多模光纖助力數(shù)據(jù)中心的高速連接與低碳運(yùn)營 — 技術(shù)趨勢(shì)與成本優(yōu)勢(shì)篇

  隨著全球互聯(lián)網(wǎng)用戶數(shù)、設(shè)備連接數(shù)快速增長，寬帶速率不斷提升，同時(shí)高清視頻流、元宇宙以及無處不在的社交網(wǎng)絡(luò)共同推動(dòng)了全球互聯(lián)網(wǎng)流量的飛速增長。COVID-19疫情期間人們?cè)诩抑懈嗟匾蕾嚮ヂ?lián)網(wǎng)與親人交流分享，與同事進(jìn)行視頻電話會(huì)議，將短視頻或其他內(nèi)容上傳到云端，這些應(yīng)用加速了互聯(lián)網(wǎng)流量增長，帶動(dòng)了云和企業(yè)數(shù)據(jù)中心的需求。

  在COVID-19疫情期間，全球互聯(lián)網(wǎng)峰值流量增長了47%[1]，F(xiàn)acebook的即時(shí)信息增加了50%[2]。從2020年初到現(xiàn)在，訂閱付費(fèi)流媒體服務(wù)的客戶數(shù)增加了23%，如圖1所示。這些業(yè)務(wù)需要光纖網(wǎng)絡(luò)將用戶聯(lián)接到各地的數(shù)據(jù)中心[3]，為用戶提供必要的計(jì)算、存儲(chǔ)和內(nèi)容分發(fā)等服務(wù)。數(shù)據(jù)中心已經(jīng)成為現(xiàn)代生活的引擎，全球范圍內(nèi)都在大規(guī)模建設(shè)數(shù)據(jù)中心以支持各類網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的快速增長。

圖1. 全球互聯(lián)網(wǎng)流量在疫情期間加速增長

  在過去的20年中，數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)已成推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新最具活力、增長最快的市場(chǎng)之一。數(shù)據(jù)中心運(yùn)營商正在努力建設(shè)網(wǎng)絡(luò)速度更快、更密集、更易安裝、更具成本效益、更節(jié)能的數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)的可持續(xù)性發(fā)展。

  多模光纖市場(chǎng)展望

  隨著流量的持續(xù)增長，超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心和企業(yè)數(shù)據(jù)中心通過部署更高速率的以太網(wǎng)光模塊，不斷升級(jí)其基礎(chǔ)設(shè)施。新興的硅光技術(shù)帶動(dòng)了基于單模光纖連接方案的市場(chǎng)增長，成為市場(chǎng)關(guān)注的熱點(diǎn)。而與之相對(duì)的是，基于多模光纖(MMF) 連接方案的增長則常常被市場(chǎng)低估。

  多模光纖的解決方案仍然是數(shù)據(jù)中心運(yùn)營商的重要選擇之一。業(yè)界通常通過光模塊的出貨量對(duì)市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行判斷。根據(jù)Lighcounting的報(bào)告，多模光模塊出貨量在可預(yù)見的未來將持續(xù)增長[4]，如圖2所示：

圖2. 多模光模塊的出貨量預(yù)測(cè)

  多模光模塊的出貨量預(yù)計(jì)將占所有光模塊的45%以上，基于多模光纖的連接方案是數(shù)據(jù)中心內(nèi)連接的重要方式。

  隨著數(shù)據(jù)中心向更高速率發(fā)展，未來五年中多模光模塊出貨量的增長將主要來自于高速多模光模塊的增長。例如，100G和400G多模光模塊的出貨量預(yù)計(jì)將在2025年超過40G及以下速率多模光模塊出貨量的總和。

  多模光纖解決方案的強(qiáng)勁增長主要是受到北美企業(yè)數(shù)據(jù)中心和中國大型云數(shù)據(jù)中心的需求推動(dòng)。與北美超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心園區(qū)通常以大面積的單層建筑布局不同，中國的云數(shù)據(jù)中心通常位于占地面積相對(duì)較小的多層建筑中。因此，100米的鏈路長度足以覆蓋大部分交換機(jī)與交換機(jī)之間的連接。而這種鏈路長度，正是多模光纖連接方案的優(yōu)勢(shì)所在。業(yè)界普遍預(yù)計(jì)中國大型云數(shù)據(jù)中心將在未來5年內(nèi)大量部署基于多模光纖的200G和400G方案。

