Marktnachfrage und Trend für den optischen Transceiver für Rechenzentren

In den letzten 25 Jahren hat die Entwicklung der Glasfaserkommunikationstechnologie in Rechenzentren große Fortschritte gemacht – von der höchsten Kapazität kommerzieller Glasfaserverbindungen bei 2.5-10Gb/s in den 1990er Jahren auf die aktuelle Übertragungsgeschwindigkeit von 800 Gb/s. Dieser Fortschritt hat von der großflächigen Einführung teurerer Hochgeschwindigkeitsmodule (einschließlich 400G und 800G) durch große Cloud-Dienstanbieter profitiert. Darüber hinaus sind Telekom-Betreiber' Investitionen in 5G-Netze sind eine weitere treibende Kraft für das optische Kommunikationssystem mit höheren Geschwindigkeiten und Ports mit höherer Dichte.

 

1. Was stärkt den Markt für Glasfaser-Transceiver für Rechenzentren?

● Erhöhte Investitionen in Rechenzentren

Bei den Infrastrukturausgaben in der Kommunikationsbranche haben sich im letzten Jahrzehnt große Veränderungen vollzogen. In den letzten Jahren hat das Unternehmensnetzwerk seine Investitionen in traditionelle Hardware, IT und Software reduziert und bevorzugt es, an Cloud-Dienstleister auszulagern. Stattdessen steigen jedoch die Investitionen in die Rechenzentrumsinfrastruktur rasant an. Branchenforschungsinstitute erwarten für den Bau von Rechenzentren in den nächsten Jahren eine Wachstumsrate von mehr als 20 %.

 

● Schnelles Wachstum von Datena Center Traffic

Die Ausgaben der TOP5-Cloud-Computing-Anbieter erreichten im ersten Quartal 2020 26.4 Milliarden US-Dollar, ein Anstieg von 56 % gegenüber 2019. Die verstärkten Investitionen in die Infrastruktur von Rechenzentren wirken sich auf den globalen Markt für optische Transceiver-Module und optische Geräte aus, wo die Daten Zentrum bewegt sich in Richtung eines großen und ultra-großen Maßstabs. In der Zwischenzeit hat das schnelle Wachstum des Datennetzwerks die robuste Nachfrage nach dem Markt für Glasfaser-Transceiver angetrieben, der nach Angaben der Branchenforschungs- und Statistikinstitute in den Jahren 2021 und 2025 die zweistelligen Wachstumsraten erholen soll. Was die Datenrate von Glasfaser-Transceivern angeht, ist der Übergang von 100G über 200G auf 400G im Gange.

 

2. Technische Trends: Von NRZ Serdes, PAM4 Serdes und 100G Serdes

Der Anstieg der Datenrate von Optikmodulen erfordert eine gleichzeitige Entwicklung des optoelektronischen Chips, um die Anforderungen der Rechenzentrumsvernetzung zu erfüllen. Der 25G NRZ Serdes-Waferprozess, der erstmals im Jahr 2013 durchgeführt wurde, förderte die Massenlieferung von 100G QSFP28 Module im Jahr 2015. Zwei Jahre später wurde der 50G PAM4 Serdes-Waferprozess eingeführt, der 400 zur ersten kommerziellen Auslieferung optischer Module der 2019G-Serie führte. Darüber hinaus würde der 100G-Serdes-Prozess auch die Entwicklung von 800GbE-Glasfaser-Transceiver-Modulen im Jahr 2020 vorantreiben , auf deren Grundlage der 200G-Serdes-Prozess voraussichtlich 1.6 die Glasfaser-Transceiver-Netzwerklösungen mit einer Datengeschwindigkeit von 2023 t innovieren wird.

 

Die Entwicklung des Rechenzentrums hat die Ära von 25GNRZ Serdes, 50G PAM4 und 100/200G Serdes durchlaufen, die den optischen Transceivern der Serie 100G, den optischen Modulen 400G bzw. 800G entsprechen. Die Anbindung des Rechenzentrums gliedert sich in den Verbund innerhalb des Rechenzentrums und den DCI-Verbund zwischen den Rechenzentren. Daher erfordert die Netzwerkkonnektivität zwischen verschiedenen Entfernungen eine Vielzahl von Glasfaser-Ethernet-Transceiver-Lösungen.

 

Abgesehen von der Erhöhung der Datenrate wurde die Signalmodulationstechnologie, die in Fibre-Channel-Transceivern verwendet wird, von NRZ über PAM4 auf die neueste kohärente Version aktualisiert, wobei sich der optische Kanal von 1×2 auf 1×4 und 1×8 weiterentwickelt.

