以太網	以太網，Sonet/SDH， OTN	以太網，Sonet/SDH， OTN	以太網，Sonet/SDH， OTN	以太網，Sonet/SDH， OTN	Infiniband，以太網
熱插拔	√	√	√	√	√	√
尺寸 (寬×長×高, mm)	21x29	82x145x14	41x104x13	34.8x101.2x11.6	22x92x10	18x52x8.5
電接口	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光模組封裝參數

下面主要介紹一下CPAK和QSFP28之間的區別。

QSFP28光模組因其小尺寸和低功耗的特點，被廣泛認為是極具潛力的100G光模組。就封裝而言，QSFP28比CPAK模塊要更緊湊，在功耗方面，思科CPAK 100GBASE-LR4模塊與帶SC連接器的標準化單模光纖搭配可傳輸10km，額定功耗小於5.5W；QSFP28 100GBASE-LR4模塊支持最遠10km的傳輸距離，功耗約為3.5W，很顯然CPAK模塊與QSFP28相比還是略遜一籌。

CPAK未來何在？

毫無疑問CPAK光模組代表了光通信網絡領域的一大重要進步。藉助專有的CMOS技術，CPAK模塊的高端口密度和前面板帶寬特點成為了它最大的優勢。思科以及思科兼容設備供應商早已經推出了帶CPAK端口的交換機，這也意味着在CFP2、CFP4和QSFP28面世之前，100G CPAK模塊在其他類型封裝的競爭中可能顯示出了它的獨特優勢。

話雖如此，在如今競爭激烈的市場環境下，有哪種產品能長期保持流行呢？畢竟技術在進步，CPAK不再不可替代。也許這些年來CPAK已經逐漸失去了市場吸引力，直到現在，隨着QSFP28模塊在100G網絡中帶來的成果豐碩，100G QSFP28成為了100G光模組市場中極具強勁對手，更小體積與更低功耗的特點使它成為了市面上極受歡迎的產品。CPAK勢頭已去，利用率大大降低，但在一些老舊設備中其作用還是不可替代的。