Tendances technologiques des émetteurs-récepteurs optiques du centre de données en 2022

Avec le développement rapide du cloud computing, du big data, de la vidéo ultra-haute définition, de l'intelligence artificielle et des applications industrielles 5G, la fréquence d'accès au réseau et les méthodes d'accès continuent d'augmenter, et le trafic de données réseau augmente rapidement, ce qui pose des défis plus importants pour les données. interconnexion centrale (DCI). En prenant un centre de données avec une architecture CLOS spine-leaf comme exemple, les scénarios typiques d'interconnexion optique sont présentés dans le tableau 1. Les trois premiers scénarios sont l'interconnexion au sein du centre de données, et le quatrième scénario est l'interconnexion entre les centres de données.

Scénarios d'interconnexion		Distance typique		Exigences typiques pour les modules optiques
				La dernière génération	Maintenant	Prochaine Génération
Scénario 1	Serveur vers TOR (au sein du centre de données)	2m (dans le rack) 30/50m（à travers les racks）	dans la salle des machines	25G AOC/DOC	100G AOC/DAC	200G AOC/DAC
Scénario 2	TOR à feuille (au sein du centre de données)	≥70m/100m	dans le bâtiment	100GSR4	400G SR8/SR4.2	800GPSM8/PSM4
Scénario 3	Feuille à dos (au sein du centre de données)	500m / 2km	parmi les bâtiments	100G CWDM4	400GFR4/DR4	800G FR4/PSM4
Scénario 4	Parmi les centres de données	80-120m	parmi les campus	100G DWDM	400G ZR/ZR+	800G ZR

Tableau 1 : Scénarios typiques d'interconnexion optique des centres de données

1. Exigences relatives aux modules optiques pour l'interconnexion interne des centres de données

L'interconnexion interne du centre de données représente une grande partie de la distribution globale du trafic du centre de données. Les exigences typiques pour les modules optiques sont indiquées dans le tableau 1, et il existe des tendances de développement vers une vitesse élevée, une faible consommation d'énergie, un faible coût, l'intelligence, etc.

(1)La tendance vers le haut débit

L'interconnexion interne au sein d'Amazon, Google, Microsoft, Facebook et d'autres centres de données ultra-larges nord-américains a commencé le déploiement commercial de modules optiques de 400 Gb/s entre 2019 et 2020. Les centres de données nationaux passent progressivement de 100 Gb/s à 400 Gb/s. émetteurs-récepteurs, et le déploiement à grande échelle devrait être réalisé en 2022. Comme le montre le schéma 1, le débit des puces de commutation du centre de données devrait atteindre 51.2 Tb/s en 2023 et 102.4 Tb/s après 2025. Des débits plus élevés de 800 Gb/ s et 1.6 Tb/s deviendront des choix importants pour réaliser un échange de données à large bande passante.

Diagramme 1 : la tendance croissante du débit des puces de commutateur de centre de données

(2) La tendance à la basse consommation

Alors que la capacité des puces de commutation continue d'augmenter, la consommation électrique des modules optiques a commencé à dépasser celle des puces de commutation, devenant un facteur clé dans les solutions de réseau. La consommation électrique initiale des modules optiques 400 Gb/s est de 10 ~ 12 W, et la consommation électrique à long terme devrait être de 8 ~ 10 W ; la consommation électrique des modules optiques 800Gb/s est d'environ 16W. De plus, l'industrie s'attend à réduire la consommation d'énergie et le coût d'interconnexion des SerDes en encapsulant le moteur optique et la puce de commutation, et la technologie CPO (co-packed optics) encapsule les puces électroniques et les moteurs optiques ensemble, ce qui est devenu un hotspot de recherche dans L'industrie.

(3) La tendance au faible coût

Il existe des exigences d'interconnexion massives dans les centres de données, et le faible coût est l'un des principaux moteurs du développement continu des solutions technologiques de modules optiques. Premièrement, les câbles d'accès du premier scénario montrent une tendance à la diversification. Certaines solutions réduisent la distance d'interconnexion en ajustant la disposition de l'armoire et en utilisant des câbles en cuivre à connexion directe (DAC) à moindre coût au lieu de câbles optiques ; deuxièmement, avec l'environnement d'exploitation stable et le remplacement rapide des modules optiques des centres de données, l'industrie explore activement des solutions pour réduire les coûts en réduisant les exigences de température et de fiabilité à long terme, etc. ; troisièmement, à mesure que la vitesse continue d'augmenter, la tendance à la baisse des solutions cohérentes est évidente, et les solutions non cohérentes s'efforcent également de s'étendre à de longues distances. Les deux schémas "se rencontrent" dans certains scénarios d'application, et la proportion de la demande pour différents schémas dans les scènes de "réunion" sera étroitement liée à des facteurs tels que le coût.

