¿Cuál es el futuro de las comunicaciones ópticas? ¿Puedes hablar de ello en detalle?
Como una de las infraestructuras más importantes para la computación en la nube, el centro de datos es una de las infraestructuras más importantes en la computación en la nube. La alta prosperidad de la computación en la nube y los mayores gastos de capital de los proveedores de servicios en la nube impulsan directamente el crecimiento. prosperidad de los centros de datos. A largo plazo, la tendencia de rápido crecimiento del tráfico de datos es casi irreversible. Con la construcción a gran escala de 5G, Internet de todo provocará un crecimiento explosivo del tráfico. Al mismo tiempo, aplicaciones populares como VR/AR. , video de ultra alta definición e Internet de vehículos también traerán una demanda de tráfico masiva, por lo que, a largo plazo, el tráfico de datos global definitivamente mostrará una tendencia de rápido crecimiento. La actualización de la arquitectura leaf-spine y la mejora de la velocidad de los centros de datos son urgentes ante una demanda cada vez más fuerte, lo que generará una fuerte demanda de mejoras en la cantidad y la velocidad de los módulos ópticos de comunicación de datos.
Los módulos ópticos de 100G siguen siendo la fuerza principal, con precios bajo presión, pero la demanda continúa creciendo
Los módulos ópticos de comunicación de datos de 100G vienen en una amplia variedad de especificaciones, siendo PSM4 y CWDM4 los que representan una gran proporción. Hay muchos tipos de módulos ópticos de 100G si se clasifican según el número de canales, hay módulos ópticos de cuatro canales con arquitectura 4x25G y productos de módulos ópticos de un solo canal de 1x100G si se clasifican según los métodos de empaquetado, existen productos de módulos ópticos. como QSFP28 y CFP4, si se utiliza la tecnología de multiplexación por división de longitud de onda, existen módulos ópticos PSM4 y productos de módulos ópticos CWDM4, si se basan en la distancia de transmisión del escenario de aplicación, existen productos de módulos ópticos SR4, LR4 y otros. Pero actualmente, según los resultados de la investigación de la cadena industrial, los módulos ópticos 100G PSM4 y 100G CWDM4 representan la mayor parte de todo el mercado de módulos ópticos 100G, representando casi dos tercios. Debido a que CWDM4 puede ahorrar significativamente recursos de fibra óptica, es más favorecido por los clientes intermedios, que representan alrededor del 45%.
El mercado de módulos ópticos 100G DR1/FR1 supera las expectativas y será de gran importancia estratégica en el campo de las comunicaciones de datos en el futuro
El módulo óptico 100G DR1/FR1 adopta un Método de 100G de un solo canal y EML de longitud de onda de 1310 nm. El láser reemplaza al láser DFB tradicional de 25G para lograr un ancho de banda de 50G, y se agrega DSP para lograr una modulación PAM4 de alta precisión para lograr una velocidad de transmisión de 100G. En la actualidad, debido a que el chip DFB de 25G y el controlador correspondiente, TIA y otros chips eléctricos están relativamente maduros, el costo es relativamente bajo, mientras que el costo de EML y DSP es relativamente alto en la actualidad, por lo que el precio del óptico 100G DR1/FR1 El módulo comparado con 100G CWDM4 aún no tiene ninguna ventaja competitiva. Según una investigación de la cadena industrial, se espera que el tamaño del mercado de 100G DR1/FR1 alcance los 2 millones de unidades en 2021. Aunque todavía no existe una ventaja de costos, la importancia estratégica es enorme, lo que se refleja principalmente en los siguientes tres puntos:
100G DR1/FR1 actualmente puede reemplazar todos los productos de módulos ópticos de la serie 100G QSFP28 de diferentes soluciones por debajo de 2 km. , con un rendimiento de compatibilidad muy bueno Después de una simple actualización (el esquema eléctrico permanece sin cambios), puede reemplazar el producto del módulo óptico 100G LR4 de nivel de 10 km;
Debido a que DR1/FR1 solo usa un solo canal, el total. El costo es más alto que el de cuatro canales. A medida que los chips EML y DSP maduren gradualmente y los precios bajen hasta cierto punto, 100G DR1/FR1 se convertirá en el producto más rentable;
DR1/FR1 puede. Transmita 100G y 400G a través de la solución Breakout. El sistema realiza directamente la interconexión e interoperabilidad de una manera simple y de bajo costo.
El precio de los módulos ópticos de 100G está bajo una gran presión, y la reducción de costos y la mejora de la eficiencia serán significativas en el futuro.
