7/19/2021，光纖在線訊，6月23~25日，在CFCF2021光連接大會(huì)上，華工正源技術(shù)總監(jiān)周秋桂發(fā)表《數(shù)據(jù)中心光模塊的需求和發(fā)展趨勢(shì)》的主題演講，分享了數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)概況、數(shù)據(jù)中心光模塊演進(jìn)和數(shù)據(jù)中心硅光技術(shù)展望。



周總認(rèn)為，數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)的建設(shè)積極推動(dòng)光模塊產(chǎn)品的迭代，800G及以上速率的模塊或在2025年之后成為市場(chǎng)主力；而硅光模塊迎來(lái)大發(fā)展已經(jīng)成為業(yè)界共識(shí)，盡管光模塊的形態(tài)可能從可插拔，發(fā)展到板載和CPO等，但硅光技術(shù)都能提供一個(gè)很好的技術(shù)平臺(tái)。

一、數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)概況
據(jù)Synergy Research最新數(shù)據(jù)，截止 2020 年底，全球 20 家主要云和互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)公司運(yùn)營(yíng)的大型數(shù)據(jù)中心總數(shù)已增至 597 個(gè)。全球17個(gè)國(guó)家開(kāi)設(shè)了數(shù)據(jù)中心，其中新增數(shù)據(jù)中心最多的是美國(guó)、韓國(guó)、中國(guó)等。國(guó)際市場(chǎng)上超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)，亞馬遜、微軟和谷歌總合計(jì)超過(guò)50%。其中亞馬遜和谷歌勢(shì)頭尤其猛，新開(kāi)設(shè)的數(shù)據(jù)中心占 2020 年全球新增數(shù)據(jù)中心的一半。

中國(guó)數(shù)據(jù)中心建設(shè)已經(jīng)駛?cè)肟燔?chē)道，2020 年，中國(guó)大陸開(kāi)建數(shù)據(jù)中心數(shù)量達(dá)到104個(gè)，其中中國(guó)移動(dòng)開(kāi)建項(xiàng)目最多。除了三大運(yùn)營(yíng)商和BAT之外，參與數(shù)據(jù)中心建設(shè)的第三方服務(wù)商、金融/政府機(jī)構(gòu)等有近50家。

數(shù)據(jù)中心的建設(shè)帶來(lái)數(shù)通光模塊的大規(guī)模需求，根據(jù)Omdia預(yù)測(cè)，在未來(lái)5年內(nèi)，應(yīng)用于數(shù)通市場(chǎng)的光模塊占比將從目前的40%左右進(jìn)一步提高到60%。

數(shù)通光模塊的年銷(xiāo)售額，預(yù)計(jì)從2020年接近30億美元，快速增長(zhǎng)至2026年超過(guò)75億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到20%。從模塊的速率來(lái)看，100G將慢慢退出，讓位給200G和400G模塊，尤其是400G模塊。800G也會(huì)逐漸開(kāi)始上量。同時(shí)，數(shù)據(jù)中心中銅纜直連和有源光纜市場(chǎng)也會(huì)有所增長(zhǎng)，400G市場(chǎng)尤其值得期待。

25G serdes基本上對(duì)應(yīng)的100G光模塊，2016年開(kāi)始上量，有超過(guò)10年的產(chǎn)品周期壽命。而400G光模塊2019年開(kāi)始發(fā)貨，2020年開(kāi)始上量，但是到2025年其出貨量可能就會(huì)大幅下降，800G及以上速率的模塊將快速成為市場(chǎng)絕對(duì)主力。

整體來(lái)講，光模塊數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)的客戶在速率與成本的追求是比傳統(tǒng)電信市場(chǎng)客戶更加激進(jìn)的，作為光模塊供應(yīng)商，華工正源也會(huì)對(duì)應(yīng)的加大新技術(shù)投入的力度來(lái)迎接這個(gè)市場(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì)。

二、數(shù)據(jù)中心光模塊演進(jìn)
數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)流主要是發(fā)生在同一個(gè)數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器之間，也就是我們說(shuō)的“東西向數(shù)據(jù)流”，這部分?jǐn)?shù)據(jù)流占了數(shù)據(jù)中心總數(shù)據(jù)流的四分之三，所以數(shù)通市場(chǎng)需要大量的中短距離通信模塊。Serdes通道數(shù)的增加，對(duì)應(yīng)光通道數(shù)也是相應(yīng)的增加，所以光模塊的集成度是需要不斷的提高的。

整體來(lái)講，40G以下，單通道模塊是主流，40G到100G再到200G，模塊大體經(jīng)歷的是前期4通道為主，后期實(shí)現(xiàn)單通道產(chǎn)品。但到了400G、800G，預(yù)計(jì)前期是8通道，后續(xù)發(fā)展成為4通道，在非相干的直調(diào)直檢領(lǐng)域，單通道產(chǎn)品形態(tài)比較難。1.6T也會(huì)是同樣的趨勢(shì)。而到了3.2T，可能是16通道導(dǎo)入，8通道形成最終形態(tài)。通道數(shù)增加，對(duì)應(yīng)模塊集成度的提高，這是一個(gè)比較明顯的發(fā)展趨勢(shì)。

