การวิเคราะห์ที่ครอบคลุมของโมดูล SFP: จากพื้นฐานสู่แอปพลิเคชัน

I. บทนำ

(i) ตำแหน่งสำคัญของ โมดูล SFP ในด้านการสื่อสาร

ในสถาปัตยกรรมเครือข่ายการสื่อสารที่ทันสมัยและพัฒนาอย่างรวดเร็วโมดูล SFP (แบบฟอร์มขนาดเล็กที่สามารถเสียบได้) นั่นคือโมดูลขนาดเล็กที่สามารถดึงได้กลายเป็นองค์ประกอบพื้นฐานที่สำคัญ ด้วยการเติบโตแบบทวีคูณของการรับส่งข้อมูลไม่ว่าจะเป็นการแลกเปลี่ยนความเร็วสูงและการส่งข้อมูลขนาดใหญ่ภายในศูนย์ข้อมูลหรือการโต้ตอบกับข้อมูลทางไกลและความจุขนาดใหญ่ในเครือข่ายพื้นที่กว้างหรือเครือข่ายวิทยาเขตขององค์กรเพื่อตอบสนองความต้องการของแบนด์วิดท์สูง มันเป็นหนึ่งในองค์ประกอบหลักเพื่อให้แน่ใจว่าการทำงานที่มีประสิทธิภาพและมั่นคงของเครือข่าย

(ii) แนวโน้มการพัฒนาอุตสาหกรรมและผลกระทบต่อโมดูล SFP

ในปัจจุบันอุตสาหกรรมการสื่อสารกำลังก้าวไปสู่เขตข้อมูลที่ทันสมัยเช่น 5G, Internet of Things และ Cloud Computing การปรับใช้ขนาดใหญ่ของเครือข่าย 5G ได้นำเสนอความต้องการที่สูงมากเกี่ยวกับอัตราการส่งและกำลังการผลิตระหว่างสถานีฐานและระหว่างสถานีฐานและเครือข่ายหลัก โมดูล SFP จำเป็นต้องมีอัตราที่สูงขึ้นเช่นการพัฒนาจากอัตรา 1G และ 10G ถึง 25G, 100 กรัมหรือสูงขึ้นเพื่อปรับให้เข้ากับ Fronthaul, Midhaul และ Backhaul เชื่อมโยงเครือข่าย 5G การเพิ่มขึ้นของ Internet of Things ได้เปิดใช้งานอุปกรณ์หลายสิบพันล้านเครื่องในการเข้าถึงเครือข่ายซึ่งทำให้โมดูล SFP เพิ่มประสิทธิภาพค่าใช้จ่ายและการใช้พลังงานอย่างต่อเนื่องในขณะที่สนับสนุนการเชื่อมต่อที่มากขึ้นเพื่อให้ตรงกับลักษณะของการใช้พลังงานต่ำและการปรับใช้อุปกรณ์ IoT ขนาดใหญ่ การพัฒนาที่แข็งแกร่งของคลาวด์คอมพิวติ้งได้ส่งเสริมการขยายตัวอย่างต่อเนื่องและการอัพเกรดศูนย์ข้อมูล การเชื่อมต่อระหว่างกันของเซิร์ฟเวอร์ภายในศูนย์ข้อมูลการสื่อสารความเร็วสูงของอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลและโหนดการคำนวณทั้งหมดขึ้นอยู่กับโมดูล SFP เพื่อให้ได้การส่งข้อมูลความหนาแน่นสูงและความเร็วสูงซึ่งนำไปสู่ความต้องการที่เป็นนวัตกรรมสำหรับโมดูล SFP ในแง่ของประสิทธิภาพความหนาแน่นและความเข้ากันได้ 2. ภาพรวมพื้นฐานของโมดูล SFP

(i) คำจำกัดความและแนวคิดพื้นฐาน

คำจำกัดความของโมดูล SFP: โมดูล SFP เป็นโมดูลแพ็คเกจขนาดเล็กที่สลับได้ร้อนออกแบบมาเพื่อให้โซลูชั่นอินเตอร์เฟสออพโตอิเล็กทรอนิกส์ที่ยืดหยุ่นสำหรับอุปกรณ์เครือข่าย (เช่นสวิตช์, เราเตอร์, การ์ดเครือข่ายเซิร์ฟเวอร์ ฯลฯ ) มันสามารถแปลงสัญญาณไฟฟ้าเป็นสัญญาณออปติคัลสำหรับการส่งผ่านไฟเบอร์ออพติคอลหรือในทางกลับกันแปลงสัญญาณออปติคัลที่ได้รับเป็นสัญญาณไฟฟ้าเพื่อให้ได้การเชื่อมต่อที่มีประสิทธิภาพระหว่างอุปกรณ์เครือข่ายและลิงก์ใยแก้วนำแสง คุณสมบัติปลั๊กแอนด์เพลย์นี้ช่วยปรับปรุงการทำงานของเครือข่ายและประสิทธิภาพการบำรุงรักษามากกว่า 30%ลดต้นทุนการบำรุงรักษาด้วยตนเองอย่างมาก