(4) La tendance vers l'intelligence

OTT a commencé à prêter attention à l'amélioration des capacités d'exploitation et de maintenance et à l'amélioration de la qualité des modules optiques. La surveillance de l'état des modules optiques et l'alerte précoce des pannes sont réalisées grâce à l'intelligence artificielle, à l'apprentissage automatique et au big data, ce qui pose de nouvelles exigences pour les caractéristiques fonctionnelles et les spécifications des émetteurs-récepteurs optiques.

Types de modules optiques		Facteur de forme	Taux d'interface optique Gb / s	Taux d'interface électrique Gb / s	Distance de transmission	Nombre de fibres	Consommation électrique typique
100Gb / s	VR	QSFP28	100	100	30 / 50m	1	<3.5W
	SR4		4 × 25	4 × 25	70 / 100m	4
	PSM4		4 × 25	4 × 25	500m	4
	CWDM4		4 × 25	4 × 25	2km	1
	LR4		4 × 25	4 × 25	10km	1
200Gb / s	VR2	QSFP56	2 × 100	2 × 100	30 / 50m	2	<6.5W
	SR4		4 × 50	4 × 50	70 / 100m	4
	FR4		4 × 50	4 × 50	2km	1
	LR4		4 × 50	4 × 50	10km	1
400Gb / s	VR4	QSFP-DD/OSFP	4 × 100	4 × 100	30 / 50m	4	<12.0W
	SR8		8 × 50	8 × 50	100m	8
	SR4.2		8 × 50	8 × 50	100m	4
	DR4		4 × 100	4 × 100	500m	4
	FR4		4 × 100	4 × 100	2km	1
	LR4		4 × 100	4 × 100	10km	1
800Gb / s	VR8	QSFP-DD800 /OSFP /QSFP224 /CPO	8 × 100	8 × 100	30 / 50m	8	16W
	PSM8		8 × 100	8 × 100	70 / 100m	8
	DR8		8 × 100	8 × 100	500m	8
	DR4		4 × 200	8 × 100	500m	4
	2×FR4		8 × 100	8 × 100	2km	2
	FR4		4 × 200	8 × 100	2km	1

Tableau 2 : Exigences du module optique de l'interconnexion du centre de données interne

2. Modules optiques utilisés dans l'interconnexion entre les centres de données

Au début, il était principalement accessible via Internet. Avec l'augmentation du trafic commercial, le trafic de données a atteint plus de Tb/s, et des problèmes tels que le retard du réseau, la congestion et la sécurité ont nécessité la prise en charge d'interfaces spéciales. Les centres de données sont des industries énergivores. En raison des contraintes d'alimentation électrique et de l'environnement, l'échelle d'un seul centre de données ne peut pas être étendue à l'infini. L'application étendue de la technologie de virtualisation moderne permet à plusieurs centres de données physiquement séparés de fonctionner comme un centre de données virtuel, et les grandes entreprises Internet peuvent partager la charge entre plusieurs centres de données et services, réduisant ainsi efficacement la demande d'alimentation électrique du centre de données et facilitant un déploiement rapide. . En outre, compte tenu de la reprise après sinistre et de la sauvegarde, de nombreux grands centres de données sont composés de plusieurs sites, entre lesquels un grand nombre de canaux d'échange de données à faible latence sont nécessaires. Les scénarios d'application ci-dessus imposent tous de fortes exigences à DCI. La distance DCI est généralement de plusieurs kilomètres à plusieurs dizaines de kilomètres, voire plus de 100 kilomètres. Les scénarios d'interconnexion typiques sont les suivants :

(a) DCI-Campus : Connectez-vous à un centre de données à courte distance. La distance de transmission est généralement d'environ 2 km et s'étend ensuite à une distance plus longue de 10 km;

