Demande et tendance du marché pour l'émetteur-récepteur optique du centre de données

Au cours des 25 dernières années, le développement de la technologie de communication par fibre optique dans les centres de données a fait de grands progrès, de la capacité la plus élevée des liaisons à fibre optique commerciales à 2.5-10Gb/s dans les années 1990 à la vitesse de transmission actuelle de 800 Gb/s. Ces progrès ont bénéficié de l'adoption à grande échelle de modules haut débit plus coûteux (y compris 400G et 800G) par les grands opérateurs de services cloud. De plus, les opérateurs télécoms» L'investissement dans les réseaux 5G est une autre force motrice du système de communication optique des ports plus rapides et plus denses.

 

1. Qu’est-ce qui stimule le marché des émetteurs-récepteurs à fibre optique pour centre de données ?

● Investissement accru dans le centre de données

De grands changements ont eu lieu dans les dépenses d'infrastructure dans l'industrie des communications au cours de la dernière décennie. Ces dernières années, le réseau d'entreprise a réduit ses investissements dans le matériel informatique et les logiciels traditionnels et préfère sous-traiter à des fournisseurs de services cloud. Cependant, l'investissement dans l'infrastructure du centre de données augmente rapidement à la place. Les instituts de recherche de l'industrie s'attendent à ce que la construction de centres de données maintienne un taux de croissance de plus de 20 % au cours des prochaines années.

 

● Croissance rapide des donnéesa Canaux centraux Traffic

Les dépenses des fournisseurs de cloud computing TOP5 au premier trimestre 2020 ont atteint 26.4 milliards de dollars, soit une augmentation de 56% par rapport à 2019. L'investissement accru dans l'infrastructure des centres de données affecte le marché mondial des modules émetteurs-récepteurs optiques et des dispositifs optiques, où les données centre s'oriente vers une grande et ultra-grande échelle. Pendant ce temps, la croissance rapide du réseau de données a entraîné une forte demande pour le marché des émetteurs-récepteurs à fibre optique, qui devrait retrouver des taux de croissance à deux chiffres en 2021 et 2025 selon les instituts de recherche et de statistiques de l'industrie. Quant au débit des émetteurs-récepteurs à fibre optique, la transition du 100G au 200G vers le 400G est en cours.

 

2. Tendances techniques : De NRZ Serdes, PAM4 Serdes et 100G Serdes

L'augmentation du débit de données du module optique nécessite que la puce optoélectronique se développe simultanément pour répondre à la demande de mise en réseau des centres de données. Le processus de gaufrette 25G NRZ Serdes réalisé pour la première fois en 2013 a favorisé l'expédition en masse de 100G QSFP28 modules en 2015. Deux ans plus tard, le processus de wafer 50G PAM4 Serdes a été introduit, conduisant à la première expédition commerciale de modules optiques de la série 400G en 2019. De plus, le processus 100G Serdes stimulerait également le développement de modules émetteurs-récepteurs à fibre optique 800GbE en 2020. , sur la base duquel, le processus 200G Serdes devrait innover les solutions de réseau d'émetteurs-récepteurs à fibre optique à une vitesse de 1.6T en 2023.

 

L'évolution du centre de données a traversé l'ère des Serdes 25GNRZ, 50G PAM4 et 100/200G Serdes, qui correspondent respectivement aux émetteurs-récepteurs optiques de la série 100G, aux modules optiques 400G et 800G. La connexion du centre de données est divisée en l'interconnexion au sein du centre de données et l'interconnexion DCI entre les centres de données. Par conséquent, la connectivité réseau entre différentes distances nécessite une variété de solutions d'émetteur-récepteur fibre vers Ethernet.

 

Outre l'augmentation du débit de données, la technologie de modulation du signal appliquée dans les émetteurs-récepteurs à canal fibre a été mise à niveau de NRZ, via PAM4, à la dernière cohérente avec le canal optique évoluant de 1 × 2 à 1 × 4 et 1 × 8.

