XGMII, XAUI, XFI/SFI и семейство AUI: от 10G до 800G

Начиная с 10 Гигабит интерфейс между хостом и модулем — пучок последовательных каналов, и его имя говорит о скорости, числе каналов и модуляции: SFI — один канал 10G NRZ, CAUI-4 — четыре канала 25G, 400GAUI-8 — восемь каналов 50G PAM4, 800GAUI-8 — восемь каналов 100G PAM4. Модуль должен принять ровно этот пучок, ретаймировать или усилить его и отобразить на свои оптические каналы — число которых может быть другим. Здесь перечислены интерфейсы, различие чип–чип и чип–модуль с точками соответствия, спецификации OIF CEI за ними, отображение электрических каналов на оптические и то, кто выполняет обработку сигнала в каждом поколении.

10 Гигабит

Интерфейс	Форма	Где	Примечания
XGMII (Cl. 46)	32 бита данных + 4 бита управления в каждую сторону, DDR на 156,25 МГц, 74 сигнала	внутри чипа между MAC и PCS	≤ 7 см; на платах сегодня нет
XAUI (Cl. 47)	4 канала × 3,125 ГБод, 8b/10b	MAC/XGXS ↔ PHY; модули XENPAK, X2, XPAK	до 50 см платы; для модулей устарел
RXAUI	2 × 6,25 ГБод	ASIC ↔ PHY (Marvell)	XAUI с экономией пинов
XFI (MSA XFP)	1 × 10,3125 ГБод, 64b/66b	хост ↔ XFP	модуль содержит CDR — ретаймированный интерфейс (XFP)
SFI (SFF-8431)	1 × 10,3125 ГБод, 64b/66b	хост ↔ SFP+	модуль обычно ограничивающий или линейный без CDR; эквализацию выполняет SerDes хоста; точки соответствия B (выход хоста), C (выход модуля), D на входе хоста (SFP+)
10GBASE-KR (Cl. 72)	1 × 10,3125 ГБод с обучением линка	объединительная плата; ASIC ↔ PHY 10GBASE-T	AN Clause 73
USXGMII	1 × 10,3125 ГБод с адаптацией скорости	ASIC ↔ мультигигабитный PHY	SGMII и последовательный гигабит

«Линейная» опция SFI несла 10GBASE-LRM: модуль линейно передаёт искажённый многомодовый сигнал, а электронная компенсация дисперсии (EDC) хоста его очищает — предок сегодняшней идеи LPO.

25, 40, 50 Гигабит

Интерфейс	Каналы	Стандарт	Клетка
25GAUI	1 × 25,78125 ГБод NRZ	Annex 109A (C2C), 109B (C2M)	SFP28
XLAUI	4 × 10,3125 ГБод	Annex 83A/B	QSFP+ (40GBASE-LR4 и др.)
XLPPI	4 × 10,3125, нератаймированный параллельный физический интерфейс	Annex 86A	QSFP+ SR4/CR4 без CDR
50GAUI-2	2 × 26,5625 ГБод NRZ	Annex 135B/C	QSFP28 (breakout 2 × 50G), SFP56 (часть)
50GAUI-1	1 × 26,5625 ГБод PAM4	Annex 135D/E	SFP56, модули 50GBASE-SR/FR/LR

100 Гигабит

Интерфейс	Каналы	Стандарт	Клетка
CAUI-10	10 × 10,3125 ГБод	Annex 83A/B	CFP, CXP, 100GBASE-SR10
CAUI-4	4 × 25,78125 ГБод NRZ	Annex 83D (C2C), 83E (C2M)	QSFP28, CFP2/CFP4
CPPI-4	4 × 25,78, нератаймированный	в стиле Annex 86A для SR4	QSFP28 SR4 без CDR (редко)
100GAUI-4	4 × 26,5625 ГБод NRZ (с кадрированием RS-FEC(544))	Annex 135D/E	QSFP28 в режиме 100GBASE-CR4/KR4 KP4
100GAUI-2	2 × 53,125 ГБод PAM4	Annex 135F/135G (C2M)	каналы 100G QSFP56, breakout 2 × 100G, модули DR/FR1 с двухканальными хостами
100GAUI-1	1 × 106,25 ГБод PAM4	Annex 120F/120G (C2M) (802.3ck)	QSFP112, OSFP на 100G на канал, SFP112

