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科技的飛速發(fā)展，使人們的生活日新月異。5G、大數據、區塊鏈、云計算、物聯(lián)網(wǎng)以及人工智能等應用市場(chǎng)快速發(fā)展，給數據流量帶來(lái)了爆炸性增長(cháng)，數據中心互聯(lián)逐漸發(fā)展成為光通信的研究熱點(diǎn)。當前高速光模塊應用場(chǎng)景主要分為互聯(lián)網(wǎng)數據中心網(wǎng)絡(luò )和城域網(wǎng)光傳送網(wǎng)絡(luò )及以5G承載網(wǎng)為代表的電信網(wǎng)絡(luò )。https://www.gigalight.com/cn/products.html 
光模塊在數據中心的應用 現在的數據中心已不再僅僅是一座或幾座機房，而是一組數據中心集群。為實(shí)現各種互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)和應用市場(chǎng)的正常工作，要求數據中心之間協(xié)同運轉。數據中心之間信息實(shí)時(shí)海量交互，這就產(chǎn)生了數據中心互聯(lián)網(wǎng)絡(luò )需求，光纖通信則成為了實(shí)現互聯(lián)的必要手段。 與傳統的電信接入網(wǎng)傳輸設備不同，數據中心互聯(lián)要實(shí)現信息量更大、更密集的傳輸，就要要求交換設備擁有更高速率、更低功耗，以及更加小型化。而決定這些性能是否能夠實(shí)現的一個(gè)核心因素，則是光模塊。信息網(wǎng)絡(luò )主要以光纖作為傳輸介質(zhì)，但目前計算、分析還必須基于電信號，而光模塊就是實(shí)現光電轉換的核心器件。 數據中心通信光模塊可按照連接類(lèi)型分為三類(lèi)： �。�1）數據中心到用戶(hù)，由訪(fǎng)問(wèn)云端進(jìn)行瀏覽網(wǎng)頁(yè)、收發(fā)電子郵件和視頻流等終端用戶(hù)行為產(chǎn)生； �。�2）數據中心互聯(lián)，主要用于數據復制、軟件和系統升級； �。�3）數據中心內部，主要用于信息的存儲、生成和挖掘。根據預測，數據中心內部通信占數據中心通信70％以上的比例，數據中心建設的大發(fā)展，也就催生了高速光模塊的發(fā)展。 數據流量持續增長(cháng)，數據中心大型化、扁平化趨勢推動(dòng)光模塊向兩方面發(fā)展： · 傳輸速率需求提升 · 數量需求增長(cháng) 數據中心大型化趨勢導致傳輸距離需求提升，多模光纖的傳輸距離受限于信號速率的提升，預計將逐漸被單模光纖代替。而光纖鏈路成本由光模塊和光纖兩部分組成，針對不同的距離，也有不同的適用方案。就數據中心通信所需的中長(cháng)距離互聯(lián)而言，有著(zhù)誕生自MSA的兩種革命性方案： · PSM4（Parallel Single Mode 4 lanes） · CWDM4（Coarse Wavelength Division Multiplexer 4 lanes） 其中，PSM4光纖使用量是CWDM4的4倍，當鏈路的距離較長(cháng)時(shí)，CWDM4方案成本則相對較低。 國內外數據中心光模塊的應用有所區別。 美國數據中心內部交換機互連以單模光纖為主，在100G時(shí)代廣泛采用CWDM4/PSM4光模塊， 400G時(shí)代目前以DR4為主；服務(wù)器與交換機互連大多采用電纜DAC。隨著(zhù)時(shí)間的推移和模塊速率的提升，美國數據中心內部互聯(lián)方案中多模光纖和直連電纜DAC的比重將越來(lái)越低。 中國數據中心內部交換機互連以多模光纖為主，單模光纖占比逐漸上升。目前國內400G的需求很少，在100G時(shí)代采用SR4/CWDM4模塊，服務(wù)器和交換機之間的互連大多采用有源光纜AOC。 光纖傳送網(wǎng)中的翹楚：CWDM光模塊 CWDM光模塊采用CWDM技術(shù)，可以通過(guò)外接波分復用器，將不同波長(cháng)的光信號復合在一起，通過(guò)一根光纖進(jìn)行傳輸，從而節約光纖資源。同時(shí)，接收端需要使用波分解復用器對復光信號進(jìn)行分解。 CWDM光模塊通常用于CWDM系統內，比DWDM光模塊的成本要低，應用也十分廣泛。在一個(gè)CWDM系統內，CWDM光模塊插在交換機里，用跳線(xiàn)將CWDM光模塊和CWDM分解復用器或OADM光分插復用連接進(jìn)行工作。 CWDM光模塊在CWDM系統內發(fā)揮了巨大的作用，成功解決了光纖傳送網(wǎng)中的問(wèn)題。