關(guān)注 | 華工正源：數(shù)據(jù)中心光模塊需求和發(fā)展趨勢(shì)

華工正源擁有超大型光模塊生產(chǎn)基地，月產(chǎn)能達(dá)到 300 萬(wàn)只，擁有核心專利超過(guò) 160 件。其 100G 全系列產(chǎn)品正在大批量出貨，400G 產(chǎn)品正在小批量階段，用于數(shù)據(jù)中心解決方案的 800G DR8、100G DR1/DR1+光模塊、用于 5G 承載中回傳的 200G LR4/ER4 光模塊在 CIOE 2020 展會(huì)上受到業(yè)內(nèi)廣泛關(guān)注。

ICC 訊    2020 年數(shù)據(jù)中心的發(fā)展成為拉動(dòng)光通信行業(yè)全年發(fā)展的主要?jiǎng)恿χ?。近年?lái)數(shù)通市場(chǎng)是光通信產(chǎn)業(yè)鏈上各企業(yè)的必爭(zhēng)之地。華工正源作為通信光模塊的領(lǐng)先企業(yè)，在數(shù)通領(lǐng)域有著深入的發(fā)展和巨大競(jìng)爭(zhēng)力。“第 19 屆訊石光纖通訊市場(chǎng)暨技術(shù)專題研討會(huì)”上，武漢華工正源光子技術(shù)有限公司有源事業(yè)部總經(jīng)理助理、成都研發(fā)中心主任胡云關(guān)于《數(shù)據(jù)中心光模塊的需求和發(fā)展趨勢(shì)》的報(bào)告展示了華工正源在數(shù)據(jù)中心的全系列解決方案和綜合實(shí)力，介紹了數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)的規(guī)模及光模塊演進(jìn)及未來(lái)展望，通過(guò)對(duì)比不同方案件的優(yōu)劣窺探未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。

在國(guó)家大力發(fā)展新基建的浪潮下，2021 年，新一輪政策利好將助推我國(guó)數(shù)據(jù)中心建設(shè)迎來(lái)新發(fā)展機(jī)遇。未來(lái)，數(shù)據(jù)中心要從多方面提升規(guī)模、容量且可持續(xù)發(fā)展能力，數(shù)據(jù)中心建設(shè)發(fā)展對(duì)光模塊影響巨大。華工正源成立于 2001 年，是華工科技旗下核心戰(zhàn)略子公司，在武漢、成都、美國(guó)、深圳設(shè)有研發(fā)中心與銷(xiāo)售中心，公司專注于無(wú)線前傳、中傳、回傳，數(shù)據(jù)中心光模塊，特種數(shù)據(jù)光模塊，智能網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備解決方案。

華工正源連續(xù) 15 年蟬聯(lián)中國(guó)光器件最具競(jìng)爭(zhēng)力企業(yè)十強(qiáng)，中國(guó) 5G 光模塊首單發(fā)布者，公司擁有超大型光模塊生產(chǎn)基地，月產(chǎn)能達(dá)到 300 萬(wàn)只，擁有核心專利超過(guò) 160 件。——   基礎(chǔ)設(shè)施投入增長(zhǎng)拉動(dòng)光模塊需求隨著技術(shù)的發(fā)展，通信行業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施支出正在發(fā)生巨大變化，近年來(lái)，企業(yè)網(wǎng)在傳統(tǒng)的硬件 IT 和軟件投入上正在減少，并更青睞于外包給云服務(wù)商。而在數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施的投入迅速增長(zhǎng)，加上國(guó)內(nèi)加快新基建的建設(shè)，行業(yè)研究機(jī)構(gòu)預(yù)計(jì)數(shù)據(jù)中心建設(shè)未來(lái)幾年保持 20%以上的增長(zhǎng)。

國(guó)外方面，TOP5 云廠商 2020 年第一季度資本支出為 264 億美元，比 2019 同比增長(zhǎng) 56%?；A(chǔ)設(shè)施支出的增長(zhǎng)正在影響全球光模塊光器件的市場(chǎng)，數(shù)據(jù)中心朝著大型超大型方向發(fā)展，流量迅猛增長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)光模塊需求的增長(zhǎng)，光模塊的速率從 100G 到 200G 向 400G 演進(jìn)，根據(jù)行業(yè)研究機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)，預(yù)計(jì)在 2021 到 2025 年，數(shù)據(jù)中心光模塊市場(chǎng)會(huì)恢復(fù)兩位數(shù)的增長(zhǎng)。——  光電芯片協(xié)同提升推動(dòng)光模塊速率快速升級(jí)在數(shù)據(jù)中心光模塊的技術(shù)演進(jìn)方面，數(shù)據(jù)中心對(duì)光模塊的要求第一為高速率，低成本，低功耗，小封裝，小功率。數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)正呈扁平化方向演進(jìn)，這種演進(jìn)解決的時(shí)延和拓展的問(wèn)題，但使東西向流量的劇增，從而需要更多更高速的連接。

光模塊速率的提升需要光電芯片速率的協(xié)同提升相互配合，2013 年 25G 的 NRZ Serdes 第一次流片，推動(dòng)了 2015 年 100G QSFP28 模塊的批量出貨;2017 年 50G PAM4 Serdes 的第一次流片推動(dòng)了 2019 年第一次 400G 系列光模塊的系列商用出貨;2020 年 100G Serdes 的流片也將帶動(dòng) 800G 速率光模塊的發(fā)展。