La principal fuerza impulsora para la reducción de costos son los chips y la sustitución nacional. está avanzando constantemente. Los componentes principales de los módulos ópticos incluyen chips ópticos, chips eléctricos, componentes ópticos pasivos, etc. En el módulo óptico de 100G, el chip óptico incluye el láser (LD) y el detector de monitoreo (MPD) en el extremo transmisor y el fotodetector (PD) en el extremo receptor; el chip eléctrico incluye la recuperación de sincronización del reloj (CDR) y el controlador (; unidad) en el extremo transmisor y en el extremo receptor CDR, amplificador de transimpedancia (TIA), chip de control de potencia y MCU, etc.
En promedio, el costo de los chips optoelectrónicos representa alrededor del 50% del costo total, lo que tiene un mayor impacto en el costo de los módulos ópticos. Los chips ópticos de 25G ahora han podido lograr una sustitución nacional parcial y también se han desarrollado con éxito algunos chips eléctricos. Si los chips posteriores pueden lograr una sustitución nacional completa, el costo de los módulos ópticos de 100G se reducirá aún más.
La demanda de módulos ópticos de 200G ha aumentado más allá de las expectativas del mercado, y el rendimiento de alto costo es una opción importante.
Los módulos ópticos de 200G tienen un excelente rendimiento de costos y son un producto importante en el centro de datos. ruta de mejora de velocidad. La velocidad de transmisión del módulo óptico de 200G está entre 100G y 400G, por lo que se considera un producto de módulo óptico de transición. En la actualidad, algunos clientes del mercado adoptan la solución de actualización del módulo óptico 100G-200G. Aunque han perdido el camino más corto de actualización directa de 100G a 400G, la cadena industrial de 200G es más madura y el diseño cambia en función del óptico de 100G. El módulo también es más pequeño, es un producto muy rentable.
Las soluciones principales para módulos ópticos de 200G: QSFP-DD y QSFP56
El método de empaquetado QSFP-DD de 200G utiliza una estructura de 8x25G y el láser utiliza un láser DML de ancho de banda de 25G, único. esquema de modulación del canal 25G NRZ; método de empaquetado 200G QSFP56, que adopta una estructura 4x50G, y el esquema de modulación es el método PAM4.
La gama completa de módulos ópticos de 200G se puede utilizar ampliamente en diversos escenarios y el espacio de mercado es amplio. Además de las diferentes soluciones técnicas, los módulos ópticos de 200G también se dividen en SR, DR, FR y LR. , etc. según la distancia de transmisión. Aplicados dentro del centro de datos, existen principalmente dos productos de módulos ópticos, SR y FR. Aunque los módulos ópticos de 400G han comenzado a distribuirse a gran escala, el mercado de módulos ópticos de 200G aún es enorme. Según una investigación de la cadena industrial, la demanda total de módulos ópticos de 200G este año está entre 1 millón y 1,5 millones, superando las expectativas del mercado, y la demanda el próximo año superará los 2 millones.
El mercado de módulos ópticos de 400G continúa en auge
El módulo óptico de 400G es uno de los productos de interconexión óptica importantes para la mejora de la velocidad del centro de datos. Con la implementación gradual de la construcción 5G, la demanda de computación en la nube es cada vez más fuerte y el crecimiento exponencial de los dispositivos IoT provocará un rápido aumento en la demanda de transmisión de datos e informática. Como nueva generación de bienes raíces digitales, los centros de datos son una de las instalaciones de infraestructura digital más importantes. Para hacer frente a un crecimiento tan explosivo en las necesidades de procesamiento de datos, los centros de datos también están en el proceso de mejoras de velocidad intergeneracionales. Los servidores y conmutadores TOR dentro del gabinete son principalmente 10G/25G y están en transición a la etapa 50G/100G. La interconexión entre los conmutadores Leaf y los conmutadores Spine y la interconexión entre los centros de datos son actualmente principalmente 40G/100G y están en transición a 400G.
Los módulos ópticos de 400G vienen en muchos tipos y escenarios de aplicación, y se utilizan ampliamente en centros de datos.
