深入分析數(shù)據(jù)中心光模塊趨勢及面臨的挑戰(zhàn)

  ICC訊 近年來，隨著光通信技術(shù)的快速發(fā)展和光器件產(chǎn)業(yè)投資不斷增加，全球光模塊市場發(fā)展迅速。據(jù)Yole預(yù)測，2019-2025全球光模塊市場規(guī)模將從77億美元增長至177億美元，年復(fù)合增長率達(dá)15%。其中，數(shù)據(jù)中心光模塊將以20%的年復(fù)合增速，從40億美元增長值121億美元。而數(shù)據(jù)中心光模塊的發(fā)展與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及其連接方式有著密切的關(guān)聯(lián)，它們決定著數(shù)據(jù)中心需要什么類型的光模塊及需要多少光模塊。本文將深入分析數(shù)據(jù)中心光模塊趨勢及面臨的挑戰(zhàn)。

  數(shù)據(jù)中心光模塊趨勢

  隨著云計(jì)算和5G網(wǎng)絡(luò)興起，數(shù)據(jù)中心趨于更高速率發(fā)展，因此，布局在數(shù)據(jù)中心不同位置的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備必須適應(yīng)變化，向更高速率升級。下表為歷年來服務(wù)器接入交換機(jī)的傳輸速率演變情況，企業(yè)服務(wù)器的接入從1G-10G向10G-25G發(fā)生轉(zhuǎn)變，大型云服務(wù)器的接入從10G-40G向25/50G-50/100G發(fā)生轉(zhuǎn)變。

  由于服務(wù)器、交換機(jī)等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備趨于更高速率、更高性能的發(fā)展，光模塊也必將隨之發(fā)生轉(zhuǎn)變，這樣才能確保整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的性能。下表為歷年來數(shù)據(jù)中心中各個(gè)位置網(wǎng)絡(luò)部署情況，從表格中我們可以看出，數(shù)據(jù)中心園區(qū)正在從40G向100G甚至更高速率發(fā)生轉(zhuǎn)變，如今，100G光模塊風(fēng)頭正盛。(說明：表格中不同類型的光模塊旨在用于不同傳輸距離和應(yīng)用環(huán)境的信號傳輸，如，40G LR4用于傳輸距離為10千米的鏈路，100G CWDM4用于傳輸距離為2千米的鏈路。)

  隨著時(shí)間的推移，400G/800G甚至更高速率的數(shù)據(jù)中心光模塊將占據(jù)光模塊市場的較大份額。下圖揭示了2016年~2021年交換機(jī)端口演變的過程，很顯然，從2018年到2021年100G都是主流，400G將從2021年開始起量，有望在2022年與100G保持相當(dāng)水平，800G也從2021年開始得到一部分人的支持。

  此外，相比傳統(tǒng)的三層架構(gòu)，未來數(shù)據(jù)中心將更多地采用脊葉結(jié)構(gòu)。脊葉結(jié)構(gòu)能最大限度地提高服務(wù)器之間的連接性，有利于快速部署數(shù)據(jù)中心光模塊，促進(jìn)數(shù)據(jù)中心趨于更高速率發(fā)展。這也將會是未來超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心部署200G/400G的最佳方式。

  數(shù)據(jù)中心光模塊面臨的挑戰(zhàn)

  隨著數(shù)據(jù)中心的快速發(fā)展，光模塊的設(shè)計(jì)制造、使用和維護(hù)都將面臨著更加嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

  成本控制

  想要在確保光模塊性能的情況下，控制成本是件不容易的事情。隨著數(shù)據(jù)流量不斷增長，數(shù)據(jù)中心承載的壓力也越來越大，因此它對下一代網(wǎng)絡(luò)設(shè)備提出了更高的要求，如，必須具備更高的端口密度、更快的速率等特性，這也推動了光模塊趨于更小體積、更高速率的發(fā)展。但隨著速率的提升，對光模塊芯片的要求也會越來越高，光模塊的成本也會隨之增長，如，第三方供應(yīng)商提供的400G光模塊高達(dá)數(shù)萬元，更不用說原設(shè)備制造商所提供的400G光模塊，運(yùn)營商若要大規(guī)模部署400G，那么布線成本將會非常高。

  設(shè)計(jì)制造

  5G網(wǎng)絡(luò)的到來，推動了數(shù)據(jù)中心交換機(jī)和服務(wù)器的端口速率趨于更高速率發(fā)展，增加了數(shù)據(jù)中心交換機(jī)和服務(wù)器的專業(yè)集成電路(ASIC)的容量。然而，端口速率的增加，將會加大電信號通過線卡傳輸?shù)铰酚善骰蚪粨Q機(jī)前面板的挑戰(zhàn)，從而增加了光模塊的設(shè)計(jì)和制造的復(fù)雜性。

  互操作性

  如今，數(shù)據(jù)中心的設(shè)備通常由不同的供應(yīng)商所提供，雖然行業(yè)已明確規(guī)范了光模塊的接口標(biāo)準(zhǔn)，但不同供應(yīng)商生產(chǎn)制造的光模塊的代碼存在著差異性，所以可能會出現(xiàn)某個(gè)供應(yīng)商的光模塊與其他供應(yīng)商制造的設(shè)備不兼容。即便是現(xiàn)在已有第三方供應(yīng)商提供兼容光模塊和box(寫碼板)，但也只能解決部分兼容問題，數(shù)據(jù)中心光模塊與設(shè)備之間的互操作性仍然是一大挑戰(zhàn)。

  散熱性

  數(shù)據(jù)中心的設(shè)備在工作時(shí)都會產(chǎn)生熱量，如果設(shè)備散熱難，將會導(dǎo)致室內(nèi)機(jī)房溫度急劇上升，這對于網(wǎng)絡(luò)傳輸來說是極其不友好的，如，光模塊在高溫的環(huán)境下持續(xù)工作將會引起丟包，嚴(yán)重時(shí)將會直接燒毀報(bào)廢;因此，數(shù)據(jù)中心光模塊的散熱性也是不容忽視的問題。

  除此之外，數(shù)據(jù)中心正在趨于綠色節(jié)能環(huán)保發(fā)展，考慮到可持續(xù)性，數(shù)據(jù)中心光模塊也應(yīng)該趨于低功耗節(jié)能發(fā)展。

  數(shù)據(jù)中心光模塊的快速發(fā)展將會帶來哪些影響?

  相信在不久的將來，隨著數(shù)據(jù)中心趨于更高速率的發(fā)展，第三方兼容光模塊將會憑借高性價(jià)比和高互操作性等優(yōu)勢占據(jù)越來越大的市場份額，原裝光模塊將不再是數(shù)據(jù)中心唯一的選擇。