Demanda e tendência do mercado para o transceptor óptico de data center

Nos últimos 25 anos, o desenvolvimento da tecnologia de comunicação de fibra óptica em data centers fez um grande progresso - a partir da maior capacidade de links comerciais de fibra óptica em 2.5-10Gb/s na década de 1990 para a velocidade de transmissão atual de 800 Gb / s. Esse progresso se beneficiou da adoção em larga escala de módulos de alta velocidade mais caros (incluindo 400G e 800G) por grandes operadoras de serviços em nuvem. Além disso, operadoras de telecomunicações, o investimento em redes 5G é outra força motriz para o sistema de comunicação óptica de portas de alta velocidade e densidade.

 

1. O que impulsiona o mercado de transceptores de fibra ótica para data centers?

● Aumento do investimento em data center

Grandes mudanças ocorreram nos gastos com infraestrutura no setor de comunicações na última década. Nos últimos anos, a rede corporativa tem reduzido seu investimento em hardware tradicional de TI e software e prefere terceirizar para provedores de serviços em nuvem. No entanto, o investimento em infraestrutura de data center está aumentando rapidamente. As instituições de pesquisa do setor esperam que a construção de data centers mantenha uma taxa de crescimento de mais de 20% nos próximos anos.

 

● Crescimento rápido de Data Centralização de Traffic

As despesas dos fornecedores de computação em nuvem TOP5 no primeiro trimestre de 2020 alcançaram US $ 26.4 bilhões, um aumento de 56% em relação a 2019. O aumento do investimento em infraestrutura de data center está afetando o módulo transceptor óptico global e o mercado de dispositivos ópticos, onde os dados centro está se movendo em direção a uma escala grande e ultra-grande. Enquanto isso, o rápido crescimento da rede de dados impulsionou a forte demanda pelo mercado de transceptores de fibra, que deve recuperar as taxas de crescimento de dois dígitos durante 2021 e 2025, de acordo com os institutos de pesquisa e estatística da indústria. Quanto à taxa de dados dos transceptores de fibra óptica, a transição de 100G a 200G para 400G está em andamento.

 

2. Tendências técnicas: de NRZ Serdes, PAM4 Serdes e 100G Serdes

O aumento da taxa de dados do módulo óptico exige que o chip optoeletrônico se desenvolva simultaneamente para atender à demanda de rede do data center. O processo de wafer 25G NRZ Serdes, feito pela primeira vez em 2013, promoveu o envio em massa de 100G QSFP28 módulos em 2015. Dois anos depois, o processo de wafer 50G PAM4 Serdes foi introduzido, levando ao primeiro embarque comercial de módulos ópticos da série 400G em 2019. Além disso, o processo 100G Serdes também estimularia o desenvolvimento de módulos transceptores de fibra óptica 800GbE em 2020 , com base no qual, o processo Serdes 200G deverá inovar as soluções de rede de transceptores de fibra na velocidade de data de 1.6T em 2023.

 

A evolução do data center passou pela era dos Serdes 25GNRZ, PAM50 4G e Serdes 100 / 200G, que correspondem aos transceptores óticos da série 100G, módulos óticos 400G e 800G, respectivamente. A conexão do data center é dividida em interconexão dentro do data center e a interconexão DCI entre os data centers. Portanto, a conectividade de rede entre distâncias diferentes requer uma variedade de soluções de transceptor de fibra para ethernet.

 

Além do aumento da taxa de dados, a tecnologia de modulação de sinal aplicada no transceptor de canal de fibra foi atualizada de NRZ, por meio de PAM4, para a mais recente coerente com o canal óptico evoluindo de 1 × 2 para 1 × 4 e 1 × 8.

 

 

3. Características das tendências de mercado do transceptor óptico

Os principais requisitos para módulos ópticos em data centers são alta velocidade, baixo custo, baixo consumo de energia, pacote pequeno e baixo consumo de energia. O design e a arquitetura da rede do datacenter estão evoluindo para uma estrutura plana, que resolve os problemas de latência e expansão. Mas isso causa um aumento acentuado no tráfego leste-oeste e requer soluções de rede de dados de alta velocidade.

 

A demanda por interconexão óptica de datacenter (DCI) está crescendo significativamente e, com base em tecnologia coerente, os módulos de fibra óptica de 100 Gb / s, 200 Gb / s e 400 Gb / s se tornam uma solução de rede técnica padrão para transmissão de longa distância. Desde a solução inicial para distâncias ultralongas, os transceptores ópticos têm avançado rapidamente para o mercado de transmissão, incluindo a rede metropolitana / de acesso e o mercado de interconexão de alta velocidade entre data centers, que tem sido particularmente preocupante nos últimos anos. Até agora, a especificação do 400G ZR foi lançada com o ZR + avançando com os planos.

 

4. Serdes 50G para Módulo Óptico 100G / 400G

Módulos ópticos 100G / 400G baseados em Serdes 50G e chips ópticos VCSEL são principalmente para a transmissão de curta distância de 100 metros, enquanto aqueles baseados em fotônica de silício e EML são as principais soluções para comprimento de onda único 100G de 500 metros a 2 quilômetros. A solução DML precisa ser otimizada devido à técnica imatura de linearidade e dispersão do chip óptico.

 

Para diferentes chips ópticos, os requisitos do processo são diferentes. Os VCSELs multimodo geralmente adotam a técnica COB (Chip On Board) e, para EML e luz de silício, é o acoplamento COC (Chip On Ceramic). A permissão do acoplamento óptico de silício é mais difícil de controlar do que o modo único. Portanto, a tecnologia de fotônica de silício ainda é um desafio para os engenheiros da indústria.