CWDM光模塊有8大優(yōu)勢，總結如下： 1、對數據的“透明”傳輸； 2、超大容量，充分利用光纖巨大的帶寬資源； 3、大大節省了光纖資源，降低建設成本； 4、高度的組網(wǎng)靈活性、經(jīng)濟性以及可靠性； 5、可全光網(wǎng)交換，實(shí)現長(cháng)距離的無(wú)電中繼傳輸； 6、簡(jiǎn)化的激光器模塊，從而減小了設備的體積，節約機房空間； 7、光層恢復獨立于業(yè)務(wù)和速率，可對數據進(jìn)行有效保護； 8、無(wú)需半導體制冷器和溫度控制功能，所以可以明顯減小功耗，僅為DWDM的12.5%。 5G承載光模塊應用場(chǎng)景 5G時(shí)代即將到來(lái)，為光通信領(lǐng)域帶來(lái)無(wú)限的商機，基于5G基站的光模塊成為近兩年的研究熱點(diǎn)。5G承載網(wǎng)絡(luò )一般分為城域接入層、城域匯聚層、城域核心層/省內干線(xiàn)，實(shí)現5G業(yè)務(wù)的前傳和中回傳功能，其中各層設備之間主要依賴(lài)光模塊實(shí)現互連。 5G前傳網(wǎng)絡(luò )條件下25Gb/s（eCPRI/CPRI）速率模塊以SFP28為主，雙纖雙向、單纖雙向、25G WDM（包含Tunable波長(cháng)可調諧）模塊等方案可減少光纖使用量大幅降低建設成本。 中傳可利用現有成熟的25G光器件，采用PAM4技術(shù)將光器件帶寬提升一倍；10km和40km傳輸距離將覆蓋90%以上的應用場(chǎng)景，超過(guò)80km的傳輸距離則采用相干技術(shù)。 5G光模塊典型應用場(chǎng)景及需求分析如表1所示。
5G前傳的典型應用場(chǎng)景如圖2所示，包括光纖直連、無(wú)源WDM和有源WDM/光傳送網(wǎng)（OTN）/切片分組網(wǎng)（SPN）等。光纖直連場(chǎng)景一般采用25Gb/s灰光模塊，支持雙纖雙向和單纖雙向兩種類(lèi)型，主要包括300m和10km兩種傳輸距離。無(wú)源WDM場(chǎng)景主要包括點(diǎn)到點(diǎn)無(wú)源WDM和WDM-PON等，采用一對或一根光纖實(shí)現多個(gè)AAU到DU間的連接，典型需要10Gb/s或25Gb/s彩光模塊。有源WDM/OTN場(chǎng)景，在AAU/DU至WDM/OTN/SPN設備間一般需要10Gb/s或25Gb/s短距灰光模塊，在WDM/OTN/SPN設備間需要N×10/25/50/100Gb/s等速率的雙纖雙向或單纖雙向彩光模塊。
圖2 | 5G前傳典型應用場(chǎng)景 5G前傳應用場(chǎng)景對光模塊的典型要求如下： �。�1） 滿(mǎn)足工業(yè)級溫度范圍，可靠性要求高：考慮AAU全室外應用環(huán)境，前傳光模塊需滿(mǎn)足-40℃~+85℃的工業(yè)級溫度范圍，以及防塵等要求。 �。�2） 低成本：5G光模塊總需求量預計超過(guò)4G，尤其前傳光模塊可能存在數千萬(wàn)量級的需求，低成本是產(chǎn)業(yè)對光模塊的主要訴求之一。5G中回傳覆蓋城域接入層、匯聚層與核心層，所需光模塊與現有傳送網(wǎng)及數據中心使用的光模塊技術(shù)差異不大，接入層將主要采用25Gb/s、50Gb/s、100Gb/s等速率的灰光或彩光模塊，匯聚層及以上將較多采用100Gb/s、200Gb/s、400Gb/s等速率的DWDM彩光模塊。 5G承載光模塊發(fā)展現狀 目前，國內外標準化組織國際電聯(lián)（ITU-T）、電氣和電子工程師協(xié)會(huì )（IEEE）、光互聯(lián)論壇（OIF）、4WDM等多源協(xié)議（MSA）、中國通信標準化協(xié)會(huì )（CCSA）等正在開(kāi)展5G承載相關(guān)的光模塊規范制定，涉及的模塊類(lèi)型和接口特性各不相同、種類(lèi)繁雜。前傳光模塊主要包括25Gb/s和100Gb/s兩大速率類(lèi)型，支持數百m到20km的典型傳輸距離，具體技術(shù)現狀如表2所示。
5G中回傳光模塊主要包括25Gb/s、50Gb/s、100Gb/s、200Gb/s、400Gb/s等多種速率，典型傳輸距離從幾km到數百km，支持CPRI、eCPRI、以太網(wǎng)、OTN等多種接口協(xié)議，以及NRZ、PAM4、DMT等調制格式，具體技術(shù)現狀如表3所示。
隨著(zhù)光器件芯片技術(shù)、標準和應用需求的發(fā)展，未來(lái)光模塊類(lèi)型可能還會(huì )增加。過(guò)多的產(chǎn)品類(lèi)型和規格將導致光模塊整體產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)碎片化，造成產(chǎn)業(yè)鏈上下游研發(fā)、制造與運維等諸多環(huán)節資源浪費。 易飛揚于近期更新了5G前傳工業(yè)設計標準的10G系列模塊，并成功進(jìn)擊韓國市場(chǎng)。當然，由于5G前傳市場(chǎng)對于25G以及更高速率的要求，易飛揚也可以提供相應的解決方案。 |
