광학 모듈은 전송 장비에서 작동합니다.
Nov 04, 2025|
전송 장비의 광 모듈은 광섬유 케이블을 통한 데이터 전송을 위해 전기 신호를 광 신호로 변환한 다음 수신 측에서 다시 전기 신호로 변환합니다. 이러한 핫플러그형 트랜시버는 TOSA 및 ROSA라는 특수 내부 구성요소를 통해 양방향 통신을 처리합니다.
광 모듈의 핵심 아키텍처
하드웨어 수준에서 광학 모듈에는 함께 작동하는 세 가지 주요 하위 시스템이 포함되어 있습니다. TOSA(송신기 광학 하위 어셈블리)에는 이진 데이터에 해당하는 변조된 광 펄스를 생성하는 레이저 다이오드가 포함되어 있습니다. ROSA(수신 광 서브{3}}어셈블리)에는 들어오는 광 신호를 다시 전류로 변환하는 광검출기가 포함되어 있습니다. 이러한 어셈블리 사이에는 신호 처리, 타이밍 및 자동 전원 제어를 관리하는 PCBA 회로 기판이 있습니다.
TOSA 내부의 레이저 다이오드는 임계값 원리에 따라 작동합니다.{0}}순방향 전류가 특정 임계값(Ith)을 초과할 때만 빛을 방출합니다. 최신 모듈은 구형 Fabry-Pérot 유형 대신 DFB{2}}LD(분산 피드백 레이저 다이오드)를 사용합니다. DFB 레이저는 일반적으로 업스트림 전송의 경우 1310nm, 다운스트림 전송의 경우 1490nm를 중심으로 하는 좁은 파장 스펙트럼을 생성하기 때문입니다. 자동 전력 제어 회로는 포토다이오드를 통해 출력을 모니터링하고 구동 전류를 조정하여 일반적으로 dBm으로 측정되는 일관된 광 전력 수준을 유지합니다.
수신 측에서 ROSA는 TIA(트랜스임피던스 증폭기)와 쌍을 이루는 PIN 광다이오드 또는 APD(애벌런치 광다이오드)를 사용합니다. PIN 다이오드는 더 낮은 전압에서 작동하고 비용도 저렴하므로 단거리-애플리케이션에 적합합니다. APD 수신기는 광자당 더 많은 전자를 생성하여 허용 가능한 비트 오류율을 유지하는 데 필요한 더 높은 감도 등급-을 달성합니다. TIA는 약한 광전류를 전압 신호로 즉시 변환하며, 이 신호는 후속 증폭기 단계에서 네트워크 장비로 전달되기 전에 재구성 및 균등화됩니다.
신호 변환 메커니즘
광전 변환 과정은 나노초 단위로 발생합니다. 네트워크 장비가 전기 데이터를 모듈로 보내면 PCBA의 드라이버 칩은 신호를 처리하고 모듈 사양에 따라 1.25Gbps~800Gbps의 속도로 레이저 다이오드를 변조합니다. 레이저는 전압 변동을 빠른 온-광 펄스로 변환합니다.-기존 NRZ 인코딩에서 높은 신호 레벨은 이진수 1을 나타내고 낮은 레벨은 0을 나타냅니다.
이러한 광 펄스는 유리 코어의 굴절 특성으로 인해 감쇠가 최소화된 광섬유 케이블을 통해 이동합니다. 1550nm 파장에서 작동하는 단일{1}}모드 광섬유는 킬로미터당 약 0.2dB의 가장 낮은 손실을 경험하므로 신호는 증폭 없이 40-80km를 이동할 수 있습니다. 850nm 파장의 다중 모드 광섬유는 더 짧은 거리(일반적으로 100~300미터)에서 더 높은 대역폭을 지원합니다. 그 이유는 더 넓은 코어가 결국 모달 분산을 유발하는 다중 광 경로를 허용하기 때문입니다.
목적지에서 ROSA의 광검출기는 광자를 포착하고 수신된 광 출력에 비례하여 전자를 방출합니다. -18dBm과 같은 음수 dBm 값으로 표현되는 감도 사양은 수신기가 여전히 디코딩할 수 있는 신호가 얼마나 약한지를 나타냅니다. 감도가 향상되면 전송 거리가 길어집니다. 광전류 변환 후 결정 회로는 전압 레벨을 임계값과 비교하여 깨끗한 디지털 신호를 재생성하고 전송 중에 축적된 노이즈를 보상합니다.
