Demanda y tendencia del mercado para el transceptor óptico del centro de datos

En los últimos 25 años, el desarrollo de la tecnología de comunicación por fibra óptica en los centros de datos ha avanzado mucho, desde la capacidad más alta de enlaces de fibra óptica comerciales en 2.5-10Gb/s en la década de 1990 a la velocidad de transmisión actual de 800 Gb / s. Este progreso se ha beneficiado de la adopción a gran escala de módulos de alta velocidad más costosos (incluidos 400G y 800G) por parte de los grandes operadores de servicios en la nube. Además, los operadores de telecomunicaciones' La inversión en redes 5G es otra fuerza impulsora del sistema de comunicación óptica de puertos de mayor velocidad y densidad.

 

1. ¿Qué impulsa el mercado de transceptores de fibra óptica para centros de datos?

● Mayor inversión en el centro de datos

Se han producido grandes cambios en los gastos de infraestructura en la industria de las comunicaciones en la última década. En los últimos años, la red empresarial ha estado reduciendo su inversión en software y TI de hardware tradicionales y prefiere subcontratar a proveedores de servicios en la nube. Sin embargo, la inversión en la infraestructura del centro de datos está aumentando rápidamente. Las instituciones de investigación de la industria esperan que la construcción de centros de datos mantenga una tasa de crecimiento de más del 20% en los próximos años.

 

● Crecimiento rápido de Data Reubicación  Traffic

El gasto de los proveedores de computación en la nube TOP5 en el primer trimestre de 2020 alcanzó los 26.4 millones de dólares, un aumento del 56% en comparación con 2019. La inversión impulsada en infraestructura de centros de datos está afectando el mercado global de dispositivos ópticos y módulos de transceptores ópticos, donde los datos El centro se está moviendo hacia una escala grande y ultra-grande. Mientras tanto, el rápido crecimiento de la red de datos ha impulsado la sólida demanda del mercado de transceptores de fibra, que se espera que recupere las tasas de crecimiento de dos dígitos durante 2021 y 2025 según los institutos de investigación y estadística de la industria. En cuanto a la velocidad de datos de los transceptores de fibra óptica, la transición de 100G a 200G a 400G está en marcha.

 

2. Tendencias técnicas: de NRZ Serdes, PAM4 Serdes y 100G Serdes

El aumento de la tasa de datos del módulo óptico requiere que el chip optoelectrónico se desarrolle simultáneamente para satisfacer la demanda de las redes de centros de datos. El proceso de obleas 25G NRZ Serdes, realizado por primera vez en 2013, promovió el envío masivo de 100G QSFP28 módulos en 2015. Dos años más tarde, se introdujo el proceso de oblea 50G PAM4 Serdes, lo que llevó al primer envío comercial de módulos ópticos de la serie 400G en 2019. Además, el proceso 100G Serdes también estimularía el desarrollo de módulos transceptores de fibra óptica de 800GbE en 2020 , sobre la base del cual, se espera que el proceso 200G Serdes innove las soluciones de red de transceptores de fibra a una velocidad de fecha de 1.6T en 2023.

 

La evolución del centro de datos ha pasado por la era de 25GNRZ Serdes, 50G PAM4 y 100 / 200G Serdes, que corresponden a los transceptores ópticos de la serie 100G, módulos ópticos 400G y 800G respectivamente. La conexión del centro de datos se divide en la interconexión dentro del centro de datos y la interconexión DCI entre los centros de datos. Por lo tanto, la conectividad de la red entre diferentes distancias requiere una variedad de soluciones de transceptores de fibra a Ethernet.

 

Aparte del aumento de la tasa de datos, la tecnología de modulación de señal aplicada en el transceptor de canal de fibra se ha actualizado de NRZ, a través de PAM4 a la última coherente con la evolución del canal óptico de 1 × 2 a 1 × 4 y 1 × 8.

 

 

3. Características de las tendencias del mercado de transceptores ópticos

Los requisitos clave para los módulos ópticos en los centros de datos son alta velocidad, bajo costo, bajo consumo de energía, paquete pequeño y baja potencia. El diseño y la arquitectura de la red del centro de datos están evolucionando hacia una estructura plana, que resuelve los problemas de latencia y expansión. Pero provoca un fuerte aumento en el tráfico de este a oeste y requiere más soluciones de red de datos de mayor velocidad.

 

La demanda de interconexión óptica de centros de datos (DCI) está creciendo significativamente y, basándose en tecnología coherente, los módulos de fibra óptica de 100 Gb / s, 200 Gb / sy 400 Gb / s se convierten en una solución de red técnica estándar para la transmisión de larga distancia. Desde la solución inicial para distancias ultralargas, los transceptores ópticos han ido avanzando rápidamente hacia el mercado de la transmisión, incluida la red de metro / acceso y el mercado de interconexión de alta velocidad entre centros de datos, que ha sido especialmente preocupado en los últimos años. Hasta ahora, la especificación de 400G ZR se ha lanzado con ZR + avanzando con los planes.

 

4. Serdes 50G para módulo óptico 100G / 400G

Los módulos ópticos 100G / 400G basados ​​en 50G Serdes y chips ópticos VCSEL son principalmente para la transmisión a corta distancia de 100 metros, mientras que los basados ​​en fotónica de silicio y EML son las principales soluciones para 100G de longitud de onda única de 500 metros a 2 kilómetros. La solución DML debe optimizarse debido a la técnica inmadura de linealidad y dispersión del chip óptico.

 

Para diferentes chips ópticos, los requisitos del proceso son diferentes. Los VCSEL multimodo generalmente adoptan la técnica COB (Chip On Board), y para EML y luz de silicio, es el acoplamiento COC (Chip On Ceramic). La tolerancia del acoplamiento óptico de silicio es más difícil de controlar que la del monomodo. Por lo tanto, la tecnología fotónica de silicio sigue siendo un desafío para los ingenieros de la industria.