200, 400, 800 Гигабит

Интерфейс	Каналы	Стандарт	Клетка
200GAUI-8	8 × 26,5625 ГБод PAM4	Annex 120B/C	QSFP-DD в режиме 200G (редко)
200GAUI-4	4 × 53,125 ГБод PAM4	Annex 120D/120E (C2M)	QSFP56, OSFP/QSFP-DD 2 × 200G
200GAUI-2	2 × 106,25 ГБод PAM4	Annex 120F/G	QSFP112 2 × 200G, OSFP
400GAUI-16 (CDAUI-16)	16 × 26,5625 ГБод NRZ	Annex 120B/C	CFP8
400GAUI-8 (CDAUI-8)	8 × 53,125 ГБод PAM4	Annex 120D/120E (C2M)	QSFP-DD, OSFP (400G)
400GAUI-4	4 × 106,25 ГБод PAM4	Annex 120F/120G (C2M)	QSFP112, OSFP 400G, половина порта 800G
800GAUI-8	8 × 106,25 ГБод PAM4	приложения 802.3df (C2C/C2M)	OSFP, QSFP-DD800
800GAUI-4 / 1.6TAUI-8	4 / 8 × 212,5 ГБод PAM4	802.3dj (в работе)	OSFP224, OSFP-XD, QSFP-DD1600

C2C против C2M и точки соответствия

	Чип–чип (C2C)	Чип–модуль (C2M)
Путь	ASIC ↔ ASIC/PHY на одной плате или через разъём	ASIC → плата хоста → разъём клетки → плата модуля → микросхема модуля
Дальность	до ~25–50 см (NRZ), меньше при PAM4	~10–15 см дорожки хоста + разъём
Тестовые точки	TP0/TP5 на выводах чипа	TP1 (выход хоста на разъёме модуля), TP1a (после эталонного канала = вход модуля), TP4 (выход модуля на разъёме), TP4a (на входе хоста после канала хоста)
Роль модуля	—	должен выполнить спецификацию выхода в TP4 (глаз, джиттер, метрики класса TDECQ) и терпеть сигнал хоста в TP1a с заданным стрессовым глазом
Ретайминг	ретаймируют оба чипа	ретаймирует модуль (CDR/DSP) — или он линейный (LPO) и полагается на хост

Платы хостов квалифицируются относительно эталонного канала C2M; длинная или потерная дорожка хоста (коммутаторы 800G высокой радиксности) — причина появления ретаймеров и гирбоксов на платах коммутаторов (Внутри коммутатора).

OIF CEI за приложениями IEEE

OIF CEI	Скорость / модуляция	Эквивалент IEEE	Класс дальности
CEI-28G-VSR	28 ГБод NRZ	CAUI-4 C2M	очень короткая (модуль)
CEI-28G-SR / -MR / -LR	28 ГБод NRZ	CAUI-4 C2C / объединительная плата	короткая / средняя / длинная (плата)
CEI-56G-VSR-PAM4	56 ГБод PAM4	400GAUI-8 / 200GAUI-4 C2M	модуль
CEI-56G-MR/LR-PAM4	56 ГБод PAM4	класс 200GBASE-KR4	объединительная плата
CEI-112G-VSR-PAM4	112 ГБод PAM4	400GAUI-4 / 800GAUI-8 C2M	модуль
CEI-112G-XSR / -MR / -LR	112 ГБод PAM4	кристалл–кристалл / C2C / объединительная плата	—
CEI-112G-Linear-PAM4	112 ГБод PAM4	интерфейс хоста LPO	модуль, линейный
CEI-224G (в работе)	224 ГБод PAM4	800GAUI-4 / 1.6TAUI-8	—

OIF публикует электрические огибающие; приложения IEEE ссылаются на них или согласованы с ними.

