《电子技术应用》
您所在的位置:首页 > EDA与制造 > 解决方案 > 关注 | 华工正源:数据中心光模块需求和发展趋势

关注 | 华工正源:数据中心光模块需求和发展趋势

2021-02-04
来源:与非网

  华工正源拥有超大型光模块生产基地,月产能达到 300 万只,拥有核心专利超过 160 件。其 100G 全系列产品正在大批量出货,400G 产品正在小批量阶段,用于数据中心解决方案的 800G DR8、100G DR1/DR1+光模块、用于 5G 承载中回传的 200G LR4/ER4 光模块在 CIOE 2020 展会上受到业内广泛关注。

  ICC 讯    2020 年数据中心的发展成为拉动光通信行业全年发展的主要动力之一。近年来数通市场是光通信产业链上各企业的必争之地。华工正源作为通信光模块的领先企业,在数通领域有着深入的发展和巨大竞争力。“第 19 届讯石光纤通讯市场暨技术专题研讨会”上,武汉华工正源光子技术有限公司有源事业部总经理助理、成都研发中心主任胡云关于《数据中心光模块的需求和发展趋势》的报告展示了华工正源在数据中心的全系列解决方案和综合实力,介绍了数据中心市场的规模及光模块演进及未来展望,通过对比不同方案件的优劣窥探未来发展趋势。

  在国家大力发展新基建的浪潮下,2021 年,新一轮政策利好将助推我国数据中心建设迎来新发展机遇。未来,数据中心要从多方面提升规模、容量且可持续发展能力,数据中心建设发展对光模块影响巨大。华工正源成立于 2001 年,是华工科技旗下核心战略子公司,在武汉、成都、美国、深圳设有研发中心与销售中心,公司专注于无线前传、中传、回传,数据中心光模块,特种数据光模块,智能网络通讯设备解决方案。

  华工正源连续 15 年蝉联中国光器件最具竞争力企业十强,中国 5G 光模块首单发布者,公司拥有超大型光模块生产基地,月产能达到 300 万只,拥有核心专利超过 160 件。——   基础设施投入增长拉动光模块需求随着技术的发展,通信行业基础设施支出正在发生巨大变化,近年来,企业网在传统的硬件 IT 和软件投入上正在减少,并更青睐于外包给云服务商。而在数据中心基础设施的投入迅速增长,加上国内加快新基建的建设,行业研究机构预计数据中心建设未来几年保持 20%以上的增长。

  国外方面,TOP5 云厂商 2020 年第一季度资本支出为 264 亿美元,比 2019 同比增长 56%。基础设施支出的增长正在影响全球光模块光器件的市场,数据中心朝着大型超大型方向发展,流量迅猛增长驱动光模块需求的增长,光模块的速率从 100G 到 200G 向 400G 演进,根据行业研究机构统计,预计在 2021 到 2025 年,数据中心光模块市场会恢复两位数的增长。——  光电芯片协同提升推动光模块速率快速升级在数据中心光模块的技术演进方面,数据中心对光模块的要求第一为高速率,低成本,低功耗,小封装,小功率。数据中心网络架构正呈扁平化方向演进,这种演进解决的时延和拓展的问题,但使东西向流量的剧增,从而需要更多更高速的连接。

  光模块速率的提升需要光电芯片速率的协同提升相互配合,2013 年 25G 的 NRZ Serdes 第一次流片,推动了 2015 年 100G QSFP28 模块的批量出货;2017 年 50G PAM4 Serdes 的第一次流片推动了 2019 年第一次 400G 系列光模块的系列商用出货;2020 年 100G Serdes 的流片也将带动 800G 速率光模块的发展。

  预计在 2023 年 200G Serdes 流片将推动 1.6T 光模块的演进。数据中心的演进分为三代,25GNRZ Serdes、 50G PAM4、 100/200G Serdes 对应了 100G 系列光模块、400G、800G 光模块。数据中心的连接分为数据中心内部的互连及数据中心之间的 DCI 互连,不同距离之间的连接需要各种各样的光模块解决方案。光模块的演进除了速率的提升,调制信号从 NRZ 到 PAM4 到相干,光通道从 1×2 向 1×4 及 1×8 演进,从发货的数据上看,1×4 更多。

forward (66).jpg

  基于 50G serdes,对应 100G/400G 光模块,100 米短距离传输用 VCSEL 的光芯片,针对单波 100G 的 2 公里到 500 米的主要还是硅光和 EML 的方案。

