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光通信前景如何?能詳細說說嗎

作為雲計算最重要的基礎設施之壹,雲計算的高度繁榮和雲服務提供商資本支出的膨脹直接帶動了數據中心的繁榮。從長遠來看,高速數據流量增長的趨勢幾乎不可逆轉。隨著5G的大規模建設,萬物互聯將導致流量爆發式增長,下遊的VR/AR、超高清視頻、車聯網等爆發式應用也將帶來海量的流量需求,所以從長期來看,全球數據流量必將呈現高速增長的趨勢。面對日益旺盛的需求,迫切需要升級數據中心的葉脊架構和速度,這將帶來對數字光模塊數量和速度提升的強烈需求。

100G光模塊仍是主力,價格承壓但需求持續增長。

100G數字光模塊的規格很多,其中PSM4和CWDM4占了很大比重。100G光模塊有很多種。按通道數分,有4x25G四路光模塊和1x100G單路光模塊。如果按封裝方式分類,有QSFP28、CFP4等光模塊產品。根據是否采用波分復用技術,有PSM4光模塊和CWDM4光模塊。根據應用場景的傳輸距離,有SR4、LR4等光模塊產品。但目前根據產業鏈研究的結果,在整個100G光模塊市場中,100G PSM4和100G CWDM4光模塊所占的比重最大,占到了近三分之二。由於CWDM4能顯著節約光纖資源,因此更受下遊客戶青睞,約占45%。

100G DR1/FR1光模塊市場超預期,未來在數據通信領域戰略意義重大。

100G DR1/FR1光模塊采用單通道100G模式,1310nm波長EML激光器替代傳統的25G DFB激光器實現50G帶寬,加入DSP實現高精度PAM4調制,從而實現100G。目前由於25G DFB芯片和相應的驅動、TIA等電學芯片相對成熟,成本相對較低,而EML和DSP目前成本相對較高,100G DR1/FR1光模塊的價格相對於100G CWDM4沒有競爭優勢。根據產業鏈調查,100G DR1/FR1的市場規模預計在2021年達到200萬。雖然暫時在成本上沒有優勢,但戰略意義重大,主要體現在以下三點:

目前,100G DR1/FR1可替代2km以下所有不同方案的100G QSFP28系列光模塊產品,兼容性極佳,簡單升級後可替代100G LR4光模塊產品與10km級別(電氣方案不變)。

由於DR1/FR1只采用單通道,所以整體成本低於四通道。隨著EML和DSP芯片的逐漸成熟,價格下降到壹定程度,100G DR1/FR1將成為性價比最高的產品;

DR1/FR1可以通過Breakout方案直接互聯100G和400G的傳輸系統,簡單,成本低。

100G光模塊價格壓力大,未來降本增效意義重大。

降成本的主要動力是芯片,國產替代穩步推進。光模塊的核心部件包括光芯片、電芯片和光無源器件。在100G光學模塊中,光學芯片包括發射器處的激光器(LD)、監測檢測器(MPD)和接收器處的光電檢測器(PD)。電子芯片包括發送端的時鐘同步恢復(CDR)、驅動器、接收端的CDR、跨阻放大器(TIA)、電源控制芯片和MCU。光電芯片的成本平均占總成本的50%左右,對光模塊的成本影響很大。目前25G光芯片可以部分替代國產,電芯片部分產品已經研發成功。如果後續芯片能完全用國產替代,100G光模塊的成本會進壹步降低。

200G光模塊的需求已經超出市場預期,高性價比是重要選項。

200G光模塊具有優異的性價比,是數據中心速度升級路徑上的重要產品。200G光模塊的傳輸速率在100G到400G之間,因此被認為是壹種過渡性的光模塊產品。目前市場上部分客戶采用100G-200G光模塊的升級方案。雖然錯過了100G-400g直接升級的最短路徑,但是200G的產業鏈更加成熟,基於100G光模塊的設計改動更小,是壹款性價比非常高的產品。

200G光模塊的主流方案:QSFP-DD和QSFP56。

200G QSFP-DD封裝,即8x25G結構,25G帶寬DML激光器,單通道25G NRZ調制方案;200G QSFP56封裝模式,即采用4x50G結構,調制方案為PAM4模式。