(b) DCI-Edge : centre de données distribué dans la zone de connexion. La distance de transmission est généralement de 80 km à 120 km ;

(c) Métro/Longue distance : il est encore étendu à la zone métropolitaine et à la transmission longue distance, et la distance peut atteindre des centaines ou des milliers de kilomètres. Afin de tirer pleinement parti des ressources en fibre optique, la technologie de multiplexage par répartition en longueur d'onde dense (DWDM) est largement utilisée et différents codes de modulation peuvent être utilisés pour différentes distances de transmission. De plus, bien qu'il ne fasse pas partie de l'infrastructure DCI, le réseautage sans fil est également intégré au réseau du centre de données.

Pour DCI dans un rayon de 20 km, en fonction de la bande passante de la connexion et des ressources en fibre, la technologie de détection et de modulation directe CWDM ou DWDM peut être sélectionnée. Pour la distance de transmission de 20 km à 80 km, la technologie cohérente DWDM et la technologie de modulation et de détection directes sont en concurrence en termes de coût de construction et d'exploitation, de fiabilité, etc. Pour la distance de transmission de 80 km ~ 120 km, DWDM cohérent la technologie est la solution principale. Afin de réduire encore la complexité technique et les coûts, des modules de lumière colorée et de lumière grise basés sur la technologie de modulation et de détection directes sont également développés simultanément. Quant aux distances de transmission de centaines de kilomètres et plus, il est nécessaire de transmettre des signaux à plus grande vitesse sur chaque longueur d'onde pour augmenter la bande passante totale de l'interface, et la technologie cohérente est la solution principale.

Tarif	Facteur de forme	Distance de transmission	Technologie de détection	Mode de modulation	Norme de référence/spécification
100Gb / s	CFP2	80-120km	La cohérence	QPSK	Ouvrez ZR +
	QSFP28	80-120km	Modulation et détection directes	PAM4	CouleurZ
	QSFP28	80km	Modulation et détection directes	NRZ	_
400Gb / s	QSFP-DD	80-120km	La cohérence	16QAM	OIF 400ZR
800Gb / s	QSFP-DD800	10km	La cohérence	16QAM	OIF 800LR
	QSFP-DD800	80-120km	La cohérence	16QAM	OIF 800ZR

Tableau 3 : Exigences relatives aux modules optiques pour l'interconnexion entre les centres de données

3. Technologie de module optique utilisée dans l'interconnexion des centres de données

100G QSFP28 et 400G QSFP-DD, émetteurs-récepteurs optiques OSFP basés sur une seule longueur d'onde 100 Gb/s

La construction de centres de données met en avant de fortes exigences en matière de haute vitesse, de petite taille, de faible coût et de faible consommation d'énergie des modules optiques. La technologie 100 Gb/s à onde unique peut tirer efficacement parti de l'amélioration de la bande passante et de l'évolution itérative des puces photoélectriques, ainsi que des processus et du conditionnement hautement intégrés, pour obtenir une densité d'interface plus élevée et un faible coût tout en répondant aux mêmes exigences de bande passante et en réduisant la complexité optique.

En termes de normalisation internationale, IEEE802.3 et 100G Lambda MSA ont publié ou établi une série de normes liées à 100/400 Gb/s basées sur une longueur d'onde unique de 100 Gb/s, comme indiqué dans le tableau 4. En termes de normes industrielles, CCSA est formulation des normes de l'industrie « 100Gb/s Single-Wavelength Optical Transceiver », y compris la spécification de distance de DR (500 m), FR1 (2 km), LR1 (10 km), LR1-20 (20 km) et ER1-30/40 (30/40 km ); YD/T 3538.3-2020 : « Émetteur-récepteur optique enfichable à modulation d'intensité 400 Gb/s, partie 3 : 4 × 100 Gb/s » a été publié en 2020, contenant les spécifications de distance DR4 (500 m) et FR4 (2 km) ; dans le même temps, FiberMall mène activement des recherches sur des sujets tels que les modules optiques longue distance à modulation d'intensité 4×100Gb/s et les dispositifs optiques à haut débit de 100GBaud et plus.