ความแตกต่างจากโมดูลอื่น ๆ (เช่น GBIC ฯลฯ ): เปรียบเทียบกับตัวแปลงอินเตอร์เฟส gigabit ต้น (GBIC) โมดูล SFP ได้ลดขนาดลงอย่างมากโดยมีปริมาณเพียงครึ่งเดียวของ GBIC ซึ่งช่วยให้อุปกรณ์เครือข่ายสามารถกำหนดค่าพอร์ตได้มากขึ้น ในแง่ของฟังก์ชั่นแม้ว่าทั้งคู่จะมีความสามารถในการแปลง Optoelectronic โมดูล SFP นั้นมีความก้าวหน้าในด้านเทคโนโลยีมากขึ้นรองรับอัตราการส่งข้อมูลที่สูงขึ้นและมีประสิทธิภาพที่ดีขึ้นในการใช้พลังงานการกระจายความร้อนและความเข้ากันได้ ตัวอย่างเช่น GBIC มักจะรองรับอัตราสูงสุด 1Gbps ในขณะที่โมดูล SFP ไม่เพียง แต่สามารถจัดการ 1Gbps ได้อย่างง่ายดาย แต่ยังขยายไปยัง 10Gbps และอัตราที่สูงขึ้น หลังจากสวิตช์แบบจำลองบางรูปแบบใช้พอร์ต SFP ความหนาแน่นของพอร์ตต่อหน่วยพื้นที่เพิ่มขึ้นจาก 8 พอร์ตใน GBIC ERA เป็น 32 พอร์ตและอัตราการใช้พื้นที่เพิ่มขึ้น 4 ครั้ง
(ii) การวิเคราะห์โครงสร้าง

ส่วนประกอบภายใน (เลเซอร์, เครื่องตรวจจับ ฯลฯ ): โมดูล SFP ส่วนใหญ่ประกอบด้วยส่วนประกอบหลักเช่นเลเซอร์ (ใช้ในการแปลงสัญญาณไฟฟ้าเป็นสัญญาณแสงสำหรับการปล่อยออกมา คนคือโฟโตไดโอด PIN และ Avalanche Photodiodes APD), วงจรการประมวลผลสัญญาณ (การมอดูเลต, demodulation, การขยาย, การสร้างรูปแบบ ฯลฯ ของสัญญาณไฟฟ้าเพื่อให้แน่ใจว่าการส่งสัญญาณและการรับสัญญาณที่แม่นยำ) และวงจรควบคุม (ใช้เพื่อตรวจสอบและควบคุมสถานะการทำงานของโมดูลเช่นอุณหภูมิอุณหภูมิ การใช้โมดูล 10G SFP เป็นตัวอย่างเลเซอร์ VCSEL ของมันทำงานที่ความยาวคลื่น 850Nm ด้วยเครื่องตรวจจับ APD สามารถบรรลุการส่งสัญญาณที่เสถียรได้ 300 เมตรบนเส้นใยออพติคอลมัลติโหมด
การออกแบบอินเตอร์เฟสภายนอก (อินเตอร์เฟส LC ฯลฯ ): อินเทอร์เฟซภายนอกของโมดูล SFP มักจะใช้อินเตอร์เฟส LC (Lucent Connector) ซึ่งมีข้อดีของขนาดเล็กการเชื่อมต่อที่สะดวกและการเดินสายความหนาแน่นสูง อินเทอร์เฟซ LC เป็นการออกแบบเพล็กซ์ซึ่งตระหนักถึงการส่งและรับสัญญาณออปติคัลผ่านอินเตอร์เฟสใยแก้วนำแสงสองตัวตามลำดับเพื่อให้มั่นใจว่าการส่งข้อมูลแบบสองทาง การออกแบบปลั๊กอินทำให้โมดูลสะดวกในการติดตั้งและเปลี่ยนโดยไม่จำเป็นต้องใช้เครื่องมือที่ซับซ้อนและทักษะระดับมืออาชีพปรับปรุงประสิทธิภาพของการปรับใช้และการบำรุงรักษาเครือข่ายอย่างมาก หลังจากศูนย์ข้อมูลใช้โมดูล SFP อินเตอร์เฟส LC เวลาการเดินสายจะสั้นลงจาก 4 ชั่วโมง/ตู้ของอินเทอร์เฟซแบบดั้งเดิมเป็น 1.5 ชั่วโมง
iii. หลักการทำงานของโมดูล SFP
(i) กลไกการแปลงโฟโตอิเล็กทริก
กระบวนการแปลงสัญญาณไฟฟ้าเป็นสัญญาณออปติคัล: เมื่อสัญญาณไฟฟ้าของอุปกรณ์เครือข่ายถูกส่งไปยังโมดูล SFP จะเข้าสู่วงจรไดรฟ์เลเซอร์ก่อน วงจรจะปรับกระแสอคติที่ให้กับเลเซอร์อย่างแม่นยำตามการเปลี่ยนแปลงของแอมพลิจูดและความถี่ของสัญญาณไฟฟ้าอินพุต ด้วยกระแสอคติเลเซอร์จะสร้างสัญญาณออปติคัลที่สอดคล้องกับสัญญาณไฟฟ้าอินพุต ตัวอย่างเช่นสำหรับสัญญาณดิจิตอล "1" เลเซอร์จะส่งออกพลังงานแสงที่แข็งแกร่ง สำหรับสัญญาณดิจิตอล "0" เลเซอร์จะส่งออกพลังงานแสงที่อ่อนแอหรือไม่มีเอาต์พุต ด้วยวิธีนี้การแปลงสัญญาณไฟฟ้าเป็นสัญญาณออปติคัลจะได้รับการรับรู้และสัญญาณออปติคัลที่แปลงจะถูกรวมเข้ากับเส้นใยออพติคอลผ่านอินเตอร์เฟสใยแก้วนำแสงสำหรับการส่งสัญญาณ โมดูล SFP โดยใช้เทคโนโลยีการมอดูเลตโดยตรงมีอัตราการมอดูเลตสูงถึง 28Gbps ซึ่งตรงตามข้อกำหนดของ Fronthaul ของเครือข่าย 5G
กระบวนการแปลงสัญญาณออปติคัลเป็นสัญญาณไฟฟ้า: เมื่อสิ้นสุดการรับสัญญาณออปติคัลที่ส่งโดยใยแก้วนำแสงเข้าสู่เครื่องตรวจจับโมดูล SFP เครื่องตรวจจับจะแปลงพลังงานแสงที่ได้รับเป็นสัญญาณไฟฟ้าที่สอดคล้องกัน สัญญาณไฟฟ้าที่สร้างขึ้นมักจะอ่อนแอมากและจำเป็นต้องขยายโดย preamplifier จากนั้นสัญญาณไฟฟ้าที่ขยายออกจะถูกสร้างขึ้นและคืนค่าไปยังสัญญาณดิจิตอลดั้งเดิมผ่านวงจรการประมวลผลสัญญาณที่ตามมาเช่นการ จำกัด แอมพลิฟายเออร์และวงจรการตัดสินใจ ในที่สุดสัญญาณไฟฟ้าที่ประมวลผลจะถูกส่งไปยังอุปกรณ์เครือข่ายเพื่อให้กระบวนการแปลงเสร็จสมบูรณ์จากสัญญาณออปติคัลไปยังสัญญาณไฟฟ้า เทคโนโลยีการปรับสมดุลขั้นสูงสามารถเพิ่มความไวในการรับ -28DBM และขยายระยะการส่งสัญญาณ