 

 

3. Caractéristiques des tendances du marché des émetteurs-récepteurs optiques

Les exigences clés pour les modules optiques dans les centres de données sont une vitesse élevée, un faible coût, une faible consommation d'énergie, un petit boîtier et une faible consommation d'énergie. La conception et l'architecture du réseau du centre de données évoluent vers une structure plate, ce qui résout les problèmes de latence et d'expansion. Mais cela provoque une forte augmentation du trafic est-ouest et nécessite des solutions de réseaux de données plus rapides.

 

La demande d'interconnexion optique de centre de données (DCI) augmente considérablement et, sur la base d'une technologie cohérente, les modules à fibre optique 100 Gb/s, 200 Gb/s et 400 Gb/s deviennent une solution de mise en réseau technique standard pour la transmission longue distance. De la solution initiale pour les très longues distances, les émetteurs-récepteurs optiques ont rapidement progressé jusqu'au marché de la transmission incluant le réseau métro/accès et le marché de l'interconnexion à haut débit entre les centres de données, qui a été particulièrement concerné ces dernières années. Jusqu'à présent, la spécification du 400G ZR a été publiée avec le ZR+ allant de l'avant avec les plans.

 

4. Serdes 50G pour module optique 100G/400G

Les modules optiques 100G/400G basés sur des puces optiques 50G Serdes et VCSEL sont principalement destinés à la transmission à courte distance de 100 mètres, tandis que ceux basés sur la photonique sur silicium et l'EML sont les principales solutions pour le 100G mono-longueur d'onde de 500 mètres à 2 kilomètres. La solution DML doit être optimisée en raison de la technique immature de la linéarité et de la dispersion de la puce optique.

 

Pour différentes puces optiques, les exigences du processus sont différentes. Les VCSEL multimodes adoptent généralement la technique COB (Chip On Board), et pour la lumière EML et au silicium, il s'agit d'un couplage COC (Chip On Ceramic). La tolérance du couplage optique silicium est plus difficile à contrôler que celle du monomode. Ainsi, la technologie de la photonique sur silicium est toujours un défi pour les ingénieurs de l'industrie.

 

Δ Module optique 100G/400G basé sur des Serdes 50G

5. Solution de module optique série 400G

Les produits de modules optiques basés sur des puces VCSEL comprennent des produits 400G SR8/SR4.2 pour une courte distance de 100 m ; 100G、100G DR1, 100GFR1Le module émetteur-récepteur à fibre optique /LR1/ER1、400G DR4/FR4、400G LR4 est basé sur la puce EML, tandis que 100G DR1/FR1、400G DR4、400G-ZR sur MZM (SiPh).

 

6. Comparaison des différentes puces du module optique 400G

En termes de bande passante, les recherches actuelles sur la bande passante EML ont montré qu'elle peut atteindre 60 GHz, tandis que Silicon Photonics MZM peut atteindre 50 GHz. Les émetteurs-récepteurs optiques 400G basés sur la puce VCSEL prennent en charge une courte portée de transmission de 100 m et les modules avec MZM (SiPh) surpassent les performances de 500 m et 2 km. Quant à la puce à fibre optique EML, elle est plus chère mais prend en charge une distance de transmission plus longue de 2 km, 10 km et 40 km. En ce qui concerne la capacité des lots, les modules à fibre optique 400G basés sur la photodiode au silicium de la plate-forme COMS peuvent réaliser une intégration hybride de l'optoélectronique et de la production de masse.

 

7. Comparaison de la consommation d'énergie dans les modules fibre 400G et 100G

En comparant la consommation d'énergie et les performances de la solution de module optique en silicium 100G à onde unique et de la solution EML, la consommation d'énergie du module EML 100G à onde unique est un peu plus élevée, c'est-à-dire 4.5 W, et la solution optique de silicium 100G à onde unique est contrôlé à moins de 3.5 W. En outre, la photonique sur silicium peut également répondre aux exigences de performances des émetteurs-récepteurs à fibre optique 100G et 400G DR4 en termes de diagrammes optiques de l'œil.