 

∆ Módulo óptico 100G / 400G baseado em série 50G

5. Solução de módulo óptico série 400G

Produtos de módulo óptico baseados em chips VCSEL incluem produtos 400G SR8 / SR4.2 para curtas distâncias 100m; 100G 、 100G DR1, 100GFR1/ LR1 / ER1、400G DR4 / FR4、400G LR4 módulo transceptor de fibra ótica são baseados no chip EML, enquanto 100G DR1 / FR1、400G DR4、400G-ZR em MZM (SiPh).

 

6. Comparação de diferentes chips de módulo óptico 400G

Em termos de largura de banda, as pesquisas atuais sobre largura de banda EML têm mostrado que ela pode chegar a 60 GHz, enquanto a Silicon Photonics MZM pode chegar a 50 GHz. Os transceptores ópticos 400G baseados no chip VCSEL suportam uma faixa de transmissão curta de 100m e os módulos com MZM (SiPh) superam na faixa de 500m e 2km. Quanto ao chip de fibra ótica EML, é mais caro, mas suporta uma distância de transmissão maior de 2 km, 10 km e 40 km. Quando se trata de capacidade de lote, os módulos de fibra óptica 400G baseados em fotodiodo de silício da plataforma COMS podem alcançar integração híbrida de optoeletrônica e produção em massa.

 

7. Comparação do consumo de energia no Módulo de Fibra 400G e 100G

Comparando o consumo de energia e o desempenho da solução de módulo óptico de silício 100G de onda única e da solução EML, o consumo de energia do módulo EML 100G de onda única é um pouco maior, ou seja, 4.5 W, e da solução óptica de silício 100G de onda única é controlado dentro de 3.5W. Além disso, a fotônica de silício também pode atender aos requisitos de desempenho dos transceptores de fibra óptica 100G e 400G DR4 de onda única em termos de diagramas ópticos.

 

O que distingue a fotônica de silício de outras é sua capacidade de integrar MZM + SSC + PD, mas a perda de inserção de acoplamento baseada em fotônica de silício é grande e precisa operar junto com CW e DFB de alta potência. Comparado com os tipos de transceptor de fibra 400G com chips SiPh, 400G DR4 EML consome uma potência maior de 12W, enquanto 400G DR4 SiPhL não é mais do que 10W e requer apenas 2 CW e DFB. Além disso, 400G DR4 SiPhL é capaz de integração multicanal e 4CH MZM + SSC + 4CH P. Portanto, é mais vantajoso em custo e consumo de energia.

 

8. Previsão de Evolução do Módulo Ótico Data Center 800G

O transceptor óptico plugável 800G de última geração está previsto para ser desenvolvido em três etapas de acordo com a indústria. Transceptor óptico coerente 8x100G baseado em Serdes 100G offers 8 canais de transmissão e recepção independentes com interface óptica de 100G / I. Fatores de forma incluem 800G-DR8, 800G-SR8 e 800G-FR8 / LR8 são esperados para serem introduzidos em 2021. Em 2023, 800G -DR4 / FR4 com base no implemento 100G Serdes + caixa de engrenagens através do trânsito e recebimento de DSP PAM4 8 em 4 saídas com interface óptica de 200G / I. Em 2025, espera-se que o 1.6T baseado em Serdes 200G seja lançado com 8 canais de transmissão e recepção independentes e sua porta óptica é de 200G / l.

 

∆ Série do transceptor de fibra óptica plugável 800G e suas especificações técnicas

 

Pela perspectiva de chips optoeletrônicos de 200G, espera-se que chips optoeletrônicos relacionados a 200G / l estejam gradualmente prontos em 2022, o que estimulará a implementação de módulos ópticos plugáveis ​​1.6T (8 * 200G), promovendo assim o desenvolvimento de 102.4T comuta. As remessas baseadas em dispositivos ópticos de 100 G / l durarão cerca de 10 anos.

 

9. Soluções de transceptores ópticos da FiberMall para data center

Atualmente, a FiberMall tem uma gama completa de produtos 100G que ganharam uma grande remessa até agora, e os produtos de fibra óptica 400G estão no estágio de pequeno volume. Módulos ópticos 800G DR8, 100G DR1/DR1+ para soluções de rede de data center e módulos ópticos 200G LR4/ER4 para backhaul em portadores 5G receberam grande atenção dos clientes. A tecnologia 100G de onda única da FiberMall está entrando em uma fase madura, estabelecendo uma grande base para soluções de módulos ópticos 8*100G.

 

∆ Soluções de módulo óptico FiberMall para interconexão de data center

O desenvolvimento de data centers em 2020 se tornou um dos principais impulsionadores do boom da indústria de comunicação óptica ao longo do ano. Nos últimos anos, o mercado de comunicação de dados é como um bolo quente para todas as empresas da cadeia da indústria de comunicação óptica. Como uma empresa líder em módulos ópticos de comunicação, a FiberMall tem um desenvolvimento profundo e grande competitividade no campo de comunicação de dados.

 

Palavras finais

O rápido aumento do tráfego nos data centers acelerou a demanda do mercado por dispositivos de rede avançados, incluindo módulos transceptores, que o mercado exige para suportar maior densidade de porta e velocidades de encaminhamento mais rápidas. Esses dispositivos, por sua vez, levarão a implantações em grande escala de módulos óticos de alta velocidade para conectar as várias camadas de dispositivos de rede.