(ii) กระบวนการส่งข้อมูล
การประมวลผลและการส่งข้อมูลที่ปลายการส่งสัญญาณ: ที่ปลายส่งอุปกรณ์เครือข่ายจะส่งข้อมูลที่จะส่งไปยังโมดูล SFP ในรูปแบบของสัญญาณไฟฟ้า หลังจากเข้าสู่โมดูล SFP ข้อมูลจะถูกเข้ารหัสครั้งแรกโดยวงจรการเข้ารหัสเช่นการเข้ารหัส 8B/10B เพื่อปรับปรุงความน่าเชื่อถือและความสามารถในการต่อต้านการแทรกแซงของการส่งข้อมูล ข้อมูลที่เข้ารหัสจะถูกปรับเป็นเลเซอร์โดยวงจรการขับขี่ด้วยเลเซอร์แปลงเป็นสัญญาณออปติคัลและส่งผ่านเส้นใยออปติคอล ในระหว่างกระบวนการนี้โมดูล SFP ยังตรวจสอบและปรับกำลังของสัญญาณออปติคัลที่ส่งเพื่อให้แน่ใจว่าความแรงของสัญญาณแสงอยู่ในช่วงที่เหมาะสมของการส่งสัญญาณไฟเบอร์ออพติคอลเพื่อให้แน่ใจว่าระยะการส่งสัญญาณและคุณภาพของสัญญาณที่มีประสิทธิภาพ โมดูล 25G SFP28 ที่ปรับใช้โดยผู้ปฏิบัติงานจะควบคุมช่วงความผันผวนของพลังงานแสงภายใน± 0.5dB ผ่านฟังก์ชั่นควบคุมพลังงานอัตโนมัติ
การรับข้อมูลและการกู้คืนเมื่อสิ้นสุดการรับ: ในตอนท้ายของการรับโมดูล SFP จะได้รับสัญญาณออปติคัลจากเส้นใยออพติคอลผ่านเครื่องตรวจจับและแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้า หลังจากการขยายและการกรองล่วงหน้าสัญญาณไฟฟ้าจะเข้าสู่วงจรถอดรหัสสำหรับการถอดรหัสเพื่อกู้คืนสัญญาณข้อมูลดั้งเดิม ในเวลาเดียวกันโมดูล SFP ที่ปลายรับจะตรวจสอบคุณภาพของสัญญาณที่ได้รับเช่นตัวบ่งชี้เช่นอัตราข้อผิดพลาดบิต หากพบว่าคุณภาพของสัญญาณไม่ดีปลายการส่งจะได้รับแจ้งผ่านกลไกการตอบรับเพื่อปรับพารามิเตอร์การส่งหรือสัญญาณที่ได้รับจะได้รับการแก้ไขเพื่อให้แน่ใจว่าในที่สุดข้อมูลที่ส่งไปยังอุปกรณ์เครือข่ายนั้นถูกต้อง โมดูล 100G QSFP28 ที่ปรับใช้ในศูนย์ข้อมูลใช้เทคโนโลยีการแก้ไขข้อผิดพลาดของ FEC Forward เพื่อลดอัตราข้อผิดพลาดบิตจาก 10^-4 ถึง 10^-15
iv. การจำแนกประเภทของโมดูล SFP
(i) การจำแนกตามอัตราการส่ง
โมดูล 1GBPS SFP: 1GBPS SFP โมดูลเป็นประเภทพื้นฐานและทั่วไปที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในเครือข่าย Ethernet Gigabit Ethernet ในเครือข่ายวิทยาเขตขององค์กรมักจะใช้ในการเชื่อมต่ออุปกรณ์สำนักงานเช่นคอมพิวเตอร์เดสก์ท็อปและเครื่องพิมพ์ไปยังสวิตช์เครือข่ายเพื่อให้การเข้าถึงเครือข่ายกิกะบิตเสถียร ระยะการส่งสัญญาณแตกต่างกันไปตามประเภทของใยแก้วนำแสงและความยาวคลื่นที่ใช้ เมื่อเส้นใยออปติคอลมัลติโหมดจับคู่กับความยาวคลื่น 850nm ระยะการส่งสัญญาณสามารถเข้าถึงได้ประมาณ 550 เมตร เมื่อเส้นใยออพติคอลโหมดเดียวถูกจับคู่กับความยาวคลื่น 1310Nm ระยะการส่งสัญญาณสามารถขยายได้เป็น 10 กม. หรือไกลกว่านั้น รุ่นทั่วไป ได้แก่ SFP-1G-SX (ระยะทางสั้น ๆ หลายมัลติ), SFP-1G-LX (ระยะไกลโหมดเดี่ยว) ฯลฯ