全系列200G光模塊可廣泛應用於各種場景,市場空間廣闊。除了技術方案不同,200G光模塊按照傳輸距離可以分為SR、DR、FR、LR等。用於數據中心,主要是SR和FR光模塊產品。雖然400G光模塊已經大規模出貨,但是200G光模塊的市場依然廣闊。產業鏈調查顯示,今年200G光模塊總需求量在1萬-1.5萬之間,超出市場預期,明年需求量將超過200萬。

400G光模塊市場持續火爆。

400G光模塊是數據中心速度升級的重要光互聯產品之壹。隨著5G建設的逐步實施,雲計算需求日益旺盛,物聯網設備的指數級增長將帶來數據傳輸和計算需求的快速增長。作為新壹代數字地產,數據中心是重要的數字基礎設施之壹。為了應對數據處理需求的爆炸式增長,數據中心也在進行速度的代際升級。機櫃中的服務器和TOR交換機以10G/25G為主,正在向50G/100G過渡。目前,葉子交換機和主幹交換機之間的互聯,數據中心之間的互聯主要是40G/100G,正在向400G過渡。

400G光模塊因其種類和應用場景的多樣性,在數據中心得到了廣泛的應用。

400G和100G光模塊壹樣,根據距離遠近和是否采用WDM,可以分為各種光模塊產品。同時,400G根據封裝方式可分為QSFP-DD和OSFP兩種方案。QSFP-DD封裝方案相對較小,而OSFP封裝方案較大,但散熱相對較好。電端口方面,目前400G光模塊全部采用8x50G電信號傳輸方案;光口方面,主要分為8x50G和4x100G兩種方案,對應的產品分別是SR8/DR8/FR8和SR4/DR4/FR4系列光模塊。在8x50G光口方案中,光口側和電口側的信號速度相同,都是8x50G PAM4信號。因此,光模塊中的時鐘恢復只需要CDR。在4x100G方案中,光口側的信號速度是電口側的兩倍,為4x100G PAM4信號。所以需要齒輪箱將兩路電信號復用成壹路,然後調制成光進行光電轉換成為壹路光信號。

400G光模塊技術門檻較高,國內廠商處於領先地位。

100G光模塊在技術方案、工藝積累、產業鏈完備性等方面都非常成熟,所以進入門檻比較低,湧入了很多光模塊廠商,對產品價格造成了很大沖擊。400G光模塊在電路、光路、固件、生產良率、可靠性等方面都有較高的門檻,所以目前市場上能夠大批量供貨的光模塊廠商並不多。另壹方面,400G光模塊是數據中心的下壹代產品,處於代際升級初期,未來市場空間廣闊。國內廠商在400G光模塊時代處於世界領先地位,先發優勢有助於提高利潤質量,並在此基礎上進行800G等更高速產品的研發。

800G光模塊的R&D窗口已經到來,將成為下壹個主戰場。

800G光模塊的技術方案包括2x400G和8x100G,封裝方式與400G類似,包括OSFP和QSFP DD800。OSFP封裝模式主要由OSFPMSA組織定義,該組織發布了800G光模塊4.0版規範文檔。QSFP DD800封裝方法由QSFP DD800 MSA組織定義,已經發布了1.0版本的規範文檔。2x400G方案和8x100G方案的電口和光口速度都是100Gbps。主要區別在於使用的波長和相應的光學接口。2x400G采用LWDM84波長,光接口為2xCS。如果8x100G是DR,則采用1365438+。

相幹光模組的規模效應降低了成本,下沈到多個應用場景,OpenZR+優勢明顯。

相幹光模塊起初適用於傳輸距離大於1000km的骨幹網,之後逐漸下沈到傳輸距離為100 km至1000km的城域網、傳輸距離小於100km的邊緣接入網、80 ~ 120 km的數據中心互聯區域(DCI)。隨著相幹光模塊的大規模量產,成本不斷下降,將在5G接入網等需求更大的市場得到廣泛應用。目前400G相幹光模組有三個標準,分別是400GZR、OpenROADM和OpenZR+。其中,OpenZR+結合了400GZR和OpenROADM的優勢,應用範圍更廣,面向城域網、骨幹網、DCI和電信運營商,可以支持多個供應商的互操作。

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