طلب السوق واتجاهه لجهاز الإرسال والاستقبال البصري لمركز البيانات

في السنوات الـ 25 الماضية ، أحرز تطوير تقنية اتصالات الألياف الضوئية في مراكز البيانات تقدمًا كبيرًا - من أعلى سعة لوصلات الألياف الضوئية التجارية في 2.5-10Gb/s في التسعينيات إلى سرعة الإرسال الحالية 1990 جيجابت / ثانية. وقد استفاد هذا التقدم من الاعتماد على نطاق واسع لوحدات عالية السرعة (بما في ذلك 800G و 400 G) من قبل مشغلي الخدمات السحابية الكبيرة. بالإضافة إلى مشغلي الاتصالات' يعد الاستثمار في شبكات 5G قوة دافعة أخرى لنظام الاتصالات الضوئية للمنافذ عالية السرعة والكثافة.

 

1. ما الذي يعزز سوق جهاز الإرسال والاستقبال الألياف الضوئية لمركز البيانات؟

● زيادة الاستثمار في مركز البيانات

حدثت تغييرات كبيرة في نفقات البنية التحتية في صناعة الاتصالات في العقد الماضي. في السنوات الأخيرة ، قللت شبكة المؤسسة من استثماراتها في تكنولوجيا المعلومات والبرمجيات التقليدية للأجهزة وتفضل الاستعانة بمصادر خارجية لمقدمي الخدمات السحابية. ومع ذلك ، فإن الاستثمار في البنية التحتية لمركز البيانات يتزايد بسرعة بدلاً من ذلك. تتوقع مؤسسات أبحاث الصناعة أن يحافظ بناء مركز البيانات على معدل نمو يزيد عن 20٪ في السنوات القليلة المقبلة.

 

● النمو السريع للداتa مركز مرور

وصلت نفقات بائعي الحوسبة السحابية TOP5 في الربع الأول من عام 2020 إلى 26.4 مليار دولار أمريكي ، بزيادة قدرها 56٪ مقارنة بعام 2019. ويؤثر الاستثمار المعزز في البنية التحتية لمركز البيانات على وحدة الإرسال والاستقبال الضوئية العالمية وسوق الأجهزة البصرية ، حيث البيانات يتجه المركز نحو نطاق كبير وواسع للغاية. وفي الوقت نفسه ، أدى النمو السريع لشبكة البيانات إلى زيادة الطلب القوي على سوق أجهزة الإرسال والاستقبال الليفية ، والتي من المتوقع أن تستعيد معدلات النمو المكونة من رقمين خلال عامي 2021 و 2025 وفقًا لمعاهد البحوث والإحصاءات الصناعية. بالنسبة لمعدل بيانات أجهزة الإرسال والاستقبال من الألياف الضوئية ، فإن الانتقال من 100G إلى 200G إلى 400G جار.

 

2. الاتجاهات الفنية: من NRZ Serdes و PAM4 Serdes و 100G Serdes

يتطلب ارتفاع معدل بيانات وحدة البصريات تطوير الشريحة الإلكترونية الضوئية في وقت واحد لتلبية الطلب على شبكات مركز البيانات. عملية بسكويت الويفر 25G NRZ Serdes التي تم إجراؤها لأول مرة في عام 2013 روجت لشحن كميات كبيرة من 100G QSFP28 في عام 2015. بعد ذلك بعامين ، تم تقديم عملية بسكويت الويفر 50G PAM4 Serdes ، مما أدى إلى الشحنة التجارية الأولى من الوحدات البصرية من سلسلة 400G في عام 2019. علاوة على ذلك ، فإن عملية 100G Serdes ستحفز أيضًا تطوير وحدات الإرسال والاستقبال من الألياف الضوئية 800GbE في عام 2020 ، بناءً على ذلك ، من المتوقع أن تبتكر عملية 200G Serdes حلول شبكة الإرسال والاستقبال الليفي بسرعة تاريخ 1.6T في عام 2023.

 

لقد مر تطور مركز البيانات بعصر 25GNRZ Serdes و 50G PAM4 و 100 / 200G Serdes ، والتي تتوافق مع وحدات الإرسال والاستقبال الضوئية من سلسلة 100G و 400G و 800G على التوالي. ينقسم اتصال مركز البيانات إلى ربط داخل مركز البيانات وربط بيني بين مراكز البيانات. لذلك ، يتطلب اتصال الشبكة بين مسافات مختلفة مجموعة متنوعة من حلول الإرسال والاستقبال من الألياف إلى إيثرنت.

 

بصرف النظر عن ارتفاع معدل البيانات ، تمت ترقية تقنية تعديل الإشارة المطبقة في جهاز الإرسال والاستقبال لقناة الألياف من NRZ ، من خلال PAM4 إلى أحدث تماسك مع القناة البصرية التي تتطور من 1 × 2 إلى 1 × 4 و 1 × 8.

