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数据中心光模块趋势,数据中心光收发器面临的挑战

2023-03-03 11:25 作者:joseph wu 阅读量:1116

近年来,随着光通信的快速发展和光器件投资的不断增加,全球光模块市场也发展迅速。2018年全球光模块市场规模为63亿美元,比2017年增长12.5%,预计2020年将达到71亿美元。数据中心模块的发展与光设备及其连接方式密切相关。这两者决定了数据中心是否需要以及需要​​多少个光收发器。

数据中心光收发器焦点:趋势、挑战和影响

数据中心光模块趋势

由于云计算和 5G 等应用对更高速率的需求不断增加,因此不同位置的数据中心设备必须适应这种变化并相应地迁移到更高速率。例如下图服务器接入交换机速率迁移,2014年企业服务器接入逐渐从1G-10G变为10G-25G,而巨型云服务器接入逐渐从10G-40G变为25/50G-50/ 2018年100G。

网络位置 2014 2016年 2018
兆云服务器访问 10GE-40GE 40GE-25/50GE 25/50GE-50/100GE
第 2/3 层云服务器访问 1GE-10GE 10GE-25GE 25GE-50GE
企业服务器访问 1GE-10GE 1GE-10GE 10GE-25GE

由于设备越来越先进,速率越来越高,因此要求模块必须具有相同的数据速率,以保证整体网络性能。自2008年以来,数据中心园区的收发器带宽已从40G升级到100G甚至更高。这些模块旨在支持各种应用,例如用于10公里传输的40G-LR4和用于100G 2公里传输的100G-CWDM4。

升级路径 2008–2014 2013–2019 2017–2021 2019~
数据中心园区 40G-LR4 40G-LR4;100G-CWDM4 100G-CWDM4 200G-FR4
楼内 40G-eSR4;4x10G-SR 40G-eSR4 100G-SR4 200G-DR4
机架内 六类 10G有源光缆 25G有源光缆 100G有源光缆
服务器数据速率 1G 10G 25G 100克

随着时间的推移,400G或800G等更高速率的数据中心模块将越来越受欢迎。下图揭示了 2016-2021 年交换机端口过渡的趋势。很明显,2017-2019年100G是主流,2019年开始400G大放异彩,2021年开始800G,期间200G相对于400G是昙花一现。所以图中没有加上200G。

数据中心光收发器焦点:趋势、挑战和影响

此外,数据中心正在采用脊叶结构,而不是传统的三层结构。新结构可以最大化服务器之间的连接性,迫使数据中心转向更高数据速率的互连,并增强更高速数据中心收发器的快速部署。这是一个以预期方式部署了 200G 和 400G 的数据中心 spine-leaf 结构。

数据中心光收发器焦点:趋势、挑战和影响

数据中心光收发器面临的挑战

随着数据中心的快速发展,如何设计、制造、使用和维护收发器将面临更加严峻的挑战。

成本控制

控制收发器成本并不容易。数据中心流量的增长加速了对下一代网络设备的需求。这些设备必须支持更高的端口密度和更快的速度。这推动了大规模部署光模块的需求。但是,随着端口速度的提高,每比特的成本也会随之上升,尤其是收发器,占据了硬件总成本的很大一部分。例如,第三方400G光模块的价格就高达数千美元,更不用说代工了。而如果网络服务商需要大规模部署400G网络,成本将非常高昂。

模组设计与制造

现在很多像5G这样的高速率应用导致数据中心交换机和服务器的端口速率提升,导致服务器和交换机的ASIC容量增加。然后电信号速率将从 25Gb/s 迁移到 50Gb/s、100Gb/s 或更高,以使所有容量能够进入或退出 ASIC。每次速率增加时,将电信号通过线路卡移动到路由器或交换机的前面板的挑战变得更大,导致光纤模块的速度需求增加以及模块设计和制造的复杂性。

互操作性

数据中心的设备通常由不同的供应商提供。虽然光模块有标准的接口要求,但不同厂商提供的光模块都有不同的模块编码。一个制造商提供的收发器可能与其他制造商不兼容。即使第三方收发器供应商逐渐进入解决问题,这些模块的供应商锁定情况和互操作性仍然是一个大问题。

可持续性

数据中心设备在工作时会产生大量热量。热量难以散发,会使室内温度急剧升高。这将使物理设备处于极其不利的高温环境中,很容易导致机器故障甚至停机。在数据中心系统中,高密度光模块也会产生一定的热量,对数据中心降温有负面影响。因此,随着数据速率的提高,降低模块功耗显得尤为重要。高速、高密度、低功耗的光模块支撑将成为数据中心可持续发展的重要举措。

数据中心收发器会带来哪些影响?

随着不久的将来对高数据速率收发器的需求,OEM 模块的市场份额将越来越小,因为它们的成本高且市场不那么成熟。与此同时,第三方收发器也有可能崛起。此外,它对网络设备提供商的要求也更高,他们必须提供具有广泛兼容性的设备。

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