	Ligne directrice	Région	Longueur d'onde de fonctionnement	Tarifs Distance
VR 100G	IEEE 802.3db	en cours de recherche	842-948nm	30m (OM3) 50m (OM4/5)
100G SR	IEEE 802.3db	en cours de recherche	844-863nm	60m (OM3) 100m (OM4/5)
100G RD	IEEE 802.3cd-2018	publié	1304.5-1317.5nm	500m
100GFR1	IEEE 802.3cu-2021 100G Lambda MSA (100G-FR et 100G-LR Spécifications techniques Rév 2.0)	publié	1304.5-1317.5nm	2km
100GLR1		publié	1304.5-1317.5nm	10km
100GLR1-20	100G Lambda MSA (100G-LR1-20,100G-ER1-30 and 100G-ER1-40 Spécifications techniques Rév 1.1)	publié	1304.5-1317.5nm	20km
100GER1-30/40		publié	1308.09-1310.19nm	30 / 40km
400G VR4	IEEE 802.3db	en cours de recherche	824-948nm	30m (OM3) 50m (OM4/5)
400GSR4	IEEE 802.3db	en cours de recherche	844-863nm	60m (OM3) 100m (OM4/5)
400G DR4	IEEE 802.3bs-2017	en cours de recherche	1304.5-1317.5nm	500m
400GFR4	IEEE 802.3cu-2021 100G Lambda MSA (Spécifications techniques 400G-FR4 Rév. 2.0)	publié	1264.5-1277.5nm 1284.5-1297.5nm 1304.5-1317.5nm 1324.5-1337.5nm	2km
400GLR4-6	IEEE 802.3cu-2021	publié	1264.5-1277.5nm 1284.5-1297.5nm 1304.5-1317.5nm 1324.5-1337.5nm	6km
400GLR4-10	100G Lambda MSA (400G-LR4-10 Spécifications techniques Rév1.0)	publié	1264.5-1277.5nm 1284.5-1297.5nm 1304.5-1317.5nm 1324.5-1337.5nm	10km
400G ER4	100G Lambda MSA	en cours de recherche	nLWDM	30 / 40km

Tableau 4：Progrès des normes internationales liées au 100/400Gb/s basées sur une longueur d'onde unique de 100Gb/s

En termes de facteur de forme, QSFP-DD MSA et OSFP MSA ont publié des spécifications de 400 Go/s QSFP-DD et OSFP 400Gb/s respectivement, utilisant une interface électrique 8×56Gb/s. Le QSFP-DD MSA a mis à jour et publié la version 6.01 de la spécification, y compris 400 Gb/s QSFP112 en 2021. Le QSFP112 MSA, dirigé par Alibaba et Baidu, publiera bientôt des spécifications pertinentes pour promouvoir les applications d'interconnexion des centres de données.

（1）500m/2km 100/400Gb/s optical transceivers

Comme le montre le schéma ci-dessous, le module optique 100 Gb/s à longueur d'onde unique de première génération 400 Gb/s est principalement basé sur une interface électrique 8 × 56 Gb/s, ce qui nécessite un DSP pour réaliser une conversion de débit 8:4 Gearbox. Le module optique 400 Gb/s de deuxième génération adopte une interface électrique 4 × 112 Gb/s, ce qui peut simplifier la connexion entre la puce de commutation et le module optique, réduisant ainsi la consommation d'énergie et les coûts.

Diagramme2 : la première et la deuxième génération de modules optiques 400Gb/s basés sur une seule longueur d'onde 100Gb/s

En termes de technologie d'interface optique, le module optique 400Gb/s 500m DR4 basé sur la fibre monomode est entré en usage commercial, et il existe trois types de solutions : EML, DML et la photonique au silicium. Parmi elles, la solution EML est la solution traditionnelle avec la plus grande maturité. Fin 2020, Lumentum a lancé une puce PAM100 DML 4 Gb/s pour fournir un support solide à la solution DML, qui nécessite un contrôle de la température pour garantir les performances de la bande passante à température standard (0 ~ 70 °C). En termes de puces électroniques, l'industrie manquait de puces électroniques à onde unique 100 Gb/s PAM4 DML prenant en charge les puces électroniques au début. À l'heure actuelle, des sociétés de communication optique comme Insica et Aluksen ont lancé des produits liés à Driver et TIA, mais la maturité de la chaîne industrielle doit encore être améliorée.