 

 

3. خصائص اتجاهات سوق جهاز الإرسال والاستقبال البصري

المتطلبات الأساسية للوحدات الضوئية في مراكز البيانات هي السرعة العالية والتكلفة المنخفضة واستهلاك الطاقة المنخفض والحزمة الصغيرة والطاقة المنخفضة. يتطور تصميم وهندسة شبكة مراكز البيانات إلى هيكل مسطح يحل مشاكل زمن الوصول والتوسع. لكنه يتسبب في زيادة حادة في حركة المرور بين الشرق والغرب ويتطلب المزيد من حلول شبكات البيانات عالية السرعة.

 

يتزايد الطلب على الترابط البصري لمركز البيانات (DCI) بشكل كبير ، وبناءً على التكنولوجيا المتماسكة ، أصبحت وحدات الألياف البصرية 100 جيجابت / ثانية و 200 جيجابت / ثانية و 400 جيجابت / ثانية حلاً قياسيًا للشبكات التقنية للإرسال لمسافات طويلة. من الحل الأولي للمسافات الطويلة جدًا ، كانت أجهزة الإرسال والاستقبال الضوئية تتقدم بسرعة إلى سوق النقل بما في ذلك شبكة المترو / الوصول وسوق الترابط عالي السرعة بين مراكز البيانات ، والتي كانت مهتمة بشكل خاص في السنوات الأخيرة. حتى الآن ، تم إصدار مواصفات 400G ZR مع المضي قدمًا في خطط ZR +.

 

4. 50G Serdes لوحدة بصريات 100G / 400G

الوحدات الضوئية 100G / 400G القائمة على رقائق 50G Serdes و VCSEL الضوئية مخصصة بشكل أساسي للإرسال لمسافة قصيرة لمسافة 100 متر ، في حين أن تلك التي تعتمد على فوتونات السيليكون و EML هي الحلول الرئيسية لطول موجي واحد 100G من 500 متر إلى 2 كيلومتر. يحتاج حل DML إلى التحسين نظرًا للتقنية غير الناضجة في الخطية وتشتت الشريحة الضوئية.

 

بالنسبة للرقائق الضوئية المختلفة ، تختلف متطلبات العملية. عادةً ما تعتمد VCSELs متعددة الأوضاع تقنية COB (رقاقة على اللوحة) ، وبالنسبة لـ EML وضوء السيليكون ، فهي اقتران COC (رقاقة على السيراميك). من الصعب التحكم في السماح بالاقتران البصري للسيليكون مقارنة بالوضع الفردي. وبالتالي ، لا تزال تقنية فوتونات السيليكون تمثل تحديًا لمهندسي الصناعة.

 

Δ وحدة بصرية 100G / 400G تعتمد على 50G Serdes

5. حل وحدة بصرية سلسلة 400G

تشمل منتجات الوحدات الضوئية القائمة على رقائق VCSEL منتجات 400G SR8 / SR4.2 لمسافة قصيرة 100 متر ؛ 100 جرام 100 جرام DR1 ، 100 جرام FR1/ LR1 / ER1、400G DR4 / FR4、400G LR4 تعتمد وحدة الإرسال والاستقبال من الألياف البصرية على شريحة EML ، بينما 100G DR1 / FR1、400G DR4、400G-ZR على MZM (SiPh).

 

6. مقارنة بين مختلف وحدات البصريات 400G

من حيث عرض النطاق الترددي ، أظهرت الأبحاث الحالية على عرض النطاق الترددي EML أنه يمكن أن يصل إلى 60 جيجا هرتز ، بينما يمكن أن يصل Silicon Photonics MZM إلى 50 جيجا هرتز. تدعم أجهزة الإرسال والاستقبال الضوئية 400G القائمة على شريحة VCSEL نطاق إرسال قصير يصل إلى 100 متر وتتفوق الوحدات المزودة بـ MZM (SiPh) في نطاق 500 متر و 2 كيلومتر. أما بالنسبة لشريحة الألياف الضوئية EML ، فهي أغلى ثمناً ولكنها تدعم مسافة نقل أطول تبلغ 2 كم و 10 كم و 40 كم. عندما يتعلق الأمر بقدرة الدُفعات ، يمكن لوحدات الألياف البصرية 400G القائمة على الثنائي الضوئي السيليكوني لمنصة COMS أن تحقق التكامل الهجين للإلكترونيات الضوئية والإنتاج الضخم.

 

7. مقارنة بين استهلاك الطاقة في وحدة الألياف 400G و 100G

بمقارنة استهلاك الطاقة وأداء حل الوحدة الضوئية أحادية الموجة 100G من السيليكون وحل EML ، يكون استهلاك الطاقة لوحدة الموجة الأحادية 100G EML أعلى قليلاً ، أي 4.5 وات ، والحل البصري السيليكوني أحادي الموجة 100G يتم التحكم في 3.5 واط. أيضًا ، يمكن أن تلبي الضوئيات السيليكونية متطلبات الأداء لأجهزة الإرسال والاستقبال الضوئية أحادية الموجة 100G و 400G DR4 من حيث مخططات العين البصرية.