 

Ce qui distingue la photonique sur silicium des autres, c'est sa capacité à intégrer MZM+SSC+PD, mais la perte d'insertion de couplage basée sur la photonique sur silicium est importante et elle doit fonctionner avec des CW et DFB haute puissance. Par rapport aux types d'émetteurs-récepteurs à fibre optique 400G avec puces SiPh, le 400G DR4 EML consomme une puissance plus élevée de 12 W, tandis que le 400G DR4 SiPhL ne dépasse pas 10 W et ne nécessite que 2 CW et DFB. De plus, le 400G DR4 SiPhL est capable d'intégrer plusieurs canaux et 4CH MZM+SSC+4CH P. Par conséquent, il est plus avantageux en termes de coût et de consommation d'énergie.

 

8. Prévision d'évolution du module optique du centre de données 800G

L'émetteur-récepteur optique enfichable 800G de nouvelle génération devrait se développer en trois étapes selon l'industrie. Émetteur-récepteur optique cohérent 8x100G basé sur 100G Serdes offers 8 canaux de transmission et de réception indépendants avec l'interface optique de 100G/I. Les facteurs de forme incluent 800G-DR8, 800G-SR8 et 800G-FR8/LR8 devraient être introduits en 2021. En 2023, 800G-DR4/FR4 basé sur 100G Serdes + Gearbox mis en œuvre par le biais de la voie de transit et de réception de DSP PAM4 8 dans 4 sorties avec interface optique de 200G/I. D'ici 2025, 1.6T basé sur 200G Serdes devrait être lancé avec 8 canaux d'émission et de réception indépendants et son port optique est de 200G/l.

 

Δ Série d'émetteur-récepteur à fibre optique enfichable 800G et leurs spécifications techniques

 

Dans les perspectives des puces optoélectroniques 200G, il est prévu que les puces optoélectroniques liées à 200G/l seront progressivement prêtes en 2022, ce qui stimulera la mise en œuvre des modules optiques enfichables 1.6T (8*200G), favorisant ainsi le développement de 102.4T commutateurs. Les expéditions basées sur des appareils optiques 100G/l dureront environ 10 ans.

 

9. Solutions d'émetteur-récepteur optique de FiberMall pour centre de données

Actuellement, FiberMall propose une gamme complète de produits 100G qui a fait l'objet d'une importante livraison jusqu'à présent, et les produits à fibre optique 400G en sont au stade des petits volumes. Les modules optiques 800G DR8, 100G DR1/DR1+ pour les solutions de réseau de centres de données et les modules optiques 200G LR4/ER4 pour le backhaul dans les supports 5G ont reçu une attention considérable de la part des clients. La technologie 100G à onde unique de FiberMall entre dans une phase de maturité, jetant une excellente base pour les solutions de modules optiques 8*100G.

 

Δ Solutions de modules optiques FiberMall pour l'interconnexion des centres de données

Le développement des centres de données en 2020 est devenu l'un des principaux moteurs de l'essor de l'industrie des communications optiques tout au long de l'année. Ces dernières années, le marché de la communication de données est comme un gâteau chaud pour toutes les entreprises de la chaîne de l'industrie de la communication optique. En tant qu'entreprise leader dans les modules optiques de communication, FiberMall a un développement en profondeur et une grande compétitivité dans le domaine de la communication de données.

 

Mot de la fin

L'augmentation rapide du trafic dans les centres de données a accéléré la demande du marché pour des périphériques réseau avancés, notamment des modules émetteurs-récepteurs, dont le marché a besoin pour prendre en charge une densité de ports plus élevée et des vitesses de transfert plus rapides. Ces dispositifs, à leur tour, conduiront à des déploiements à grande échelle de modules optiques à grande vitesse pour connecter les différentes couches de dispositifs de réseau.