โมดูล 10Gbps SFP: ด้วยการเติบโตของความต้องการแบนด์วิดท์สำหรับแอปพลิเคชันเครือข่ายโมดูล 10Gbps SFP จึงเข้ามา มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในเครือข่ายภายในของศูนย์ข้อมูลสำหรับการเชื่อมต่อความเร็วสูงระหว่างเซิร์ฟเวอร์การเชื่อมต่อระหว่างอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลและเซิร์ฟเวอร์ในเครือข่ายพื้นที่เก็บข้อมูล (SANS) และสถานการณ์อื่น ๆ โมดูล SFP บรรลุการส่งข้อมูลความเร็วสูง 10Gbps โดยการปรับการออกแบบวงจรภายในและการใช้เลเซอร์ความเร็วสูงเครื่องตรวจจับและส่วนประกอบอื่น ๆ ในแง่ของระยะการส่งสัญญาณเมื่อใช้เส้นใยออพติคอลมัลติโหมดกับเส้นใยออปติคัลใหม่เช่น OM3 และ OM4 สามารถรองรับระยะการส่งสัญญาณ 300 ม. -500m; เมื่อใช้ไฟเบอร์ออพติคอลโหมดเดี่ยวกับความยาวคลื่น 1310Nm และ 1550nm ระยะการส่งสัญญาณสามารถไปถึง 10km-40km เช่น SFP -10g-Sr (ระยะสั้นหลายโหมด), SFP -10G-LR (ทางไกลโหมดเดียว) และรุ่นอื่น ๆ ศูนย์ข้อมูลของ Google ใช้โมดูล SFP -10G-SR เพื่อให้ได้การเชื่อมต่อระหว่างชั้นสูงระหว่างชั้นวาง โมดูล 25Gbps SFP28: 25Gbps SFP28 โมดูลเป็นผลิตภัณฑ์ที่ปรับให้เข้ากับข้อกำหนดของแบนด์วิดท์ที่สูงขึ้นของการสร้างเครือข่าย 5G และการอัพเกรดศูนย์ข้อมูล ในการเชื่อมโยง Fronthaul และ Midhaul ของสถานีฐาน 5G โมดูล SFP28 ใช้เพื่อให้ได้การเชื่อมต่อความเร็วสูงระหว่างอุปกรณ์สถานีฐานและเครือข่ายไฟเบอร์ออพติคอลเพื่อให้มั่นใจว่าการส่งข้อมูลสถานีฐานอย่างรวดเร็ว ในศูนย์ข้อมูลสามารถใช้ในการอัพเกรดสถาปัตยกรรมเครือข่ายที่มีอยู่เพิ่มอัตราการส่งสัญญาณของพอร์ตสวิตช์เครือข่ายและบรรลุการแลกเปลี่ยนข้อมูลที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น โมดูล SFP28 ใช้เทคโนโลยีกระบวนการ 28NM ขั้นสูงซึ่งช่วยลดการใช้พลังงานและปรับปรุงการรวม ในแง่ของระยะการส่งเส้นใยมัลติโหมดสามารถรองรับได้ประมาณ 100 มม. -200m และเส้นใยโหมดเดี่ยวสามารถส่งสัญญาณ 10 กม.-40 กม. ที่ความยาวคลื่นที่แตกต่างกันเช่น SFP28-25G-SR
อัตราที่สูงขึ้น (เช่น 100Gbps QSFP28 และประเภทอนุพันธ์อื่น ๆ ): เพื่อตอบสนองความต้องการที่รุนแรงสำหรับการส่งผ่านความเร็วสูงของข้อมูลขนาดใหญ่ในศูนย์ข้อมูลขนาดใหญ่พิเศษการคำนวณประสิทธิภาพสูงและเขตข้อมูลอื่น ๆ โมดูลอัตราสูงกว่าเช่น 100GBPS QSFP28 โมดูล QSFP28 ใช้การออกแบบสี่ช่องทางและอัตราการส่งข้อมูลของแต่ละช่องสามารถเข้าถึง 25Gbps สี่ช่องทำงานขนานกันเพื่อให้ได้อัตราการส่งทั้งหมด 100Gbps ในเลเยอร์เครือข่ายหลักของศูนย์ข้อมูลโมดูล QSFP28 ใช้สำหรับการเชื่อมต่อระหว่างกันความเร็วสูงระหว่างสวิตช์เพื่อสร้างความล่าช้าต่ำและเครือข่ายการส่งข้อมูลแบ็คแบ็กแบ็กแบ็ก ระยะการส่งสัญญาณสามารถเข้าถึงได้ประมาณ 100 เมตรภายใต้เส้นใยออพติคอลหลายโหมดและไฟเบอร์ออพติคอลโหมดเดี่ยวที่มีความยาวคลื่นที่แตกต่างกันสามารถส่งผ่านทางไกลได้ 40 กม.-80 กม. เช่น QSFP28-100G-SR4 (ระยะสั้นหลายโหมด) QSFP28-100G-LR4 ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีประสิทธิภาพการส่งผ่านได้รับการปรับให้เหมาะสมอย่างต่อเนื่องและสถานการณ์แอปพลิเคชันจะขยายออกไป ศูนย์ข้อมูล AWS ใช้โมดูล QSFP28-100G-LR4 เพื่อสร้างเครือข่ายแบ็คโบนทั่วโลก
(ii) การจำแนกประเภทโดยสื่อการส่ง