 

Δ Módulo óptico 100G / 400G basado en 50G Serdes

5. Solución de módulo óptico de la serie 400G

Los productos de módulo óptico basados ​​en chips VCSEL incluyen productos 400G SR8 / SR4.2 para distancias cortas de 100 m; 100G 、 100G DR1, 100GFR1El módulo transceptor de fibra óptica / LR1 / ER1、400G DR4 / FR4、400G LR4 se basa en el chip EML, mientras que 100G DR1 / FR1、400G DR4、400G-ZR en MZM (SiPh).

 

6. Comparación de diferentes chips de módulo óptico 400G

En términos de ancho de banda, las investigaciones actuales sobre el ancho de banda EML han demostrado que puede alcanzar los 60 GHz, mientras que Silicon Photonics MZM puede alcanzar los 50 GHz. Los transceptores ópticos de 400G basados ​​en el chip VCSEL admiten un rango de transmisión corto de 100 my los módulos con MZM (SiPh) superan el rendimiento en el rango de 500 my 2 km. En cuanto al chip de fibra óptica EML, es más caro pero admite una distancia de transmisión más larga de 2 km, 10 km y 40 km. Cuando se trata de capacidad por lotes, los módulos de fibra óptica de 400G basados ​​en el fotodiodo de silicio de la plataforma COMS pueden lograr una integración híbrida de optoelectrónica y producción en masa.

 

7. Comparación del consumo de energía en el módulo de fibra 400G y 100G

Al comparar el consumo de energía y el rendimiento de la solución de módulo óptico de silicio de onda única 100G y la solución EML, el consumo de energía del módulo EML de 100G de onda única es un poco más alto, es decir, 4.5 W, y la solución óptica de silicio de onda única 100G se controla dentro de 3.5W. Además, la fotónica de silicio también puede cumplir con los requisitos de rendimiento de los transceptores de fibra óptica DR100 de onda única 400G y 4G en términos de diagramas de ojos ópticos.

 

Lo que distingue a la fotónica de silicio de otras es su capacidad para integrar MZM + SSC + PD, pero la pérdida de inserción de acoplamiento basada en la fotónica de silicio es grande y debe funcionar junto con CW y DFB de alta potencia. En comparación con los tipos de transceptores de fibra 400G con chips SiPh, 400G DR4 EML consume una potencia superior a 12W, mientras que 400G DR4 SiPhL no supera los 10W y solo requiere 2 CW y DFB. Además, 400G DR4 SiPhL es capaz de integración multicanal y 4CH MZM + SSC + 4CH P. Por lo tanto, es más ventajoso en costo y consumo de energía.

 

8. Pronóstico de evolución del módulo óptico 800G del centro de datos

Se prevé que el transceptor óptico enchufable 800G de próxima generación se desarrolle en tres pasos según la industria. El transceptor óptico coherente 8x100G basado en 100G Serdes ofrece 8 canales de transmisión y recepción independientes con la interfaz óptica de 100G/I. Los factores de forma incluyen 800G-DR8, 800G-SR8 y 800G-FR8/LR8 y se espera que se introduzcan en 2021. En 2023, 800G -DR4/FR4 basado en 100G Serdes + Gearbox se implementa a través de la vía de tránsito y recepción de DSP PAM4 8 in 4 out con interfaz óptica de 200G/I. Para 2025, se espera que se lance 1.6T basado en 200G Serdes con 8 canales de transmisión y recepción independientes y su puerto óptico es de 200G/l.

 

Δ Serie del transmisor-receptor de fibra óptica conectable 800G y su especificación técnica

 

Según las perspectivas para los chips optoelectrónicos de 200G, se espera que los chips optoelectrónicos relacionados con 200G / l estén gradualmente listos en 2022, lo que estimulará la implementación de los módulos ópticos enchufables 1.6T (8 * 200G), promoviendo así el desarrollo de 102.4T interruptores. Los envíos basados ​​en dispositivos ópticos de 100G / l durarán unos 10 años.

 

9. Soluciones de transceptor óptico de FiberMall para centros de datos

Actualmente, FiberMall tiene una gama completa de productos de 100G que ha obtenido un gran envío hasta el momento, y los productos de fibra óptica de 400G se encuentran en la etapa de volumen pequeño. Los módulos ópticos 800G DR8, 100G DR1/DR1+ para soluciones de red de centros de datos y los módulos ópticos 200G LR4/ER4 para backhaul en portadores 5G han recibido una gran atención por parte de los clientes. La tecnología 100G de onda única de FiberMall está entrando en una fase madura, lo que sienta las bases para las soluciones de módulos ópticos de 8*100G.

 

Δ Soluciones de módulos ópticos FiberMall para interconexión de centros de datos

El desarrollo de los centros de datos en 2020 se ha convertido en uno de los principales motores del auge de la industria de las comunicaciones ópticas durante todo el año. En los últimos años, el mercado de la comunicación de datos es como un pan caliente para todas las empresas en la cadena de la industria de la comunicación óptica. Como empresa líder en módulos ópticos de comunicación, FiberMall tiene un desarrollo profundo y una gran competitividad en el campo de la comunicación de datos.

 

Para terminar

El rápido aumento del tráfico en los centros de datos ha acelerado la demanda del mercado de dispositivos de red avanzados, incluidos módulos transceptores, que el mercado requiere para admitir una mayor densidad de puertos y velocidades de reenvío más rápidas. Estos dispositivos, a su vez, conducirán a implementaciones a gran escala de módulos ópticos de alta velocidad para conectar las diversas capas de dispositivos de red.