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數據中心光模塊趨勢，數據中心光收發器面臨的挑戰

2023-03-03 11:25 作者：joseph wu 閱讀量：2872

近年來，隨著光通信的快速發展和光器件投資的不斷增加，全球光模塊市場也發展迅速。2018年全球光模塊市場規模為63億美元，比2017年增長12.5%，預計2020年將達到71億美元。數據中心模塊的發展與光設備及其連接方式密切相關。這兩者決定了數據中心是否需要以及需要??多少個光收發器。

數據中心光收發器焦點：趨勢、挑戰和影響

數據中心光模塊趨勢

由于云計算和 5G 等應用對更高速率的需求不斷增加，因此不同位置的數據中心設備必須適應這種變化并相應地遷移到更高速率。例如下圖服務器接入交換機速率遷移，2014年企業服務器接入逐漸從1G-10G變為10G-25G，而巨型云服務器接入逐漸從10G-40G變為25/50G-50/ 2018年100G。

網絡位置 2014 2016年 2018
兆云服務器訪問 10GE-40GE 40GE-25/50GE 25/50GE-50/100GE
第 2/3 層云服務器訪問 1GE-10GE 10GE-25GE 25GE-50GE
企業服務器訪問 1GE-10GE 1GE-10GE 10GE-25GE

由于設備越來越先進，速率越來越高，因此要求模塊必須具有相同的數據速率，以保證整體網絡性能。自2008年以來，數據中心園區的收發器帶寬已從40G升級到100G甚至更高。這些模塊旨在支持各種應用，例如用于10公里傳輸的40G-LR4和用于100G 2公里傳輸的100G-CWDM4。

升級路徑 2008–2014 2013–2019 2017–2021 2019~
數據中心園區 40G-LR4 40G-LR4；100G-CWDM4 100G-CWDM4 200G-FR4
樓內 40G-eSR4；4x10G-SR 40G-eSR4 100G-SR4 200G-DR4
機架內 六類 10G有源光纜 25G有源光纜 100G有源光纜
服務器數據速率 1G 10G 25G 100克

隨著時間的推移，400G或800G等更高速率的數據中心模塊將越來越受歡迎。下圖揭示了 2016-2021 年交換機端口過渡的趨勢。很明顯，2017-2019年100G是主流，2019年開始400G大放異彩，2021年開始800G，期間200G相對于400G是曇花一現。所以圖中沒有加上200G。

數據中心光收發器焦點：趨勢、挑戰和影響

此外，數據中心正在采用脊葉結構，而不是傳統的三層結構。新結構可以最大化服務器之間的連接性，迫使數據中心轉向更高數據速率的互連，并增強更高速數據中心收發器的快速部署。這是一個以預期方式部署了 200G 和 400G 的數據中心 spine-leaf 結構。

數據中心光收發器焦點：趨勢、挑戰和影響

數據中心光收發器面臨的挑戰

隨著數據中心的快速發展，如何設計、制造、使用和維護收發器將面臨更加嚴峻的挑戰。

成本控制

控制收發器成本并不容易。數據中心流量的增長加速了對下一代網絡設備的需求。這些設備必須支持更高的端口密度和更快的速度。這推動了大規模部署光模塊的需求。但是，隨著端口速度的提高，每比特的成本也會隨之上升，尤其是收發器，占據了硬件總成本的很大一部分。例如，第三方400G光模塊的價格就高達數千美元，更不用說代工了。而如果網絡服務商需要大規模部署400G網絡，成本將非常高昂。

模組設計與制造

現在很多像5G這樣的高速率應用導致數據中心交換機和服務器的端口速率提升，導致服務器和交換機的ASIC容量增加。然后電信號速率將從 25Gb/s 遷移到 50Gb/s、100Gb/s 或更高，以使所有容量能夠進入或退出 ASIC。每次速率增加時，將電信號通過線路卡移動到路由器或交換機的前面板的挑戰變得更大，導致光纖模塊的速度需求增加以及模塊設計和制造的復雜性。

互操作性

數據中心的設備通常由不同的供應商提供。雖然光模塊有標準的接口要求，但不同廠商提供的光模塊都有不同的模塊編碼。一個制造商提供的收發器可能與其他制造商不兼容。即使第三方收發器供應商逐漸進入解決問題，這些模塊的供應商鎖定情況和互操作性仍然是一個大問題。

可持續性

數據中心設備在工作時會產生大量熱量。熱量難以散發，會使室內溫度急劇升高。這將使物理設備處于極其不利的高溫環境中，很容易導致機器故障甚至停機。在數據中心系統中，高密度光模塊也會產生一定的熱量，對數據中心降溫有負面影響。因此，隨著數據速率的提高，降低模塊功耗顯得尤為重要。高速、高密度、低功耗的光模塊支撐將成為數據中心可持續發展的重要舉措。

數據中心收發器會帶來哪些影響？

隨著不久的將來對高數據速率收發器的需求，OEM 模塊的市場份額將越來越小，因為它們的成本高且市場不那么成熟。與此同時，第三方收發器也有可能崛起。此外，它對網絡設備提供商的要求也更高，他們必須提供具有廣泛兼容性的設備。

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