L'enthousiasme en matière d'investissement et de R&D pour les solutions photoniques au silicium est élevé. Intel, Lumentum, II-VI, Acacia, FiberMall et d'autres sociétés ont lancé des modules photoniques en silicium DR400 4 Gb/s, et Alibaba a également lancé des modules photoniques en silicium auto-développés. Les solutions photoniques au silicium de divers fabricants de l'industrie ne sont pas uniformes, ce qui pose certains défis à la formation d'avantages d'échelle. En raison de facteurs tels que la perte de couplage élevée, les lasers DFB CW haute puissance et les pilotes à grande oscillation, la solution photonique au silicium est encore loin des attentes de l'industrie en termes de consommation d'énergie. En outre, il existe également une controverse dans l'industrie sur le choix des solutions techniques CWDM4 et PSM4 dans des scénarios d'application de 500 m. Les deux ont leurs propres avantages et inconvénients, de sorte que divers facteurs tels que les performances et le coût doivent être pris en compte de manière approfondie.

	Solution EML	Solution DML	Solutions photoniques sur silicium
Consommation d'énergie	Modérés	Faible	Modérés
Prix	Modérés	Faible	Dépend du taux de réussite à l'échelle
Maturité	Haute	Faible	Modérés
Technologie clé	_	DML linéaire à large bande passante, pilote DML	Modulateur basse consommation
Solution	CWDM4	PSM4 ou CWDM4	PSM4
Nombre de nattes	2	8 ou 2	8
épissure de fibre	LC/UCD/SN/MDC	MPO/LC/UCD/SN/MDC	MPO/UCD/SN/MDC

Tableau 5 : Comparatif des solutions techniques 400Gb/s 500m DR4

Le module optique DR400+ 4 Gb/s étend encore la distance de transmission à 2 km, actuellement avec la solution EML comme solution principale. Les modules optiques 100 Gb/s DR et 100 Gb/s FR1 ont principalement adopté le facteur de forme QSFP28 et sont utilisés dans des scénarios de câble de dérivation de 500 m et 2 km avec respectivement des modules optiques 400 Gb/s DR4 et 400 Gb/s DR4+. Le scénario de cassure est actuellement utilisé dans les grands OTT en Amérique du Nord. L'avantage est qu'il peut réaliser la praticabilité et la flexibilité de l'interconnexion des signaux de service et améliorer efficacement la densité des ports ; l'inconvénient est que la maintenance est compliquée et les types de modules sont multipliés. La défaillance ou le remplacement de tout lien affectera les autres liens. Le scénario d'application FR400 2 Gb/s 4 km adopte principalement la solution technique CWDM4, qui peut réduire considérablement la demande de fibres optiques et obtenir des avantages de coût de bout en bout. Dans le même temps, en raison d'un grand nombre de modules optiques avec des distances de transmission différentes, certains OTT nationaux prévoient d'utiliser la solution FR400 2 Gb/s 4 km pour réaliser le support unifié de 500 m et 2 km afin de réduire la complexité de l'exploitation et de la maintenance. À l'heure actuelle, les produits de modules optiques 100/400 Gb/s basés sur une seule longueur d'onde 100 Gb/s ont été produits en série par de nombreux fabricants dans le monde.

Type	Facteur de forme	Fabricants nationaux et étrangers représentatifs
		EML	Photonique silicium/DML
100G RD	QSFP28/SFP56-DD	Cisco, genévrier, FiberMall, II-VI	Intel
100G VEN	QSFP28/SFP56-DD	Cisco, genévrier, FiberMall	Intel
400G DR4	QSFP-DD	Cisco, Arista, Genévrier, II-VI, FiberMall	Intel, II-VI, AOI (DML)
400G DR4+	QSFP-DD	Broadcom	Intel
400GFR4	QSFP-DD	Genévrier, FiberMall, II-VI, Cisco, Arista	_

Tableau 6 : Fabricants de modules optiques représentatifs de 100 Gb/s DR/FR1 et 400 Gb/s DR4/DR4+/FR4