파장 분할 다중화
최신 광 모듈은 여러 데이터 채널이 서로 다른 광 주파수에 공존하는 WDM(파장 분할 다중화)을 통해 광섬유 용량을 늘립니다. CWDM(일반 WDM) 모듈은 1270-1610nm 스펙트럼에서 20nm 간격으로 채널을 배치하며 광섬유당 8~18개의 파장을 지원합니다. DWDM(고밀도 WDM) 모듈은 C 대역(1530~1565nm)에서 채널 간격이 0.4~0.8nm에 불과하여 단일 스트랜드에서 40~96개의 채널을 지원합니다.
BiDi(양방향) 모듈은 WDM 원리의 우아한 적용을 나타냅니다. 전송 및 수신 기능에 서로 다른 파장을 사용함으로써-일반적으로 1310nm/1550nm 또는 1270nm/1330nm 쌍-BiDi 모듈은 두 개가 아닌 하나의 광섬유를 통해 전이중 통신을{7}} 달성합니다. 내부 WDM 필터는 파장을 분리합니다. 45-도 이색성 필터는 전송 파장을 광섬유 쪽으로 반사하는 동시에 수신 파장을 광검출기에 전달합니다. 이 BOSA(양-방향 광학 서브-조립품) 설계는 광섬유 인프라 비용을 절반으로 줄여주며, 특히 광섬유를-가정으로 배포하는 데 유용합니다.
송신단의 광 멀티플렉서는 박막 필터 또는 배열된 도파관 격자를 사용하여 여러 파장 채널을 결합합니다.{0}} 수신 측에서는 디멀티플렉서가 복합 신호를 개별 파장으로 다시 분할하여 각 파장을 별도의 광검출기로 보냅니다. 이 아키텍처는 추가 광섬유 실행 없이 대역폭을 확장합니다.{3}100G QSFP28 모듈은 실제로 4개의 개별 광섬유 또는 하나의 광섬유에서 4개의 파장을 통해 4개의 25G 채널을 병렬로 전송합니다.
폼 팩터 및 인터페이스 표준
물리적 포장은 모듈이 전송 장비에 연결되는 방식을 결정합니다. 다중 소스 계약을 통해 개발된 SFP(Small Form{1}factor Pluggable) 표준은-약 13mm × 8.5mm 크기를 가지며 100Mbps~10Gbps의 속도를 지원합니다. SFP28 모듈은 동일한 크기를 사용하지만 향상된 전자 장치 및 광학 장치를 통해 25Gbps를 처리합니다. 이러한 모듈은 LC 파이버 커넥터가 있는 전면{11}}패널 케이지에 연결되므로 호스트 장비의 전원을 끄지 않고도 핫스왑이 가능합니다.
더 빠른 속도를 위해 QSFP(Quad Small Form{0}}Pluggable) 패키징은 약간 더 큰 공간에서 4개의 독립 채널을 제공합니다. QSFP+는 4×10G 레인을 통해 40G를 처리하는 반면, QSFP28은 4×25G 레인을 사용하여 100G를 달성합니다. QSFP-DD(Double Density) 표준은 전기 레인을 8개로 두 배 늘려 8×50G PAM4 신호로 400G를 지원합니다. 각 세대는 더 낮은 속도에서도 동일한 소켓에서 이전 버전과의 호환성을 유지합니다.
CFP(Centum 폼{0}}플러그형) 모듈은 데이터 센터가 아닌 장거리 통신을 대상으로 합니다.{1} 원래 CFP는 10×10G 전기 레인을 사용하여 100G를 지원했지만 이후 CFP2 및 CFP4 변형은 패키지 크기를 각각 절반과 1/4 크기로 줄였습니다. OSFP(Octal Small Form-Pluggable)는 QSFP-DD가 제공하는 것보다 더 많은 전력 헤드룸이 필요한 400G-800G 애플리케이션, 특히 실리콘 포토닉스 구현을 위해 등장했습니다.
모듈과 호스트 보드 사이의 전기적 인터페이스는 단순한 NRZ 신호 전달에서 복잡한 프로토콜로 발전했습니다. 공통 전기 인터페이스(CEI) 사양은 전압 스윙, 임피던스, 지터 허용 오차와 같은 전기 매개변수를 정의합니다. 최신 400G 모듈은 각 기호가 1비트 대신 2비트를 전달하는 PAM4(4-레벨 펄스 진폭 변조) 인코딩을 사용하여 전송 속도를 높이지 않고도 처리량을 두 배로 늘립니다. 전기 연결은 일반적으로 호스트 스위치 ASIC 기능에 맞는 25Gbps 또는 50Gbps의 고속 직렬 레인을 사용합니다.