 

 

3. Merkmale der Markttrends für optische Transceiver

Die wichtigsten Anforderungen an optische Module in Rechenzentren sind hohe Geschwindigkeit, niedrige Kosten, geringer Stromverbrauch, kleines Gehäuse und geringer Stromverbrauch. Das Design und die Architektur des Rechenzentrumsnetzwerks entwickeln sich zu einer flachen Struktur, die die Probleme der Latenz und Erweiterung löst. Aber es verursacht einen starken Anstieg des Ost-West-Verkehrs und erfordert mehr schnellere Datennetzwerklösungen.

 

Die Nachfrage nach Optical Interconnection (DCI) für Rechenzentren wächst erheblich, und basierend auf kohärenter Technologie werden 100-Gbit/s-, 200-Gbit/s- und 400-Gbit/s-Glasfasermodule zu einer standardmäßigen technischen Netzwerklösung für die Fernübertragung. Von der ursprünglichen Lösung für ultralange Entfernungen haben sich optische Transceiver schnell auf den Übertragungsmarkt einschließlich des Metro-/Zugangsnetzes und des Hochgeschwindigkeitsverbindungsmarktes zwischen Rechenzentren entwickelt, der in den letzten Jahren besonders betroffen war. Bisher wurde die Spezifikation von 400G ZR veröffentlicht, wobei ZR+ mit den Plänen voranschreitet.

 

4. 50G Serdes für 100G/400G Optikmodul

Optische 100G/400G-Module auf Basis von 50G-Serdes- und VCSEL-Optikchips sind hauptsächlich für die Kurzstreckenübertragung von 100 Metern bestimmt, während diejenigen auf Basis von Siliziumphotonik und EML die Hauptlösungen für 100G-Einzelwellenlängen von 500 Metern bis 2 Kilometer sind. Die DML-Lösung muss aufgrund der unausgereiften Technik hinsichtlich Linearität und Dispersion des optischen Chips optimiert werden.

 

Für verschiedene optische Chips sind die Prozessanforderungen unterschiedlich. Multimode-VCSELs verwenden normalerweise die COB(Chip On Board)-Technik, und für EML- und Siliziumlicht ist es COC(Chip On Ceramic)-Kopplung. Die Zulässigkeit der optischen Siliziumkopplung ist schwieriger zu kontrollieren als die der Einmoden. Daher ist die Silizium-Photonik-Technologie für Industrieingenieure immer noch eine Herausforderung.

 

Δ 100G/400G optisches Modul basierend auf 50G Serdes

5. Optische Modullösung der 400G-Serie

Zu den auf VCSEL-Chips basierenden optischen Modulprodukten zählen 400G SR8/SR4.2-Produkte für Kurzstrecken bis 100 m; 100G、100G DR1, 100GFR1/LR1/ER1、400G DR4/FR4、400G LR4 LWL-Transceiver-Module basieren auf dem EML-Chip, während 100G DR1/FR1、400G DR4、400G-ZR auf MZM(SiPh) basieren.

 

6. Vergleich verschiedener 400G-Optikmodul-Chips

In Bezug auf die Bandbreite haben aktuelle Untersuchungen zur EML-Bandbreite gezeigt, dass sie 60 GHz erreichen kann, während Silicon Photonics MZM 50 GHz erreichen kann. Optische 400G-Transceiver auf Basis eines VCSEL-Chips unterstützen eine kurze Übertragungsreichweite von 100m und Module mit MZM(SiPh) übertreffen in der Reichweite von 500m und 2km. Der EML-Glasfaserchip ist teurer, unterstützt jedoch eine längere Übertragungsdistanz von 2 km, 10 km und 40 km. In Bezug auf die Batch-Kapazität können 400G-Glasfasermodule auf Basis einer Silizium-Fotodiode der COMS-Plattform eine hybride Integration von Optoelektronik und Massenproduktion erreichen.

 

7. Vergleich des Stromverbrauchs in 400G- und 100G-Glasfasermodulen

Vergleicht man den Stromverbrauch und die Leistung der Single-Wave-100G-Silizium-Optikmodullösung und der EML-Lösung, ist die Leistungsaufnahme des Single-Wave-100G-EML-Moduls etwas höher, dh 4.5W, und der Single-Wave-100G-Siliziumoptiklösung wird innerhalb von 3.5 W gesteuert. Außerdem kann die Silizium-Photonik auch die Leistungsanforderungen von 100G- und 400G-DR4-Glasfaser-Transceivern in Bezug auf die optischen Augendiagramme erfüllen.