預(yù)計(jì)在 2023 年 200G Serdes 流片將推動(dòng) 1.6T 光模塊的演進(jìn)。數(shù)據(jù)中心的演進(jìn)分為三代，25GNRZ Serdes、 50G PAM4、 100/200G Serdes 對(duì)應(yīng)了 100G 系列光模塊、400G、800G 光模塊。數(shù)據(jù)中心的連接分為數(shù)據(jù)中心內(nèi)部的互連及數(shù)據(jù)中心之間的 DCI 互連，不同距離之間的連接需要各種各樣的光模塊解決方案。光模塊的演進(jìn)除了速率的提升，調(diào)制信號(hào)從 NRZ 到 PAM4 到相干，光通道從 1×2 向 1×4 及 1×8 演進(jìn)，從發(fā)貨的數(shù)據(jù)上看，1×4 更多。

基于 50G serdes，對(duì)應(yīng) 100G/400G 光模塊，100 米短距離傳輸用 VCSEL 的光芯片，針對(duì)單波 100G 的 2 公里到 500 米的主要還是硅光和 EML 的方案。

DML 方案由于光芯片線性度色散的問(wèn)題還在優(yōu)化，沒(méi)有成熟。針對(duì)不同的光芯片所需的工藝要求不同，對(duì)于多模 VCSEL 主要為 COB，對(duì)于 EML 和硅光為 COC 耦合。硅光耦合的容差比單模更難。硅光的工藝上的難度有一定挑戰(zhàn)。

400G 系列光模塊中不同光芯片之間的優(yōu)劣比較：從帶寬上，EML 帶寬目前研究表明已經(jīng)能夠證實(shí)可以達(dá)到 60GHz，而硅光 MZM 可以達(dá)到 50GHz。傳輸速率上，VCSEL 在短距離 100M，EML 可以支持 2 公里，10 公里和 40 公里。硅光在 500M 和 2 公里比較有優(yōu)勢(shì)。從成本上說(shuō) EML 相對(duì)貴一些，批量能力來(lái)說(shuō),硅光的基于 COMS 平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)光電混合集成，量產(chǎn)能力高將會(huì)有保障。

400G 系列光模塊方案總結(jié)：基于 VCSEL 芯片的光模塊產(chǎn)品有用于短距 100m 的 400G SR8/SR4.2 的產(chǎn)品;基于 EML 芯片光模塊產(chǎn)品有 100G、100G DR1/FR1/LR1/ER1、400G DR4/FR4、400G LR4;基于 MZM(SiPh)芯片的產(chǎn)品為 100G DR1/FR1、400G DR4、400G-ZR。對(duì)比單波 100G 的硅光方案和 EML 方案的功耗和性能的差異， 單波 100G EML 的功耗在 4.5W，單波 100G 硅光的方案功耗控制在 3.5W 以內(nèi)，同時(shí)來(lái)說(shuō)，兩款產(chǎn)品在光眼圖性能上，硅光一樣可以滿足單波 100G 和 400G DR4 的性能要求。硅光的優(yōu)勢(shì)在于集成性高，可以集成 MZM+SSC+PD。硅光在于缺點(diǎn)耦合插損大，需要搭配大功率 CW、DFB。400G DR4 EML 對(duì)比 SiPh，400G DR4 EML 功耗在 12W;400G DR4 SiPhL 功耗在 10W 以內(nèi)。DR4 硅光的優(yōu)勢(shì)在于僅需要兩個(gè) CW DFB 、支持多通路集成、4CH MZM+SSC+4CH P，所以功耗和成本有優(yōu)勢(shì)。

數(shù)據(jù)中心光互聯(lián) DCI 需求快速增長(zhǎng)，基于相干技術(shù)已成為 100 Gb/s、200 Gb/s 以及 400 Gb/s 長(zhǎng)距離傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)技術(shù)方案，從最初面向超長(zhǎng)距離的解決方案向包括城域網(wǎng) / 接入網(wǎng)的傳輸市場(chǎng)和近年來(lái)特別關(guān)注的數(shù)據(jù)中心間高速互聯(lián)市場(chǎng)快速推進(jìn) 400G ZR 標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)發(fā)布，ZR+正在推進(jìn)。

400G-ZR 解決方案，在 2020 年訊石研討會(huì)上胡云列舉了三種方案對(duì)比，總的來(lái)說(shuō)硅光相干集成和收發(fā)集成是比較好的低成本的解決方案。

——  展望 800G 預(yù)計(jì) 2021 年推出產(chǎn)品胡云認(rèn)為下一代 800G 可插拔光模塊，分為三步演進(jìn)：Step1:基于 100G Serdes， DSP PAM4 8 in 8 out， 光口 100G/l ，8x100G 產(chǎn)品 ---2021 推出Step2:基于 100G Serdes + Gearbox, DSP PAM4 8 in 4 out，光口 200G/l ，4x200G 產(chǎn)品 ---2023 推出Step3:基于 200G Serdes， DSP PAM4 4 in 4 out， 光口 200G/l ，4x200G 產(chǎn)品 ---2025 推出?；?200G 光電芯片的展望，預(yù)計(jì) 2022 年 200G/l 相關(guān)的光電芯片才逐步 Ready，推進(jìn) 1.6T (8*200G)可插拔光模塊才可實(shí)現(xiàn)，從而推進(jìn) 102.4T 交換機(jī)的發(fā)展?；?100G/l 光器件的發(fā)貨會(huì)持續(xù)大約 10 年;基于 100G/l 光器件的發(fā)貨會(huì)持續(xù)大約 10 年。

目前，正源擁有 100G 全系列產(chǎn)品正在大批量出貨，400G 產(chǎn)品正在小批量階段，用于數(shù)據(jù)中心解決方案的 800G DR8、100G DR1/DR1+光模塊、用于 5G 承載中回傳的 200G LR4/ER4 光模塊在 CIOE 2020 展會(huì)上隆重推出，受到業(yè)內(nèi)廣泛關(guān)注。華工正源的單波 100G 技術(shù)已經(jīng)具備，為 8*100G 光模塊解決方案做有力支撐。