  DML 方案由于光芯片线性度色散的问题还在优化,没有成熟。针对不同的光芯片所需的工艺要求不同,对于多模 VCSEL 主要为 COB,对于 EML 和硅光为 COC 耦合。硅光耦合的容差比单模更难。硅光的工艺上的难度有一定挑战。

  400G 系列光模块中不同光芯片之间的优劣比较:从带宽上,EML 带宽目前研究表明已经能够证实可以达到 60GHz,而硅光 MZM 可以达到 50GHz。传输速率上,VCSEL 在短距离 100M,EML 可以支持 2 公里,10 公里和 40 公里。硅光在 500M 和 2 公里比较有优势。从成本上说 EML 相对贵一些,批量能力来说,硅光的基于 COMS 平台可以实现光电混合集成,量产能力高将会有保障。

  400G 系列光模块方案总结:基于 VCSEL 芯片的光模块产品有用于短距 100m 的 400G SR8/SR4.2 的产品;基于 EML 芯片光模块产品有 100G、100G DR1/FR1/LR1/ER1、400G DR4/FR4、400G LR4;基于 MZM(SiPh)芯片的产品为 100G DR1/FR1、400G DR4、400G-ZR。对比单波 100G 的硅光方案和 EML 方案的功耗和性能的差异, 单波 100G EML 的功耗在 4.5W,单波 100G 硅光的方案功耗控制在 3.5W 以内,同时来说,两款产品在光眼图性能上,硅光一样可以满足单波 100G 和 400G DR4 的性能要求。硅光的优势在于集成性高,可以集成 MZM+SSC+PD。硅光在于缺点耦合插损大,需要搭配大功率 CW、DFB。400G DR4 EML 对比 SiPh,400G DR4 EML 功耗在 12W;400G DR4 SiPhL 功耗在 10W 以内。DR4 硅光的优势在于仅需要两个 CW DFB 、支持多通路集成、4CH MZM+SSC+4CH P,所以功耗和成本有优势。

  数据中心光互联 DCI 需求快速增长,基于相干技术已成为 100 Gb/s、200 Gb/s 以及 400 Gb/s 长距离传输的标准技术方案,从最初面向超长距离的解决方案向包括城域网 / 接入网的传输市场和近年来特别关注的数据中心间高速互联市场快速推进 400G ZR 标准已经发布,ZR+正在推进。

forward (65).jpg

  400G-ZR 解决方案,在 2020 年讯石研讨会上胡云列举了三种方案对比,总的来说硅光相干集成和收发集成是比较好的低成本的解决方案。

forward (64).jpg

  ——  展望 800G 预计 2021 年推出产品胡云认为下一代 800G 可插拔光模块,分为三步演进:Step1:基于 100G Serdes, DSP PAM4 8 in 8 out, 光口 100G/l ,8x100G 产品 ---2021 推出Step2:基于 100G Serdes + Gearbox, DSP PAM4 8 in 4 out,光口 200G/l ,4x200G 产品 ---2023 推出Step3:基于 200G Serdes, DSP PAM4 4 in 4 out, 光口 200G/l ,4x200G 产品 ---2025 推出。基于 200G 光电芯片的展望,预计 2022 年 200G/l 相关的光电芯片才逐步 Ready,推进 1.6T (8*200G)可插拔光模块才可实现,从而推进 102.4T 交换机的发展。基于 100G/l 光器件的发货会持续大约 10 年;基于 100G/l 光器件的发货会持续大约 10 年。

forward (63).jpg

  目前,正源拥有 100G 全系列产品正在大批量出货,400G 产品正在小批量阶段,用于数据中心解决方案的 800G DR8、100G DR1/DR1+光模块、用于 5G 承载中回传的 200G LR4/ER4 光模块在 CIOE 2020 展会上隆重推出,受到业内广泛关注。华工正源的单波 100G 技术已经具备,为 8*100G 光模块解决方案做有力支撑。


本站内容除特别声明的原创文章之外,转载内容只为传递更多信息,并不代表本网站赞同其观点。转载的所有的文章、图片、音/视频文件等资料的版权归版权所有权人所有。本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如涉及作品内容、版权和其它问题,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以便迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。联系电话:010-82306116;邮箱:aet@chinaaet.com。