 

ما يميز فوتونات السيليكون عن غيرها هو قدرتها على دمج MZM + SSC + PD ، لكن خسارة إدراج الاقتران على أساس فوتونات السيليكون كبيرة ، وتحتاج إلى العمل جنبًا إلى جنب مع CW و DFB عالي الطاقة. بالمقارنة مع أنواع أجهزة الإرسال والاستقبال المصنوعة من الألياف 400G مع رقائق SiPh ، يستهلك 400G DR4 EML طاقة أعلى تبلغ 12 وات ، بينما لا يزيد 400G DR4 SiPhL عن 10 وات ولا يتطلب سوى 2 CW و DFB. بالإضافة إلى ذلك ، 400G DR4 SiPhL قادرة على تكامل متعدد القنوات و 4CH MZM + SSC + 4CH P. لذلك ، فهي أكثر فائدة من حيث التكلفة واستهلاك الطاقة.

 

8. تنبؤات التطور للوحدة الضوئية 800G لمركز البيانات

من المتوقع أن يتطور جهاز الإرسال والاستقبال البصري القابل للتوصيل 800G من الجيل التالي في ثلاث خطوات وفقًا للصناعة. جهاز إرسال واستقبال بصري 8x100G يعتمد على 100G Serdes offers 8 قنوات إرسال واستقبال مستقلة بواجهة بصرية تبلغ 100G / I. تشتمل عوامل الشكل على 800G-DR8 و 800G-SR8 و 800G-FR8 / LR8 ومن المتوقع تقديمها في عام 2021. في عام 2023 ، يتم تنفيذ 800G -DR4 / FR4 استنادًا إلى 100G Serdes + Gearbox من خلال طريقة العبور والاستقبال لـ DSP PAM4 8 في 4 مع واجهة ضوئية 200G / I. بحلول عام 2025 ، من المتوقع إطلاق 1.6T على أساس 200G Serdes مع 8 قنوات إرسال واستقبال مستقلة ومنفذها البصري 200G / لتر.

 

Δ المسلسل 800G Pluggable الألياف البصرية الإرسال والاستقبال والمواصفات الفنية الخاصة بهم

 

من خلال النظرة المستقبلية لرقائق إلكترونية ضوئية 200 جيجابت ، من المتوقع أن تكون الرقائق الإلكترونية الضوئية ذات الصلة بسعة 200 ج / لتر جاهزة تدريجيًا في عام 2022 ، مما سيحفز تنفيذ الوحدات الضوئية القابلة للتوصيل 1.6 تيرابايت (8 * 200 ج) ، وبالتالي تعزيز تطوير 102.4 تيرابايت. مفاتيح. ستستمر الشحنات التي تعتمد على أجهزة بصرية 100 ج / لتر حوالي 10 سنوات.

 

9. حلول أجهزة الإرسال والاستقبال الضوئية من FiberMall لمركز البيانات

حاليًا ، تمتلك FiberMall مجموعة كاملة من منتجات 100G التي اكتسبت شحنة كبيرة حتى الآن ، ومنتجات الألياف البصرية 400G في مرحلة الحجم الصغير. حظيت الوحدات الضوئية 800G DR8 و 100G DR1 / DR1 + لحلول شبكة مركز البيانات والوحدات البصرية 200G LR4 / ER4 للوصلات في شبكات الجيل الخامس باهتمام واسع من العملاء. تدخل تقنية 5G أحادية الموجة من FiberMall مرحلة النضج ، مما يضع أساسًا رائعًا لحلول الوحدات الضوئية 100 * 8G.

 

Δ حلول الوحدات الضوئية FiberMall للربط البيني لمركز البيانات

أصبح تطوير مراكز البيانات في عام 2020 أحد القوى الدافعة الرئيسية لازدهار صناعة الاتصالات الضوئية على مدار العام. في السنوات الأخيرة ، أصبح سوق اتصالات البيانات بمثابة كعكة ساخنة لجميع المؤسسات في سلسلة صناعة الاتصالات الضوئية. كمؤسسة رائدة في الوحدات البصرية للاتصالات ، فإن FiberMall لديها تطوير متعمق وقدرة تنافسية كبيرة في مجال اتصالات البيانات.

 

كلمات أخيرة

أدت الزيادة السريعة في حركة المرور في مراكز البيانات إلى تسريع طلب السوق على أجهزة الشبكات المتقدمة بما في ذلك وحدات الإرسال والاستقبال ، والتي يتطلبها السوق لدعم كثافة المنافذ العالية وسرعات إعادة التوجيه الأسرع. ستؤدي هذه الأجهزة بدورها إلى عمليات نشر واسعة النطاق للوحدات الضوئية عالية السرعة لتوصيل الطبقات المختلفة لأجهزة الشبكة.