โมดูล SFP แบบหลายโหมด: โมดูล SFP หลายโหมดเหมาะสำหรับสถานการณ์การสื่อสารระยะสั้นระยะทางสูงเช่นการเชื่อมต่อระหว่างอาคารภายในเครือข่ายวิทยาเขตขององค์กรและระหว่างชั้นวางภายในศูนย์ข้อมูล มันใช้เส้นใยออพติคอลแบบมัลติโหมดเป็นสื่อการส่งสัญญาณ เส้นผ่านศูนย์กลางหลักของเส้นใยออปติกมัลติโหมดค่อนข้างหนา (โดยทั่วไป50μmหรือ62.5μm) ทำให้สามารถส่งโหมดแสงหลายโหมดได้ โมดูล Multimode SFP มักจะใช้เลเซอร์ VCSEL ความยาวคลื่น 850Nm เป็นแหล่งกำเนิดแสง เนื่องจากการกระจายโหมดเมื่อแสงถูกส่งในเส้นใยออพติคอลมัลติโหมดสัญญาณจะถูกบิดเบือนเมื่อระยะการส่งสัญญาณเพิ่มขึ้น ดังนั้นระยะการส่งผ่านโดยทั่วไปจะสั้น ในอัตรา 1Gbps ระยะการส่งสามารถถึง 550m โดยใช้เส้นใยออพติคอลแบบหลายมัลติ ที่ 10Gbps และอัตราที่สูงขึ้นจะต้องจับคู่กับเส้นใยออปติคัลมัลติโหมดใหม่เช่น OM3 และ OM4 และระยะการส่งสัญญาณสามารถเพิ่มขึ้นเป็นประมาณ 300m-500m โมดูล Multimode SFP มีข้อดีของต้นทุนที่ค่อนข้างต่ำและการติดตั้งและการบำรุงรักษาที่เรียบง่าย เหมาะสำหรับสถานการณ์การปรับใช้เครือข่ายที่ไม่ต้องการระยะการส่งสูง แต่มีความไวต่อค่าใช้จ่าย
โมดูล SFP โหมดเดี่ยว: โมดูล SFP โหมดเดี่ยวส่วนใหญ่ใช้สำหรับการส่งข้อมูลทางไกลการส่งข้อมูลขนาดใหญ่เช่นการเชื่อมต่อเครือข่ายพื้นที่เมโทรโพลิแทนในเครือข่ายพื้นที่กว้างการส่งผ่านเครือข่ายกระดูกสันหลังทางไกลและการเชื่อมต่อข้ามภูมิภาคระหว่างศูนย์ข้อมูล มันใช้เส้นใยออพติคอลโหมดเดียวเป็นสื่อการส่งสัญญาณ เส้นผ่านศูนย์กลางหลักของเส้นใยออพติคอลโหมดเดียวนั้นค่อนข้างบาง (โดยปกติ9μm) ซึ่งอนุญาตให้ส่งโหมดออพติคอลหนึ่งโหมดหนึ่งตัวลดการกระจายของโหมดลดลงอย่างมากเพื่อให้ได้การส่งผ่านทางไกล โมดูล SFP โหมดเดียว

E โดยทั่วไปใช้เลเซอร์ปลาไหลที่มีความยาวคลื่น 1310Nm หรือ 1550nm เป็นแหล่งกำเนิดแสง ที่ความยาวคลื่น 1310Nm ระยะการส่งสามารถถึง 10km-20km; ที่ความยาวคลื่น 1550nm ด้วยแอมพลิฟายเออร์ออปติคัลที่เหมาะสมระยะการส่งสามารถขยายได้ถึง 40km-160km หรือไกลกว่านั้น แม้ว่าค่าใช้จ่ายของโมดูล SFP โหมดเดียวนั้นค่อนข้างสูง แต่ก็มีข้อได้เปรียบที่หาที่เปรียบมิได้ในการส่งทางไกลและสามารถมั่นใจได้ถึงความเสถียรและความน่าเชื่อถือของสัญญาณในระหว่างการส่งทางไกล
(iii) ประเภทฟังก์ชั่นพิเศษ

โมดูล BIDI SFP (โมดูลการส่งสัญญาณแบบสองทิศทาง): โมดูล BIDI (สองทิศทาง) SFP เป็นโมดูลการส่งสัญญาณแบบสองทิศทางซึ่งตระหนักถึงการส่งข้อมูลแบบสองทิศทางบนเส้นใยออปติกเดียวประหยัดทรัพยากรใยแก้วนำแสงได้อย่างมีประสิทธิภาพ หลักการทำงานของมันคือการใช้เทคโนโลยีมัลติเพล็กซ์การแบ่งความยาวคลื่นเพื่อปรับเปลี่ยนสัญญาณออปติคัลที่ส่งและรับไปยังความยาวคลื่นที่แตกต่างกันตามลำดับและส่งผ่านในใยแก้วนำแสงเดียวกัน ตัวอย่างเช่นโมดูล Bidi SFP ทั่วไปจะปรับเปลี่ยนสัญญาณการส่งสัญญาณให้กับความยาวคลื่น 1310nm และสัญญาณรับเป็นความยาวคลื่น 1550nm และตระหนักถึงการแยกและการส่งสัญญาณสองทิศทางผ่านการกรองพิเศษและอุปกรณ์การเชื่อมต่อ ในสถานการณ์การอัพเกรดเครือข่ายเก่า ๆ ที่มีทรัพยากรไฟเบอร์ที่แน่นหนาหรือสถานที่ที่มีความอ่อนไหวอย่างมากและยากต่อการเชื่อมต่อเช่นเครือข่ายสำนักงานขนาดเล็กและเครือข่ายการสื่อสารในพื้นที่ห่างไกลโมดูล Bidi SFP มีข้อได้เปรียบที่สำคัญ ไม่เพียง แต่ตอบสนองความต้องการในการสื่อสารเครือข่าย แต่ยังลดค่าใช้จ่ายและความยากลำบากในการก่อสร้างของการวางเส้นใย การปรับปรุงชุมชนเก่าใช้โมดูล Bidi SFP ประหยัด 50% ของทรัพยากรไฟเบอร์