전송 장비 통합
광학 모듈은 전송 네트워크 내에서 여러 위치에 위치합니다. 데이터 센터의-랙 스위치 상단-에서 25G SFP28 모듈은 서버를 스위치 패브릭에 연결하여 컴퓨팅 노드 간의 동{5}}트래픽을 처리합니다. 스파인 레이어에서 100G QSFP28 또는 400G QSFP{10}}DD 모듈은 업링크를 집계합니다. 2~80km에 달하는 데이터 센터 상호 연결의 경우 400ZR과 같은 일관된 플러그형 모듈은 고급 변조 방식과 디지털 신호 처리를 사용하여 광섬유 용량을 최대화합니다.
통신 장비는 액세스, 메트로 및 장거리 부문에 걸쳐 광학 모듈을 배포합니다.{0}} 5G 프런트홀 네트워크에서 25G CWDM 모듈은 원격 무선 장치를 분산 장치 풀에 연결하며, 종종 확장된 온도 등급(-40도 ~ +85도)의 열악한 실외 환경에서 작동합니다. 메트로 네트워크는 DWDM 모듈을 사용하여 재구성 가능한 ROADM(추가{9}}드롭 멀티플렉서)이 트래픽 수요에 따라 파장을 동적으로 라우팅하는 유연한 광학 메시를 생성합니다. 장거리{10}}시스템은 광섬유 손실을 극복하기 위해 고전력 코히어런트 모듈과 80~100km 간격의 광 증폭기를 결합합니다.
물리적 설치에는 광 전력 예산에 세심한 주의가 필요합니다. 각 연결 지점-광섬유 스플라이스, 패치 패널, 커넥터-는 일반적으로 0.3-0.5dB의 삽입 손실을 발생시킵니다. 링크 예산 계산에서는 전송 전력에서 모든 손실을 빼서 수신 전력이 적절한 여유(보통 3{8}}5dB)만큼 감도를 초과하는지 확인합니다. 수신기의 과부하 사양(포화 전 최대 광 전력)을 초과하면 비트 오류가 발생할 수 있으므로 강력한 송신기와의 짧은 링크에는 가변 광 감쇠기가 필요할 수 있습니다.
고급 변조 기술
파장당 100G 이상을 구현하기 위해 광학 모듈은 정교한 변조 형식을 채택했습니다. 전통적인 온{2}}오프 키잉(OOK)은 데이터를 빛의 유무로 인코딩합니다. DPSK(Differential Phase Shift Keying)는 광학 위상의 정보를 인코딩하므로 간섭계 감지가 필요하지만 3dB 더 나은 감도를 제공합니다. QPSK(Quadrature Phase{7}}Shift Keying)는 4개의 위상 상태를 사용하여 기호당 2비트를 전달합니다.
일관성 감지는 광학장의 진폭과 위상을 모두 감지하여{0}}장거리 전송에 혁명을 일으켰습니다. 국부 발진기 레이저는 수신된 신호와 혼합되고 평형 광검출기는 동-위상 및 직교 성분을 추출합니다. 그런 다음 디지털 신호 프로세서는 균등화 알고리즘을 적용하여 수백 킬로미터에 걸쳐 누적된 색분산과 편광 모드 분산을 보상합니다. 최신 400G 코히어런트 모듈은 16QAM 또는 64QAM 변조를 사용하여 이중 편파 상태 전반에 걸쳐 기호당 4~6비트를 패킹합니다.
2024년-2025년에 800G 및 1.6Tbps 모듈로의 도약은 여러 가지 발전을 결합합니다. 실리콘 포토닉스 통합은 단일 칩에 레이저, 변조기 및 검출기를 제작하여 구성 요소 수를 줄입니다. 선형 플러그형 광학 장치(LPO)는 단거리 모듈에서 전력을 많이 소모하는-DSP 리타이머를 제거하여{10}}소비를 15W에서 6W로 줄입니다. CPO(공동 패키지 광학)는 스위치 ASIC 바로 위에 광학 엔진을 배치하여 전기적 SerDes 병목 현상을 제거합니다. 생산에 들어가는 초기 1.6T 모듈은 106Gbps PAM4 전기 신호와 함께 8×200G 레인을 사용합니다.