  成本優(yōu)勢(shì)

  多模光纖結(jié)合VCSEL激光器的方案在數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用，因?yàn)樗哂忻黠@的成本優(yōu)勢(shì)，特別是在當(dāng)前主流的100G速率系統(tǒng)，多模方案成本只有單模方案成本的一半。隨著數(shù)據(jù)中心向更高的速率發(fā)展，行業(yè)正在準(zhǔn)備部署下一代400G光模塊。多模光纖解決方案是否仍能保持相對(duì)單模光纖解決方案的成本優(yōu)勢(shì)，是數(shù)據(jù)中心客戶非常關(guān)心的一個(gè)重要問題，特別是當(dāng)硅光技術(shù)已顯著降低了單模光模塊成本。

  為此，我們建立了一個(gè)包括光模塊、結(jié)構(gòu)化光纜和連接器的成本模型，對(duì)基于多模光纖和單模光纖的400G方案的建設(shè)成本進(jìn)行定量比較。我們選擇了市場(chǎng)上常見的400G光模塊類型，包括400G SR8(多模，并行)和400G DR4(單模，并行)和400G FR4(單模, 雙工)。并采用中國市場(chǎng)主流的光連接布線方案，分別匹配每種光模塊類型。主干光纜基于OM4光纖，可提供4700MHz?km的有效模式帶寬(由IEC 60793定義)，以確保100米的傳輸距離。由于超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心和企業(yè)數(shù)據(jù)中心在采購和運(yùn)營方面的模式不同，成本模型中考慮了兩種類型數(shù)據(jù)中心采購光模塊時(shí)的不同價(jià)格。如圖3所示，通過分析我們得出以下結(jié)論：

圖3.超大型數(shù)據(jù)中心和企業(yè)數(shù)據(jù)中心鏈路成本分析

  超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心：

  多模400G SR8方案在100米以內(nèi)短距離應(yīng)用場(chǎng)景下是成本最優(yōu)的解決方案。距離為100米，400G SR8方案單模方案(FR4和DR4)有超過15%的成本優(yōu)勢(shì)，低于100米時(shí)，多模方案的成本優(yōu)勢(shì)更明顯。

  單模連接方案中，并行單模400G DR4方案比雙工單模400G FR4方案成本更低。

  企業(yè)數(shù)據(jù)中心：

  多模400G SR8方案相較單模方案(FR4和DR4)有超過20%的成本優(yōu)勢(shì)。

  并行單模400G DR4方案相較雙工單模400G FR4有成本優(yōu)勢(shì)。

  由此看來，在400G時(shí)代，超大型數(shù)據(jù)中心和企業(yè)級(jí)數(shù)據(jù)中心應(yīng)用場(chǎng)景中，多模連接解決方案仍具有成本優(yōu)勢(shì)。因此，我們預(yù)測(cè)作為多模光纖解決方案基礎(chǔ)的OM4多模光纖市場(chǎng)仍會(huì)保持或增長。

  在下一期《多模光纖助力數(shù)據(jù)中心的高速連接與低碳運(yùn)營—低碳環(huán)保篇》中，我們將介紹：多模光纖方案相較單模方案在100G/400G等未來主流速率應(yīng)用中如何助力數(shù)據(jù)中心降低能耗、減少碳排放，以及如何選擇性能優(yōu)化的多模光纖，以實(shí)現(xiàn)更高的系統(tǒng)鏈路帶寬，敬請(qǐng)期待。

參考文獻(xiàn)

[1] Paul Brodsky, internet traffic and capacity in Covid-Adjusted terms. Telegeography

[2] Alex Schultz et.al.https://about.fb.com/news/2020/03/keeping-our-appps-stable-during-covid-19/

[3] Forbes, How the pandemic has changed video content and consumption.

[4] LightCounting,Vendor Survey Report, September 2021