 

Was die Siliziumphotonik von anderen unterscheidet, ist ihre Fähigkeit, MZM+SSC+PD zu integrieren, aber die Kopplungseinfügungsdämpfung basierend auf Siliziumphotonik ist groß und sie muss zusammen mit Hochleistungs-CW und DFB betrieben werden. Im Vergleich zu 400G-Glasfaser-Transceiver-Typen mit SiPh-Chips verbraucht 400G DR4 EML eine höhere Leistung von 12 W, während 400G DR4 SiPhL nicht mehr als 10 W beträgt und nur 2 CW und DFB benötigt. Darüber hinaus ist 400G DR4 SiPhL zur Mehrkanalintegration und 4CH MZM+SSC+4CH P fähig. Daher ist es hinsichtlich Kosten und Stromverbrauch vorteilhafter.

 

8. Entwicklungsprognose des optischen 800G-Moduls für Rechenzentren

Der steckbare optische Transceiver der nächsten Generation mit 800G soll sich laut Industrie in drei Schritten entwickeln. 8x100G kohärenter optischer Transceiver basierend auf 100G Serdes offers 8 unabhängige Sende- und Empfangskanäle mit der optischen Schnittstelle von 100G/I. Zu den Formfaktoren gehören 800G-DR8, 800G-SR8 und 800G-FR8/LR8, die voraussichtlich 2021 eingeführt werden. Im Jahr 2023 wird 800G-DR4/FR4 basierend auf 100G Serdes + Gearbox über den Transit- und Empfangsweg von DSP PAM4 8 in . implementiert 4 out mit optischer Schnittstelle von 200G/I. Bis 2025 wird erwartet, dass 1.6T basierend auf 200G Serdes mit 8 unabhängigen Sende- und Empfangskanälen auf den Markt kommen und der optische Port 200G/l beträgt.

 

Δ 800G Pluggable Optical Fiber Transceiver Serial und ihre technischen Spezifikationen

 

Aufgrund der Aussichten für 200G optoelektronische Chips wird erwartet, dass 200G/l verwandte optoelektronische Chips im Jahr 2022 schrittweise fertig sein werden, was die Implementierung der steckbaren optischen Module mit 1.6 t (8 * 200 G) anregen und dadurch die Entwicklung von 102.4 t fördern wird Schalter. Lieferungen auf Basis optischer 100G/l-Geräte halten etwa 10 Jahre.

 

9. Optische Transceiver-Lösungen von FiberMall für Rechenzentren

Derzeit verfügt FiberMall über eine vollständige Palette von 100G-Produkten, die bisher eine große Lieferung erhalten haben, und 400G-Glasfaserprodukte befinden sich in der Kleinserienphase. 800G DR8, 100G DR1/DR1+ optische Module für Rechenzentrums-Netzwerklösungen und 200G LR4/ER4 optische Module für Backhaul in 5G-Trägern haben bei Kunden große Aufmerksamkeit erregt. Die Single-Wave-100G-Technologie von FiberMall tritt in eine ausgereifte Phase ein und legt eine hervorragende Grundlage für optische 8*100G-Modullösungen.

 

Δ Optische FiberMall-Modullösungen für Rechenzentrumsverbindungen

Die Entwicklung von Rechenzentren im Jahr 2020 ist das ganze Jahr über zu einer der wichtigsten Triebkräfte für den Boom der optischen Kommunikationsbranche geworden. In den letzten Jahren hat sich der Datenkommunikationsmarkt für alle Unternehmen in der Kette der optischen Kommunikationsindustrie wie ein heißer Kuchen entwickelt. Als führendes Unternehmen für optische Kommunikationsmodule verfügt FiberMall über eine tiefgreifende Entwicklung und große Wettbewerbsfähigkeit im Bereich der Datenkommunikation.

 

Zusammenfassung

Der schnelle Anstieg des Datenverkehrs in den Rechenzentren hat die Nachfrage des Marktes nach fortschrittlichen Netzwerkgeräten einschließlich Transceiver-Modulen beschleunigt, die der Markt benötigt, um eine höhere Portdichte und schnellere Weiterleitungsgeschwindigkeiten zu unterstützen. Diese Geräte wiederum werden zu groß angelegten Bereitstellungen von optischen Hochgeschwindigkeitsmodulen führen, um die verschiedenen Schichten von Netzwerkgeräten zu verbinden.