Электрические каналы против оптических

Модуль	Электрика (хост)	Оптика (линия)	Преобразование в модуле
10GBASE-LR SFP+	1 × 10G	1 λ × 10G	нет
40GBASE-LR4	4 × 10G	4 λ × 10G	нет (мультиплексор WDM)
100GBASE-SR4 / LR4	4 × 25G NRZ	4 волокна / 4 λ × 25G	нет
100GBASE-DR / FR1 / LR1	4 × 25G NRZ	1 λ × 100G PAM4	гирбокс + DSP PAM4 (4:1)
100G на QSFP112 (100GAUI-1)	1 × 100G PAM4	1 × 100G PAM4	только ретайминг
200GBASE-FR4	4 × 50G PAM4	4 λ × 50G PAM4	ретайминг
400GBASE-DR4 / FR4	8 × 50G PAM4	4 волокна / 4 λ × 100G PAM4	гирбокс 2:1 в DSP
400GBASE-SR8	8 × 50G PAM4	8 волокон × 50G PAM4	ретайминг
400G на хостах 400GAUI-4	4 × 100G PAM4	4 × 100G PAM4	ретайминг (или линейный LPO)
800G-DR8 / 2×FR4	8 × 100G PAM4	8 волокон / 2 × 4 λ × 100G	ретайминг
800G-DR4 (200G/λ)	8 × 100G PAM4	4 × 200G PAM4	гирбокс 2:1
1.6T-DR8 (OSFP224)	8 × 200G PAM4	8 × 200G PAM4	ретайминг

Гирбокс — причина, почему модуль 400G-DR4 потребляет 8–10 Вт, а 400G-SR8 меньше, и почему CMIS перечисляет отдельные идентификаторы интерфейса хоста и среды на каждое применение (CMIS).

Кто обрабатывает сигнал

Поколение	В модуле	На хосте
10G SFP+ (SFI)	ограничивающий усилитель или линейный TIA; CDR у большинства нет	SerDes с эквализацией CTLE/DFE; EDC для LRM
10G XFP (XFI)	CDR	обычный SerDes
25G SFP28, 100G QSFP28	CDR на Tx и Rx (обходимый: байты 98/99 SFF-8636)	FFE/DFE SerDes; предыскажение программируется в управляющих байтах модуля (SFF-8636 страница 03h 234–241: амплитуда/подчёркивание выхода Rx, эквализация входа Tx)
PAM4 200G–800G	DSP-ретаймер с FFE/DFE/MLSE; настройки эквалайзера со стороны хоста через CMIS (страницы 10h/11h: EQ входа Tx, амплитуда/пре-курсор/пост-курсор выхода Rx)	DSP SerDes
LPO 400G/800G	линейные драйвер и TIA, без DSP	DSP SerDes ASIC коммутатора компенсирует весь канал; хост должен поддерживать LPO и быть подключён напрямую (DSP и LPO)
Ретаймированные и линейные кабели AEC/ACC	AEC: DSP в вилке; ACC: линейный усилитель	как выше (Внутри кабелей)

Выбор скорости и обход CDR: Выбор скорости и применения, CDR.

В CodingBox

Для модулей SFF-8636 CodingBox показывает биты наличия CDR, способность выбора скорости и управляющие байты эквализации/подчёркивания; для модулей CMIS — таблицу применений с идентификаторами интерфейса хоста (CAUI-4, 400GAUI-8, 100GAUI-1…) против идентификаторов интерфейса среды — заявление, по которому хост выбирает число каналов и модуляцию. Модуль, объявляющий только 400GAUI-8, не заработает в порту 400GAUI-4 (класса QSFP112), какой бы хорошей ни была его оптика (Check transceiver, Верхние страницы CMIS).