성능 사양 및 테스트
모듈 데이터시트는 몇 가지 중요한 매개변수를 지정합니다. dBm 또는 mW로 측정되는 출력 광전력은 전송 강도를 나타냅니다.-일반적인 값의 범위는 도달 요구 사항에 따라 -10dBm부터 +4dBm까지입니다. 소광비는 이진 1과 0 상태 사이의 광전력 차이를 비교합니다. 8.5dB 이상의 비율은 명확한 신호 차별화를 보장합니다. 수신기 감도는 지정된 비트 오류율(일반적으로 비트당 1×10⁻² 오류)에 대한 최소 입력 전력을 정의합니다.
채널이 중심 주파수의 ±0.1nm 내에서 정렬되어야 하는 WDM 시스템에서는 작동 파장 정확도가 중요합니다. 색 분산 허용 오차는-ps/nm 단위로 측정되며-오류가 발생하기 전에 모듈이 처리할 수 있는 파장-에 따른 지연 변화의 정도를 나타냅니다. 다중 모드 모듈은 광섬유 유형(OM3, OM4, OM5)에 따라 최대 전송 거리를 제한하는 최소 유효 모달 대역폭 요구 사항을 MHz·km 단위로 지정합니다.
온도 안정성은 레이저 파장과 출력에 영향을 미칩니다. 상업용-등급 모듈은 0도에서 +70도까지 작동하는 반면 산업용 변형은 -40도에서 +85도까지 작동합니다. 열전 냉각기는 제어된 파장 모듈에서 레이저 온도를 유지하여 1-3W를 소비하지만 파장 드리프트를 0.01nm/도 미만으로 유지합니다. 디지털 진단 모니터링(DDM)은 I2C 인터페이스 온도, 전압, 바이어스 전류, 전송 전력 및 수신 전력 지원 예측 유지 관리를 통해 실시간 원격 측정을 제공합니다.
시장 동향 및 향후 방향
광트랜시버 시장은 주로 AI 데이터 센터 구축에 힘입어 2024년에 136억 달러에 달했고 2029년까지 250억 달러에 이를 것으로 예상됩니다. 2024년에는 2천만 개 이상의 400G 및 800G 모듈이 출하되었으며, 하이퍼스케일러가 GPU 상호 연결을 위해 이러한 광학 장치를 채택함에 따라 800G 출하량이 2025년에 60% 급증할 것으로 예상됩니다. AI 학습 클러스터가 전례 없는 대역폭 밀도를 요구함에 따라{13}400Gbps보다 큰 세그먼트는 CAGR 16.3%로 성장합니다.
데이터 센터는 2024년 광 모듈 수익의 61%를 차지하며 2030년까지 연평균 성장률(CAGR) 14.9%로 확장됩니다. 2023~2024년에 100G에서 400G 링크로의 전환이 가속화되었으며 Google, Amazon 및 Microsoft에서 800G 배포가 본격적으로 시작되었습니다. 최초의 1.6Tbps 모듈은 2024년 후반에 현장 시험에 들어갔습니다. H2 2025의 상용 출시를 목표로 초기 가격은 $2,000 정도였으며 생산 규모가 커짐에 따라 약 $1,500까지 떨어졌습니다.
실리콘 포토닉스 모듈은 H2 2024에서 800G 시장의 약 10%를 점유했으며 2025년까지 보급률은 20-30%에 이를 것으로 예상됩니다. 이 기술은 기존 모듈에 필요한 EML 및 VCSEL 구성 요소에 대한 레이저 공급 제약을 해결합니다. 공동 패키지 광학 장치는 계속 개발 중이며 Nvidia는 2026년까지 초기 대량 생산을 목표로 하는 CPO 솔루션에 협력하고 있습니다. 선형 플러그형 광학 장치는 2024년에 전력이 제한된 배포를 위해 주목을 받았지만 장거리 전송 문제는 계속 발생합니다.
5G 출시는 극한의 온도 조건에 직면한 실외 캐비닛에 배치된 25G SFP28 CWDM 트랜시버를 통해 통신 광 모듈 수요를 촉진합니다. 프런트홀 광학 매출은 2025년에 약 6억 3천만 달러에 달했으며, 1천만 개의 50G PAM4 미드홀 장치가 출하되었습니다. 운영자는 엄격한 지연 시간 계약을 충족하는 10G~100G 산업용{15}}등급 모듈을 사용하여 지점{10}}간{11}}백홀을 x{12}}하울 메시 아키텍처로 마이그레이션합니다.