數(shù)通市場(chǎng)的發(fā)展也會(huì)帶動(dòng)以ZR為代表的相干模塊的發(fā)展。相干技術(shù)已成為100Gps、200Gbps以及400Gbps長(zhǎng)距離傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)技術(shù)方案，從傳輸市場(chǎng)，到城域網(wǎng)與數(shù)據(jù)中心間高速互聯(lián)DCI，相干技術(shù)市場(chǎng)是快速推進(jìn)的。相干模塊發(fā)貨量預(yù)期接下來(lái)5年內(nèi)預(yù)期會(huì)有5倍左右的增長(zhǎng)，相干模塊出貨數(shù)量不是非常高，但單價(jià)高，接下來(lái)幾年可插拔光模塊也是數(shù)通市場(chǎng)光模塊的一個(gè)重要增長(zhǎng)點(diǎn)。

面對(duì)數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)的需求，特別是集成度越來(lái)越高的要求，選擇的一個(gè)重要技術(shù)方向是硅光。硅光技術(shù)有著高速、高可靠性等優(yōu)勢(shì)，硅光正在成為相干光模塊的主流技術(shù)。所以，基于硅光技術(shù)的光模塊迎來(lái)大發(fā)展已經(jīng)成為行業(yè)共識(shí)。

三、數(shù)據(jù)中心硅光技術(shù)展望
如果考慮光纖體積、光纖數(shù)量在高速數(shù)通市場(chǎng)布局中越來(lái)越復(fù)雜，共封裝CPO新技術(shù)可能會(huì)來(lái)的更早。

當(dāng)前，更多的同仁開(kāi)始關(guān)注空間復(fù)用，包括多芯、少模光纖等新型技術(shù)再采用PLC耦合分光方案，但如果采用硅光技術(shù)，可以在對(duì)應(yīng)的各個(gè)光芯片的端面放置一個(gè)光柵耦合器，多路光信號(hào)就很方便地進(jìn)入了硅光芯片內(nèi)部，而少模波導(dǎo)的解復(fù)硅光芯片尺寸也可以控制的更小。

除了光電接口的優(yōu)化，硅光芯片的片上集成技術(shù)發(fā)展也為下一代光模塊提供一些很好的思路。比如硅是一種非常理想的APD倍增層材料，高性能高速鍺硅APD在10年前就有很好的試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果。用硅光APD做接收端，集成度提高降低元件尺寸是只一個(gè)方面，控制總功耗，防止芯片或系統(tǒng)過(guò)熱也至關(guān)重要。當(dāng)然數(shù)通短距是否能接受APD方案，成本也許會(huì)是問(wèn)題。但是華工正源非常看好硅光APD技術(shù)在包括高速接入等各種場(chǎng)景的應(yīng)用前景。

硅光還可以考慮SOA的異質(zhì)集成。比如這個(gè)2xFR4或2xLR4方案，通過(guò)收端集成2個(gè)SOA可以大幅度提高收端靈敏度。與相干相比，用硅光SOA異質(zhì)集成方案可以在DSP上大幅度節(jié)省成本和功耗。

在發(fā)射端，目前大家用的基本上都是MZM調(diào)制，則可以通過(guò)微環(huán)調(diào)制器大幅度提高芯片集成度，縮小尺寸。此外，發(fā)射端調(diào)制器可以通過(guò)引入新材料，比如薄膜鈮酸鋰調(diào)制器、鍺硅或磷化銦光電吸收調(diào)制器來(lái)提高性能，減少器件尺寸，降低功耗，提高硅光芯片集成度。

從以上技術(shù)趨勢(shì)來(lái)看，雖然硅光PIC存在波長(zhǎng)限制這個(gè)尺寸極限(目前的集成度離波長(zhǎng)極限還有2-3個(gè)數(shù)量級(jí))，按照當(dāng)前 “光電芯片摩爾定律”的速度，靠硅光技術(shù)還可以持續(xù)20-30年。盡管光模塊的形態(tài)可能從可插拔，發(fā)展到板載和CPO等，但硅光技術(shù)都能提供一個(gè)很好的技術(shù)平臺(tái)。

周總介紹說(shuō)，華工正源擁有硅光設(shè)計(jì)、封測(cè)能力，華工科技集團(tuán)戰(zhàn)略投入，開(kāi)發(fā)低成本、高性能光芯片/光器件/光模塊的無(wú)縫連接，期待未來(lái)聯(lián)手國(guó)內(nèi)代工廠，積極開(kāi)發(fā)制程國(guó)有化。