โมดูล CWDM SFP (โมดูลความยาวคลื่นความยาวคลื่นหยาบ): CWDM (การแบ่งความยาวคลื่นความยาวคลื่น) โมดูล SFP เป็นโมดูลมัลติเพล็กซ์ความยาวคลื่นที่มีความยาวคลื่นหยาบซึ่งช่วยเพิ่มความสามารถในการส่งผ่านของใยแก้วนำแสง โมดูล CWDM SFP มักจะใช้ความยาวคลื่น 8 หรือ 16 ในช่วงความยาวคลื่น 1270nm - 1610nm โดยแต่ละช่วงเวลาความยาวคลื่นประมาณ 20nm ในเครือข่ายพื้นที่เมโทรโพลิแทนข้อมูลของผู้ใช้หลายคนสามารถมัลติเพล็กซ์บนใยแก้วนำแสงหนึ่งตัวไปยังโหนดหลักผ่านโมดูล CWDM SFP ที่มีความยาวคลื่นที่แตกต่างกันโดยตระหนักถึงการใช้ทรัพยากรใยแก้วนำแสงอย่างมีประสิทธิภาพ เมื่อเปรียบเทียบกับการส่งสัญญาณความยาวคลื่นเดี่ยวแบบดั้งเดิมโมดูล CWDM SFP ไม่จำเป็นต้องวางใยแก้วนำแสงจำนวนมากซึ่งจะช่วยลดต้นทุนการก่อสร้างและความซับซ้อนของการจัดการเส้นใยออพติคอล
โมดูล DWDM SFP (โมดูลมัลติเพล็กซ์ความยาวคลื่นหนาแน่น): DWDM (การแบ่งความยาวคลื่นหนาแน่น) โมดูล SFP เป็นโมดูลความยาวคลื่นหนาแน่น เมื่อเทียบกับ CWDM มันสามารถเพิ่มสัญญาณออปติคัลมากขึ้นในช่วงความยาวคลื่นที่แคบลงเพื่อให้ได้ความสามารถในการส่งผ่านเส้นใยออพติคอลที่สูงขึ้น โดยทั่วไปโมดูล DWDM SFP จะใช้ช่วงความยาวคลื่น 1530nm - 1565nm โดยมีช่วงเวลาความยาวคลื่นที่มีขนาดเล็กถึง 0.4nm หรือน้อยกว่าและสามารถเพิ่มความยาวคลื่น 80 หรือมากกว่าบนเส้นใยออพติคอลเดี่ยว โมดูล DWDM SFP มีบทบาทสำคัญในสถานการณ์ที่มีความต้องการความสามารถในการส่งผ่านที่สูงมากเช่นเครือข่ายกระดูกสันหลังทางไกลและการเชื่อมต่อระหว่างกันความเร็วสูงระหว่างศูนย์ข้อมูลขนาดใหญ่พิเศษ ด้วยเทคโนโลยี DWDM ใยแก้วนำแสงเดียวสามารถส่งอัตราการส่งข้อมูลของ terabits หลายตัวหรือสูงกว่าตรงตามความต้องการของการส่งข้อมูลขนาดใหญ่ทั่วโลกอย่างรวดเร็ว แม้ว่าค่าใช้จ่ายของอุปกรณ์และความซับซ้อนทางเทคนิคของโมดูล DWDM SFP นั้นสูง แต่ในสถานการณ์การใช้งานของการส่งผ่านทางไกลและการส่งผ่านความจุขนาดใหญ่ แต่ผลประโยชน์ทางเศรษฐกิจและการปรับปรุงประสิทธิภาพของเครือข่ายนั้นทำให้เกิดการลงทุนมากกว่าต้นทุน
ฟิลด์แอปพลิเคชันโมดูล SFP SFP
(i) ศูนย์ข้อมูล
การเชื่อมต่อของเซิร์ฟเวอร์: ในศูนย์ข้อมูลโมดูล SFP ใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับการเชื่อมต่อระหว่างเซิร์ฟเวอร์ ด้วยความนิยมของแอปพลิเคชันเช่นคลาวด์คอมพิวติ้งและการวิเคราะห์ข้อมูลขนาดใหญ่เซิร์ฟเวอร์ในศูนย์ข้อมูลจำเป็นต้องแลกเปลี่ยนข้อมูลด้วยความเร็วสูงและเสถียร โมดูลเช่น SFP, SFP28 และ QSFP28 ด้วยอัตรา 10Gbps ขึ้นไปใช้อย่างกว้างขวางในการเชื่อมต่อการ์ดเครือข่ายเซิร์ฟเวอร์และสวิตช์เครือข่ายตระหนักถึงการแบ่งปันข้อมูลความเร็วสูงและการทำงานร่วมกันภายในกลุ่มเซิร์ฟเวอร์ ตัวอย่างเช่นในศูนย์ข้อมูลการประมวลผลคลาวด์ขนาดใหญ่เซิร์ฟเวอร์หลายตัวเชื่อมต่อกับสวิตช์หลักผ่านโมดูล QSFP28 100Gbps เพื่อให้แน่ใจว่าการดำเนินการเช่นการย้ายเครื่องเสมือนจริงการสำรองข้อมูลและการกู้คืนสามารถทำได้ในเวลาอันสั้นเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการดำเนินงานและคุณภาพการบริการของศูนย์ข้อมูล
การเชื่อมต่อพื้นที่จัดเก็บ (SAN): ในเครือข่ายพื้นที่จัดเก็บโมดูล SFP ใช้เพื่อเชื่อมต่ออุปกรณ์จัดเก็บข้อมูล (เช่นอาร์เรย์ดิสก์, ไลบรารีเทป ฯลฯ ) กับเซิร์ฟเวอร์หรือสวิตช์จัดเก็บข้อมูล ด้วยการเติบโตของปริมาณข้อมูลองค์กร SAN มีข้อกำหนดที่สูงขึ้นสำหรับความเสถียรและความเร็วของการส่งข้อมูล นำอุตสาหกรรมการเงินเป็นตัวอย่างข้อมูลการทำธุรกรรมของธนาคารข้อมูลลูกค้า ฯลฯ จำเป็นต้องจัดเก็บและสำรองข้อมูลตามเวลาจริง โมดูล Fiber Channel SFP ของ 16Gbps หรือ 32Gbps สามารถมั่นใจได้ว่าการส่งข้อมูลความเร็วสูงและเสถียรระหว่างอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลและเซิร์ฟเวอร์
