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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，全球光模塊市場也發(fā)展迅速。2018年全球光模塊市場規(guī)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(shù)據(jù)中心模塊的發(fā)展與光設備及其連接方式密切相關。這兩者決定了數(shù)據(jù)中心是否需要以及需要??多少個光收發(fā)器。
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(shù)據(jù)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(yè)服務器接入逐漸從1G-10G變?yōu)?0G-25G，而巨型云服務器接入逐漸從10G-40G變?yōu)?5/50G-50/ 2018年100G。
| 網(wǎng)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(yè)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(shù)據(jù)速率，以保證整體網(wǎng)絡性能。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?shù)?0G-LR4和用于100G 2公里傳輸?shù)?00G-CWDM4。
| 升級路徑 | 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 |
| 機架內(nèi) | 六類 | 10G有源光纜 | 25G有源光纜 | 100G有源光纜 |
| 服務器數(shù)據(jù)速率 | 1G | 10G | 25G | 100克 |
隨著時間的推移，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(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，并增強更高速數(shù)據(jù)中心收發(fā)器的快速部署。這是一個以預期方式部署了 200G 和 400G 的數(shù)據(jù)中心 spine-leaf 結(jié)構(gòu)。
隨著數(shù)據(jù)中心的快速發(fā)展，如何設計、制造、使用和維護收發(fā)器將面臨更加嚴峻的挑戰(zhàn)。
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下一代網(wǎng)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(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光模塊的價格就高達數(shù)千美元，更不用說代工了。而如果網(wǎng)絡服務商需要大規(guī)模部署400G網(wǎng)絡，成本將非常高昂。
現(xiàn)在很多像5G這樣的高速率應用導致數(shù)據(jù)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(zhàn)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。
數(shù)據(jù)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(fā)器可能與其他制造商不兼容。即使第三方收發(fā)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。
數(shù)據(jù)中心設備在工作時會產(chǎn)生大量熱量。熱量難以散發(fā)，會使室內(nèi)溫度急劇升高。這將使物理設備處于極其不利的高溫環(huán)境中，很容易導致機器故障甚至停機。在數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)中，高密度光模塊也會產(chǎn)生一定的熱量，對數(shù)據(jù)中心降溫有負面影響。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。
隨著不久的將來對高數(shù)據(jù)速率收發(fā)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(fā)器也有可能崛起。此外，它對網(wǎng)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。