Al igual que los módulos ópticos de 100G, los 400G también se pueden dividir en varios tipos según la distancia y si se utilizan productos de módulos ópticos. Al mismo tiempo, 400G se puede dividir en soluciones QSFP-DD y OSFP según el método de empaquetado. La solución de empaquetado QSFP-DD es relativamente más pequeña, aunque la solución de empaquetado OSFP es más grande, pero tiene una disipación de calor relativamente mejor. En el lado del puerto eléctrico, actualmente los módulos ópticos de 400G utilizan la solución de transmisión de señal eléctrica 8x50G; en el lado del puerto óptico, se dividen principalmente en dos soluciones: 8x50G y 4x100G, y los productos correspondientes son SR8/DR8/FR8 y SR4/DR4. respectivamente. /Módulos ópticos de la serie FR4. En la solución de puerto óptico de 8x50G, la velocidad de la señal en el lado del puerto óptico es la misma que en el lado del puerto eléctrico, las cuales son señales PAM4 de 8x50G. Por lo tanto, solo se necesita CDR para la recuperación del reloj dentro del módulo óptico; Solución 4x100G, la velocidad de la señal en el lado del puerto óptico es eléctrica. Los dos tiempos en el lado del puerto son señales PAM4 4x100G, por lo que se necesita una caja de cambios para multiplexar las dos señales eléctricas en una y luego modularlas en la luz para que se convierta en conversión fotoeléctrica. una señal óptica.
El umbral técnico para los módulos ópticos de 400G es más alto y los fabricantes nacionales están en una posición de liderazgo.
Los módulos ópticos de 100G ya están muy maduros en términos de soluciones técnicas, acumulación de procesos e industria. La integridad de la cadena, por lo que el umbral de acceso también es relativamente bajo, y muchos fabricantes de módulos ópticos han entrado en masa, lo que ha provocado un mayor impacto en los precios de los productos. Los módulos ópticos de 400G tienen umbrales más altos en términos de circuitos, rutas ópticas, firmware, rendimiento de producción y confiabilidad. Por lo tanto, actualmente no hay muchos fabricantes de módulos ópticos en el mercado que puedan suministrar grandes cantidades. Por otro lado, los módulos ópticos de 400G son la próxima generación de productos de centros de datos. Se encuentran en las primeras etapas de actualizaciones intergeneracionales y tienen un amplio espacio de mercado en el futuro. Los fabricantes nacionales ocupan una posición de liderazgo en el mundo en la era de los módulos ópticos de 400G. La ventaja de ser los primeros en actuar ayudará a mejorar la calidad de las ganancias y, sobre esta base, podrán realizar investigación y desarrollo de productos de mayor velocidad como 800G.
La ventana de I+D para módulos ópticos de 800G ha llegado y se convertirá en el próximo campo de batalla principal.
Las soluciones técnicas para módulos ópticos de 800G incluyen soluciones de 2x400G y 8x100G, y los métodos de empaquetado son similares a 400G, incluido OSFP y Hay dos tipos de QSFP DD800. El método de empaquetado OSFP está definido principalmente por la organización OSFPMSA, que lanzó la versión 4.0 del documento de especificación para módulos ópticos 800G; el método de empaquetado QSFP DD800 está dirigido por la organización QSFP DD800 MSA, que lanzó la versión 1.0 del documento de especificación. La solución 2x400G y la solución 8x100G tienen velocidades de interfaz eléctrica y óptica de 100 Gbps. La principal diferencia radica en la longitud de onda utilizada y la interfaz óptica correspondiente 2x400G usa longitud de onda CWDM4 y la interfaz óptica es 2xCS. , si es FR y LR, se utiliza la solución de longitud de onda LWDM8 y la interfaz óptica es LC.
El efecto a gran escala de los módulos ópticos coherentes reduce los costos y se puede aplicar a múltiples escenarios de aplicación. OpenZR tiene ventajas obvias.
Los módulos ópticos coherentes fueron inicialmente adecuados para redes troncales con distancias de transmisión. más de 1000 km, y luego se hunde gradualmente en la red del área metropolitana con una distancia de transmisión de 100 a 1000 km, la red de acceso de borde con una distancia de menos de 100 km y el campo de interconexión del centro de datos (DCI) de 80 a 120 km. A medida que los módulos ópticos coherentes comiencen a producirse en masa a gran escala y los costos sigan disminuyendo, en el futuro se utilizarán ampliamente en mercados con mayor demanda, como las redes de acceso 5G. Actualmente existen tres estándares para módulos ópticos coherentes 400G, a saber, 400GZR, OpenROADM y OpenZR. Entre ellos, OpenZR combina las ventajas de los dos estándares, 400GZR y OpenROADM, y tiene una gama de aplicaciones más amplia. Está orientado a áreas metropolitanas, backbones, DCI y operadores de telecomunicaciones, y puede soportar la interoperabilidad de múltiples proveedores.