(ii) เครือข่ายผู้ให้บริการโทรคมนาคม
การส่งสถานีฐาน 5G: ในสถาปัตยกรรมเครือข่าย 5G โมดูล SFP เป็นส่วนประกอบหลักของลิงค์การส่งสัญญาณของสถานีฐาน ใน fronthaul ของสถานีฐานโมดูล 25G SFP28 บรรลุการเชื่อมต่อที่มีประสิทธิภาพระหว่างหน่วยกระจาย (DU) และหน่วยเสาอากาศที่ใช้งาน (AAU) ด้วยความเร็วสูงและข้อได้เปรียบขนาดเล็ก ในลิงก์ Midhaul และ Backhaul ต้องเลือกโมดูล QSFP28 หรือแม้กระทั่ง 400G QSFP-DD ตามระยะทางและความจุ ในเวลาเดียวกันเพื่อรับมือกับความต้องการแบนด์วิดธ์เกียร์ที่สูงขึ้น 5G ในอนาคตผู้ประกอบการได้เริ่มทดสอบโมดูล SFP56 50 กรัมเพื่อเตรียมพร้อมสำหรับการอัพเกรดเครือข่าย
การเข้าถึงไฟเบอร์บรอดแบนด์ (FTTH ฯลฯ ): ในสถานการณ์จำลองไฟเบอร์ถึงบ้าน (FTTH) โมดูล SFP สร้างช่องข้อมูลความเร็วสูงระหว่างเทอร์มินัลสายแสง (OLT) และหน่วยเครือข่ายออปติคัล (ONU) ในฐานะที่เป็นความต้องการของผู้ใช้ที่บ้านสำหรับวิดีโอ 8K แอปพลิเคชัน VR ฯลฯ เพิ่มขึ้นเทคโนโลยี 10G-EPON และ XG-PON ค่อยๆกลายเป็นที่นิยมและโมดูล SFP 10G ได้กลายเป็นมาตรฐานของอุปกรณ์ OLT
(iii) เครือข่ายองค์กร

การเชื่อมต่อกระดูกสันหลังของเครือข่ายวิทยาเขต: ในเครือข่ายองค์กรวิทยาเขตการเชื่อมโยงกระดูกสันหลังระหว่างอาคารต่าง ๆ ต้องใช้การเชื่อมต่อที่มีความถี่ต่ำ โมดูล SFP 10G หรือ 25G มักใช้เพื่อเชื่อมต่อสวิตช์หลักของวิทยาเขตและสวิตช์อาคารเพื่อให้แน่ใจว่าการส่งสัญญาณเสียงการประชุมทางวิดีโอและข้อมูลระบบธุรกิจที่มั่นคง ตัวอย่างเช่นสวนสาธารณะการผลิตขนาดใหญ่สร้างเครือข่ายกระดูกสันหลังโดยการปรับใช้โมดูล SFP28 25G ตระหนักถึงการเชื่อมต่อความเร็วสูงระหว่างพื้นที่โรงงานและอาคารสำนักงานต่างๆ ในขณะเดียวกัน บริษัท บางแห่งก็เริ่มใช้โมดูล CWDM SFP เพื่อดำเนินการบริการหลายอย่างบนเส้นใยออปติคอลเดียวทำให้สถาปัตยกรรมเครือข่ายง่ายขึ้นในขณะที่ลดค่าใช้จ่ายในการเดินสาย
การเชื่อมต่อระหว่างสำนักงานสาขา: สำหรับสำนักงานสาขาขององค์กรที่กระจายอย่างกว้างขวางโมดูล SFP เป็นโซลูชั่นที่ยืดหยุ่นสำหรับการเชื่อมต่อโครงข่ายกับเครือข่ายสำนักงานใหญ่ โมดูล SFP โหมดเดี่ยวรวมกับสายงานเฉพาะผู้ให้เช่าสามารถบรรลุการส่งข้อมูลทางไกลที่ปลอดภัยและเชื่อถือได้ สาขาขนาดเล็กสามารถใช้โมดูล Bidi SFP เพื่อให้ได้การสื่อสารแบบสองทางโดยใช้เส้นใยออพติคอลเดี่ยวประหยัดทรัพยากรไฟเบอร์ออพติคอล
VI. ความท้าทายและการตอบสนองของอุตสาหกรรมโมดูล SFP
(i) ความท้าทายทางเทคนิค

ความสมบูรณ์ของสัญญาณในอัตราที่สูง: เมื่ออัตราการส่งเพิ่มขึ้นเป็น 100 กรัมหรือแม้กระทั่ง 400 กรัมการลดทอนสัญญาณการใช้สัญญาณ crosstalk และปัญหากระวนกระวายใจจะรุนแรงขึ้น ผู้ผลิตจำเป็นต้องมั่นใจในความสมบูรณ์ของสัญญาณโดยการเพิ่มประสิทธิภาพเลเซอร์และประสิทธิภาพของเครื่องตรวจจับและการปรับปรุงอัลกอริทึมการประมวลผลสัญญาณเช่นการใช้เทคโนโลยีการปรับลำดับสูง (PAM4) และเทคโนโลยีการปรับสมดุลขั้นสูง ตัวอย่างเช่นในโมดูล 400G QSFP-DD เทคโนโลยีการมอดูเลต PAM4 จะเพิ่มจำนวนบิตที่ส่งต่อสัญลักษณ์เป็น 4 บิตเพื่อปรับปรุงอัตราการส่งข้อมูลได้อย่างมีประสิทธิภาพ แต่ยังวางข้อกำหนดที่สูงขึ้นในการประมวลผลสัญญาณ