자주 묻는 질문
단일-모드와 다중 모드 광학 모듈의 차이점은 무엇인가요?
단일{0}}모드 모듈은 9μm 코어 광섬유를 통해 1310nm 또는 1550nm 파장에서 작동하며 2km~80km 이상의 거리를 지원합니다. 다중 모드 모듈은 50μm 또는 62.5μm 코어 파이버에서 850nm 파장을 사용하며 대역폭에 따라 100-550미터로 제한됩니다. 단일{13}}모드는 도달 범위가 더 길지만 비용이 더 많이 듭니다. 다중 모드는 랙 내 연결과 같은 단거리에 대해 더 낮은 비용을 제공합니다.
동일한 스위치 포트에서 서로 다른 속도 모듈이 작동할 수 있습니까?
고속-모듈용으로 설계된 포트는 성능 저하로 인해 느린 변형을 수용하는 경우가 많습니다. 25G SFP28 포트는 일반적으로 10G 속도로 10G SFP+ 모듈을 실행할 수 있으며 SFP+ 포트는 1G SFP 모듈을 수용합니다. 하지만 그 반대의 경우는 작동하지 않습니다.{10}25G 모듈을 10G 전용 포트에 연결할 수 없습니다-. 광섬유 링크의 양쪽 끝은 속도 및 파장 사양과 일치해야 합니다.
광 모듈의 파장이 다른 이유는 무엇입니까?
파장 선택은 거리, 비용 및 광섬유 특성의 균형을 유지합니다. 850nm 파장은 짧은 다중 모드 링크를 위한 비용 효율적인{2}}VCSEL 레이저와 잘 작동합니다. 1310nm 파장은 대도시 거리에 대해 단일{5}}모드 광섬유에서 최소한의 분산을 제공합니다. 1550nm 파장은 광섬유의 가장 낮은 감쇠점에 도달하여 장거리 전송을-가능하게 합니다. WDM 시스템은 정확한 파장 간격을 사용하여 하나의 광섬유에 많은 채널을 다중화합니다.
온도는 광학 모듈 성능에 어떤 영향을 줍니까?
레이저 파장은 활성 냉각 없이 온도 10도 변화당 약 0.1nm 이동합니다. 출력 전력은 작동 온도 범위에 따라 3-5% 다양합니다. 수신기 감도는 극단적인 온도에서 약간 저하됩니다. 상용 모듈은 0{11}}70도 작동을 지정합니다. 산업용 모듈은 열전 냉각기와 더 넓은 허용 오차 구성 요소를 사용하여 -40도에서 +85도까지 확장됩니다. 디지털 진단은 실시간 온도를 추적하여 고장이 발생하기 전에 예측합니다.
주요 시사점
광학 모듈은 레이저 다이오드를 사용하는 TOSA 송신기와 광검출기를 사용하는 ROSA 수신기를 통해 광전 변환을 수행합니다.
여러 파장이 CWDM 또는 DWDM 기술을 통해 단일 광섬유를 공유할 수 있으며 BiDi 모듈을 사용하면 한 가닥에서 양방향 통신이 가능합니다.
SFP에서 QSFP까지의 폼 팩터-DD는 1G에서 800G까지의 속도를 지원하며, 1.6T 모듈은 2025년에 생산에 들어갑니다.
전례 없는 규모로 400G 및 800G 모듈을 배포하는 AI 데이터 센터에 힘입어 시장은 2024년에 136억 달러에 도달했습니다.
실리콘 포토닉스 및 공동 패키지 광학은 차세대 혁신을 대표하며 전력 효율성과 통합 밀도를 향상시킵니다.
데이터 소스
Cignal AI 광학 부품 보고서 - 2025년 1월(cignal.ai)
Mordor Intelligence 광트랜시버 시장 보고서 - 2025년 6월(mordorintelligence.com)
인지 시장 조사 광학 모듈 연구 - 2024년 9월(cognitivemarketresearch.com)
Datacom 보고서용 Yole Group 광트랜시버 - 2024년 5월(yolegroup.com)
IEEE 802.3 광학 부품 업데이트 - 2024년 10월(ieee802.org)