Classification de l'appareil	Clé à puce	Fabricant représentant
		500m	2km
Puce optique	Détecteur 53GBaud	Broadcom、GCS	Broadcom、GCS
	Laser 53 Go	Lumentum、II-VI、AOI(DML)	Mitsubishi, Lumentum, Broadcom (EML)
Puce électrique	TIA linéaire 53GBaud	Inphi、Broadcom、Semtech、Macom	Inphi、Broadcom、Semtech、Macom
	Pilote linéaire 53GBaud	Inphi、Broadcom、Semtech、Macom	Inphi、Broadcom、Semtech、Macom
	DSP	Inphi、Broadcom	Inphi、Broadcom
Puce intégrée photonique au silicium		Intel, Acaica, Rockley	Intel, Acaica, Rockley

Tableau 7 : Fabricants représentatifs du dispositif à puce photoélectrique à noyau de module optique 100/400 Gb/s 500 m/2 km

（2）10km/40km 100/400Gb/s optical transceivers

Les principales solutions techniques des modules optiques 10 km/40 km 100/400 Gb/s sont présentées dans le tableau 8. Le côté transmission du module optique 100 Gb/s LR1 utilise une puce EML 53 Go et a deux solutions de facteur de forme : BOX et TO. Ce dernier a l'avantage d'être peu coûteux, mais la marge de bande passante est faible et le taux de réussite est légèrement inférieur. L'EML non refroidi de 53 Go a les avantages d'un faible coût et d'une faible consommation d'énergie. Il est actuellement utilisé dans des scénarios de 2 km et moins, et l'application de 10 km doit encore être vérifiée. Le côté réception utilise une puce PIN de 53 Go, avec la coexistence de BOX et TO, un facteur de forme hermétique et non hermétique, qui peut évoluer vers le facteur de forme hermétique TO et le facteur de forme non hermétique COB à l'avenir.

Type de module	Facteur de forme	Interface électrique	Interface optique	Puce optique	Facteur de forme OSA
100 Go/s LR1	QSFP28	4x25G NRZ	1x 100G PAM4	NIP EML+	FAIRE DE LA BOXE
100 Go/s ER1	QSFP28	4x25G NRZ	1x 100G PAM4	EML+APD	FAIRE DE LA BOXE
400 Go/s LR4	QSFP-DD	8x50G PAM4	4x 100G PAM4	NIP EML+	ÉPI/BOÎTE
400 Go/s ER4	QSFP-DD	8x50G PAM4	4x 100G PAM4	EML+APD EML+(SOA+PIN)	BOX

Tableau 8 : Solutions techniques grand public 100/400 Gb/s 10/40 km

Le schéma fonctionnel du module optique 100 Gb/s LR1/ER1 est présenté dans les figures (a) et (b) ci-dessous. L'émetteur utilise une puce EML de 53 Go ; le récepteur utilise une puce PIN/APD de 53 Go et la puce 4:1 PAM4 DSP prend en charge KP4 FEC. Les schémas fonctionnels des modules optiques 400 Gb/s LR4 et ER4 sont présentés respectivement dans les schémas (c) et (d). L'émetteur 400Gb/s LR4 utilise des puces de matrice EML 4×53GBaud (facteur de forme BOX/COB), et le récepteur utilise une puce de matrice PIN 4×53GBaud (facteur de forme BOX/COB ; coexistence hermétique et non hermétique) ; L'émetteur 400Gb/s ER4 adopte une puce de matrice EML 4 × 53GBd (boîte BOX), avec une sélection de longueur d'onde à déterminer ; solution de récepteur est à déterminer, des solutions performantes APD et SOA+PIN étant possibles (boîtier BOX/COB, coexistence de facteur de forme étanche et non étanche). Le module optique 400Gb/s LR4/ER4 adopte une puce PAM8 DSP 4:4 et prend en charge KP4 FEC. Par rapport aux solutions traditionnelles, les modules optiques 100/400 Gb/s basés sur la technologie 100 Gb/s à longueur d'onde unique peuvent économiser plusieurs puces optiques, réduisant ainsi les coûts, la consommation d'énergie et la complexité de fabrication, et améliorant le taux de réussite. La puce électronique adopte un DSP avec des fonctions intégrées de pilote, de CDR et de boîte de vitesses, ce qui réduit la complexité de la conception et facilite la mise au point du produit pour les concepteurs de puces.