การใช้พลังงานและการควบคุมการกระจายความร้อน: การใช้พลังงานของโมดูล SFP ความเร็วสูงเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ ตัวอย่างเช่นการใช้พลังงานของโมดูล QSFP28 100G สามารถเข้าถึงได้ 7-8W การปรับใช้ส่วนกลางของโมดูลจำนวนมากจะทำให้เกิดปัญหาการกระจายความร้อน ด้วยเหตุนี้ผู้ผลิตจึงใช้วัสดุเซมิคอนดักเตอร์ใหม่และเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบวงจรเพื่อลดการใช้พลังงานในขณะที่ปรับปรุงโครงสร้างบรรจุภัณฑ์ของโมดูลและเพิ่มประสิทธิภาพการกระจายความร้อนเช่นการใช้อ่างความร้อนโลหะและการออกแบบท่ออากาศให้เหมาะสม
(ii) ความท้าทายของตลาด
ความกดดันด้านต้นทุน: ขับเคลื่อนด้วยการก่อสร้าง 5G และการขยายศูนย์ข้อมูลความต้องการโมดูล SFP เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ แต่การแข่งขันในตลาดนั้นรุนแรงและราคาลดลงอย่างต่อเนื่อง ผู้ผลิตจำเป็นต้องลดต้นทุนผ่านการผลิตขนาดใหญ่และนวัตกรรมทางเทคโนโลยีและพัฒนาผลิตภัณฑ์ที่แตกต่างเช่นโมดูลที่กำหนดเองสำหรับความต้องการเฉพาะอุตสาหกรรมเพื่อเพิ่มมูลค่าผลิตภัณฑ์
ความเข้ากันได้และการทำงานร่วมกัน: อาจมีปัญหาความเข้ากันได้ระหว่างโมดูล SFP และอุปกรณ์เครือข่ายจากผู้ผลิตที่แตกต่างกัน องค์กรอุตสาหกรรมเช่น MSA (ข้อตกลงหลายแหล่ง) รับรองความสามารถในการทำงานร่วมกันของผลิตภัณฑ์จากผู้ผลิตที่แตกต่างกันโดยการกำหนดมาตรฐานแบบครบวงจร ผู้ใช้ยังต้องทดสอบความเข้ากันได้ของโมดูลและอุปกรณ์อย่างเคร่งครัดเมื่อซื้อเพื่อหลีกเลี่ยงความล้มเหลวของเครือข่าย
vii. แนวโน้มการพัฒนาในอนาคตของโมดูล SFP
อัตราการส่งที่สูงขึ้น: ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีเช่นปัญญาประดิษฐ์และข้อมูลขนาดใหญ่ความต้องการอัตราการส่งข้อมูลยังคงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง โมดูล 400G, 800G และ 1.6T SFP ได้เข้าสู่ขั้นตอนการวิจัยและพัฒนาและทดสอบและจะค่อยๆทำการค้าในอนาคต
การบูรณาการและความฉลาด: โมดูล SFP จะรวมฟังก์ชั่นมากขึ้นเช่นชิปการตรวจสอบอัจฉริยะในตัวเพื่อให้ได้การตรวจสอบสถานะโมดูลแบบเรียลไทม์และคำเตือนความผิดพลาด ในขณะเดียวกันพวกเขาจะถูกรวมเข้ากับระบบการจัดการของอุปกรณ์เครือข่ายเพื่อปรับปรุงระดับอัจฉริยะของการดำเนินงานและการบำรุงรักษาเครือข่าย
การประหยัดพลังงานสีเขียว: อุปกรณ์ที่ใช้พลังงานต่ำและการออกแบบประหยัดพลังงานใช้เพื่อลดการใช้พลังงานของโมดูลซึ่งตรงกับความต้องการการพัฒนาสีเขียวของศูนย์ข้อมูลและเครือข่ายการสื่อสาร ตัวอย่างเช่นผู้ผลิตบางรายได้เปิดตัวโมดูล SFP 100 กรัมพร้อมการใช้พลังงานต่ำกว่า 5W เพื่อลดการใช้พลังงานและค่าใช้จ่ายในการกระจายความร้อน
การขยายสถานการณ์แอปพลิเคชันใหม่: ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีที่ทันสมัยเช่น 6G และการสื่อสารควอนตัมโมดูล SFP จะมีบทบาทในสาขามากขึ้นเช่นการส่งสัญญาณแสงในระบบการกระจายคีย์ควอนตัมนำโอกาสการพัฒนาใหม่มาสู่อุตสาหกรรม
VIII ข้อสรุป
โมดูล SFP ได้กลายเป็นองค์ประกอบสำคัญที่ขาดไม่ได้ของเครือข่ายการสื่อสารที่ทันสมัยเนื่องจากความยืดหยุ่นประสิทธิภาพสูงและการบังคับใช้ที่กว้าง ตั้งแต่ศูนย์ข้อมูลไปจนถึงเครือข่ายโทรคมนาคมตั้งแต่วิทยาเขตระดับองค์กรไปจนถึงผู้ใช้บ้านโมดูล SFP สนับสนุนการส่งข้อมูลขนาดใหญ่อย่างมีประสิทธิภาพ แม้จะมีความท้าทายสองประการของเทคโนโลยีและตลาดโดยได้รับแรงหนุนจากนวัตกรรมอย่างต่อเนื่องของอุตสาหกรรมโมดูล SFP จะพัฒนาไปในทิศทางของความเร็วที่สูงขึ้นการใช้พลังงานที่ลดลงและสติปัญญามากขึ้น