近年來，隨著光通信的快速發(fā)展和光器件投資的不斷增加，全球光模塊市場(chǎng)也發(fā)展迅速。2018年全球光模塊市場(chǎng)規(guī)模為63億美元，比2017年增長12.5%，預(yù)計(jì)2020年將達(dá)到71億美元。數(shù)據(jù)中心模塊的發(fā)展與光設(shè)備及其連接方式密切相關(guān)。這兩者決定了數(shù)據(jù)中心是否需要以及需要??多少個(gè)光收發(fā)器。
數(shù)據(jù)中心光模塊趨勢(shì)
由于云計(jì)算和 5G 等應(yīng)用對(duì)更高速率的需求不斷增加，因此不同位置的數(shù)據(jù)中心設(shè)備必須適應(yīng)這種變化并相應(yīng)地遷移到更高速率。例如下圖服務(wù)器接入交換機(jī)速率遷移，2014年企業(yè)服務(wù)器接入逐漸從1G-10G變?yōu)?0G-25G，而巨型云服務(wù)器接入逐漸從10G-40G變?yōu)?5/50G-50/ 2018年100G。
| 網(wǎng)絡(luò)位置 |
2014 |
2016年 |
2018 |
| 兆云服務(wù)器訪問 |
10GE-40GE |
40GE-25/50GE |
25/50GE-50/100GE |
| 第 2/3 層云服務(wù)器訪問 |
1GE-10GE |
10GE-25GE |
25GE-50GE |
| 企業(yè)服務(wù)器訪問 |
1GE-10GE |
1GE-10GE |
10GE-25GE |
由于設(shè)備越來越先進(jìn)，速率越來越高，因此要求模塊必須具有相同的數(shù)據(jù)速率，以保證整體網(wǎng)絡(luò)性能。自2008年以來，數(shù)據(jù)中心園區(qū)的收發(fā)器帶寬已從40G升級(jí)到100G甚至更高。這些模塊旨在支持各種應(yīng)用，例如用于10公里傳輸?shù)?0G-LR4和用于100G 2公里傳輸?shù)?00G-CWDM4。
| 升級(jí)路徑 |
2008–2014 |
2013–2019 |
2017–2021 |
2019~ |
| 數(shù)據(jù)中心園區(qū) |
40G-LR4 |
40G-LR4；100G-CWDM4 |
100G-CWDM4 |
200G-FR4 |
| 樓內(nèi) |
40G-eSR4；4x10G-SR |
40G-eSR4 |
100G-SR4 |
200G-DR4 |
| 機(jī)架內(nèi) |
六類 |
10G有源光纜 |
25G有源光纜 |
100G有源光纜 |
| 服務(wù)器數(shù)據(jù)速率 |
1G |
10G |
25G |
100克 |
隨著時(shí)間的推移，400G或800G等更高速率的數(shù)據(jù)中心模塊將越來越受歡迎。下圖揭示了 2016-2021 年交換機(jī)端口過渡的趨勢(shì)。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(duì)于400G是曇花一現(xiàn)。所以圖中沒有加上200G。
此外，數(shù)據(jù)中心正在采用脊葉結(jié)構(gòu)，而不是傳統(tǒng)的三層結(jié)構(gòu)。新結(jié)構(gòu)可以最大化服務(wù)器之間的連接性，迫使數(shù)據(jù)中心轉(zhuǎn)向更高數(shù)據(jù)速率的互連，并增強(qiáng)更高速數(shù)據(jù)中心收發(fā)器的快速部署。這是一個(gè)以預(yù)期方式部署了 200G 和 400G 的數(shù)據(jù)中心 spine-leaf 結(jié)構(gòu)。
數(shù)據(jù)中心光收發(fā)器面臨的挑戰(zhàn)
隨著數(shù)據(jù)中心的快速發(fā)展，如何設(shè)計(jì)、制造、使用和維護(hù)收發(fā)器將面臨更加嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。
成本控制
控制收發(fā)器成本并不容易。數(shù)據(jù)中心流量的增長加速了對(duì)下一代網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的需求。這些設(shè)備必須支持更高的端口密度和更快的速度。這推動(dòng)了大規(guī)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(huì)隨之上升，尤其是收發(fā)器，占據(jù)了硬件總成本的很大一部分。例如，第三方400G光模塊的價(jià)格就高達(dá)數(shù)千美元，更不用說代工了。而如果網(wǎng)絡(luò)服務(wù)商需要大規(guī)模部署400G網(wǎng)絡(luò)，成本將非常高昂。
模組設(shè)計(jì)與制造
現(xiàn)在很多像5G這樣的高速率應(yīng)用導(dǎo)致數(shù)據(jù)中心交換機(jī)和服務(wù)器的端口速率提升，導(dǎo)致服務(wù)器和交換機(jī)的ASIC容量增加。然后電信號(hào)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(jìn)入或退出 ASIC。每次速率增加時(shí)，將電信號(hào)通過線路卡移動(dòng)到路由器或交換機(jī)的前面板的挑戰(zhàn)變得更大，導(dǎo)致光纖模塊的速度需求增加以及模塊設(shè)計(jì)和制造的復(fù)雜性。
互操作性
數(shù)據(jù)中心的設(shè)備通常由不同的供應(yīng)商提供。雖然光模塊有標(biāo)準(zhǔn)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(gè)制造商提供的收發(fā)器可能與其他制造商不兼容。即使第三方收發(fā)器供應(yīng)商逐漸進(jìn)入解決問題，這些模塊的供應(yīng)商鎖定情況和互操作性仍然是一個(gè)大問題。
可持續(xù)性
數(shù)據(jù)中心設(shè)備在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量熱量。熱量難以散發(fā)，會(huì)使室內(nèi)溫度急劇升高。這將使物理設(shè)備處于極其不利的高溫環(huán)境中，很容易導(dǎo)致機(jī)器故障甚至停機(jī)。在數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)中，高密度光模塊也會(huì)產(chǎn)生一定的熱量，對(duì)數(shù)據(jù)中心降溫有負(fù)面影響。因此，隨著數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)中心可持續(xù)發(fā)展的重要舉措。
數(shù)據(jù)中心收發(fā)器會(huì)帶來哪些影響？
隨著不久的將來對(duì)高數(shù)據(jù)速率收發(fā)器的需求，OEM 模塊的市場(chǎng)份額將越來越小，因?yàn)樗鼈兊某杀靖咔沂袌?chǎng)不那么成熟。與此同時(shí)，第三方收發(fā)器也有可能崛起。此外，它對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)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(shè)備。
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