Diagramme 3 : Modules optiques 100/400 Gb/s basés sur la technologie 100 Gb/s à onde unique

À l'heure actuelle, un certain nombre de fabricants nationaux et étrangers ont lancé des produits fabriqués en série et des panneaux de signalisation basés sur la technologie 100 Gb/s à longueur d'onde unique :

• 100Gb/s LR1 a été fourni par plusieurs fabricants de modules par lots. Avec la maturité progressive de la technologie de conditionnement des dispositifs optiques 53GBaud, le taux de qualification des produits de modules optiques s'est progressivement amélioré et le coût actuel devrait être meilleur que celui de la solution LR100 4Gb/s ;

• En ce qui concerne le 400Gb/s LR4, un certain nombre de fabricants de modules peuvent fournir des échantillons bêta, et le coût devrait être meilleur que celui de la solution 400Gb/s LR8. Avec l'augmentation progressive de la demande de puces optiques 53 Go à l'avenir, il existe une grande marge de réduction des coûts ;

• 100Gb/s ER1 et 400Gb/s ER4 sont actuellement en cours de recherche par plusieurs fabricants de modules. Le 100Gb/s ER1 a fait une percée préliminaire et peut atteindre une transmission de 40 km dans l'environnement du laboratoire. Le 400Gb/s ER4 est en cours de recherche, et un prototype devrait être lancé d'ici fin 2022 sur la base des bonnes bases du 100G ER1. L'ER100 1 Gb/s et l'ER400 4 Gb/s sont actuellement confrontés à des défis tels que des exigences d'efficacité de couplage optique élevées à l'extrémité de transmission, des exigences de sensibilité de puce élevée à l'extrémité de réception et la nécessité d'un filtrage.

Type	Facteur de forme	Fabricants de modules optiques représentatifs
		Étanchéité à l'air	Non-étanchéité
100GLR1	QSFP28	CIG、FiberMall、Juniper、AOI、Cisco	II-VI
100G ER1	QSFP28	Sifotonics, AOI, FiberMall	_
400GLR4	QSFP-DD	SEDI、Genévrier、FiberMall、AOI	Molex, CIG, II-VI
400G ER4	QSFP-DD	FiberMall、Cisco	_

Tableau 9 ：Fabricants de modules optiques représentatifs de 100 Gb/s LR1/ER1 et 400 Gb/s LR4/ER4

Les principaux dispositifs à puce photoélectrique de la technologie PAM100 4 Gb/s à onde unique sont principalement produits par des fabricants étrangers, et certains fabricants nationaux ont fait des progrès au stade actuel. Le taux de qualification du filtrage des lasers EML 53GBaud à partir des lasers EML 25GBaud est faible, et la conception de la structure de la puce, le dopage des matériaux, etc. doivent être optimisés, afin de résoudre les défis et les problèmes d'augmentation de la bande passante tout en garantissant la fiabilité. La puce de détection APD de 53 Go est relativement mature au pays et à l'étranger, et les produits nationaux ont d'excellentes performances. La DSP PAM4 puce s'est développée rapidement en Chine au cours des deux dernières années avec le débit de 50 Gb/s ayant des échantillons en petits lots et de bonnes performances de test. Les produits 100Gb/s et 400Gb/s sont en phase de recherche et développement.

Classification de l'appareil	Clé à puce	Fabricant représentant
		10km	40km
Puce optique	53GBauds EML	Mitsubishi, SEDI, Lumentum, Broadcom, NeoPhotonics	Mitsubishi, SEDI, Lumentum, Broadcom, NeoPhotonics
	PIN 53 Go	Kyosemi, GCS, Albis	_
	APD de 53 Go	_	Macom
Puce électrique	TIA linéaire 53GBaud	Inphi, Semtech, Macom	Inphi, Semtech, Macom
	DSP	Inphi、Broadcom	Inphi、Broadcom

Tableau 10： Puce optoélectronique à noyau 100 Gb/s 10/40 km du module optique

Classification de l'appareil	Clé à puce	Fabricant représentant
		10km	40km
Dispositif optique	53 GBauds CWDM EML	Mitsubishi, SEDI, lumentum, Broadcom, NéoPhotonique	_
	53 GBauds nLWDM EML	_	Mitsubishi, SEDI, lumentum, Broadcom, NéoPhotonique
	PIN 53 GBauds	Kyosemi, GCS, Albis	_
	APD de 53 GBauds	_	Macom
Puce électrique	TIA linéaire de 53 GBauds	Inphi, Semtech, Macom	Inphi, Semtech, Macom
	DSP	Inphi, Broadcom	Inphi, Broadcom

Tableau 11：400Gb/s 10/40km puce optoélectronique centrale du module optique

En termes d'application et de déploiement, les modules optiques 100 Gb/s LR1 et 400 Gb/s LR4 ont atteint leur maturité et les expéditions ont progressivement augmenté en fonction de la demande du marché ; 100Gb/s ER1 et 400Gb/s ER4 devraient être commercialisés à la mi-2022. Les modules optiques 100/400Gb/s basés sur la technologie 100Gb/s à longueur d'onde unique ont également commencé à occuper une place importante dans le plan de déploiement des opérateurs et d'intégration des fournisseurs d'équipements, et il y aura une forte demande pour eux dans les prochaines années. Selon le mode de réseau porteur des opérateurs, les modules optiques 30/40 km sont principalement utilisés dans les scénarios sans fil moyen-courrier et back-haul. Lorsque le 100Gb/s ER1 aura un avantage en termes de coût, il deviendra un concurrent sérieux avec le 100Gb/s ER4 existant. À l'avenir, le marché pourrait prendre en charge les exigences de signal OTN 400 Gb/s sur la base de la prise en charge des applications Ethernet et des discussions supplémentaires sont nécessaires pour améliorer l'espace d'application de 100 Gb/s ER1 et 400 Gb/s ER4.

(3) module optique 50/100/400Gb/s 80~120km

Pour la distance de transmission de 80 à 120 km, la technologie DWDM cohérente peut résoudre le problème de dispersion de liaison via DSP, réduire l'exigence de rapport signal/bruit optique et avoir de bonnes performances. Afin de réduire davantage la consommation d'énergie, les coûts et l'espace occupé, l'industrie explore également activement les solutions technologiques de couleur et de lumière grise DWDM avec une technologie de modulation et de détection directe pour une distance de transmission de 80 à 120 km.

Solution		Code de modulation	Bande de vague	Espacement des canaux	Le numéro de canal	Type FEC	Compensation de dispersion	Efficacité énergétique	Capacité de fibre	Facteur de forme	Coût relatif
Lumière colorée	La cohérence	100G DQPSK	C	100 GHz	48/96	CFEC	FEC	18W/100G	4.8/9.6 Tbit/s	QSFP-DD/ CFP2-DCO/ PCP	3
		400G 16QAM	C	100 GHz	48	CFEC	FEC	5W/100G	19.2 Tb / s	QSFP-DD/ CFP2-DCO/ OSFP/ CFP-16L	8
	Modulation directe et détection	50G PAM4	C	50 GHz	80	KR4/KP4 /IFEC/SFEC	Compensation de dispersion externe est nécessaire au-delà de ±100ps	4.5W/100G	4 Tb / s	QSFP28	1
		100G PAM4	C	100 GHz	80	KR4/KP4 /IFEC/SFEC	Compensation de dispersion externe est nécessaire au-delà de ±40ps	4.5W/100G	8 Tb / s	QSFP28	1.5
Lumière grise	Modulation directe et détection	4X25G NRZ	O	_	_	KR4	Aucune compensation de dispersion requise	6.5W/100G	100 Gb / s	QSFP28	0.5

Tableau 12：Comparaison des solutions techniques 100G/400G 80~120km

Conclusion:

Le développement et la construction rapides de centres de données ont apporté des opportunités et de la vitalité au marché des modules optiques. Dans le même temps, ils ont également soulevé de nouvelles exigences et des défis plus importants pour les modules optiques tels que la haute vitesse, les hautes performances, la faible consommation d'énergie, le faible coût et l'intelligence. Le renforcement de l'innovation technologique, l'orientation de l'agglomération des marchés et le renforcement du soutien à la base industrielle sont des moyens efficaces de relever ces défis. Toutes les parties de l'industrie et de la chaîne industrielle en amont et en aval doivent former une force commune et promouvoir des progrès coordonnés. En termes d'innovation technologique, la R&D et l'innovation de technologies telles que de nouveaux matériaux, de nouvelles conceptions, de nouveaux processus, de nouveaux emballages et de nouvelles bandes de fréquences sont utilisées pour répondre aux nouvelles demandes de modules optiques dans divers scénarios d'application.