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通信行业报告:云厂商CAPEX与400G产品升级,国内光模块厂商机遇(41页)

行业报告下载 2019-10-07 18 管理员

相比传统电信市场,云数据中心市场对光模块需求的差异主要体 现在:技术迭代快、速率更高、需求量更大。由于云数据中心流量增 速、网络架构、可靠性要求和机房环境与电信级网络的差异,云数据 中心对光模块的需求体现以下特点:迭代周期短、速率要求高、高密 度、低功耗等。(1)迭代周期短:数据中心流量高速增长驱动光模块 不断升级。包括光模块在内的硬件设备跌代周期在 3 年左右,而电信 级光模块的迭代周期一般在 6-7 年以上,有利于技术投入多、客户响 应快的公司。(2)速率要求高:由于数据中心流量爆发性增长,最尖 端的技术基本都最先应用在数据中心。对比 5G 和数通来看,5G 前传 回传主要应用 25G 和 100G,显著滞后于数通。(3)高密度(需求量 大):高密度的核心是为了提高交换机和服务器单板传输容量,本质 上依然是为了满足流量高速增长的需求;同时,密度越大,意味着需 要部署更多的光模块,利好产能充足的公司。继 100G 之后,行业正在向 400G 部署迈进。云数据中心的流量爆 发式增长,驱动了光模块工作速率不断升级,并呈加速态势,10G 速 率端口迭代到 40G 速率端口经历了 5 年,40G 速率端口升级到 100G 速率端口经历了 4 年,而自 2018 年开始,行业已开始 400G 架构的部 署。如前所述,未来数据中心所有的出口数据都需经过内部的海量运 算(尤其是 AI 等应用的崛起内部流量/出口流量更加庞大),数据中心 内部东西方向的流量占比提高,数据中心架构将趋向扁平化。因此, 云数据中心将成为 400G 的主要推动者。

400G 光模块标准要求单通道速率提升,NRZ 调制方式存困难, PAM4 调制成为主流。光模块提升带宽的方法一般有两种,增加通道 数或提高单通道的比特速率。行业标准普遍采用 8*50G 的折中方案, 通道数翻倍,比特速率同样翻倍。由于 NRZ 信号是采用高、低 2 种信 号电平来表示要传输的数字信号 1、0 信息,每个信号符号周期可以 传输 1bit 信息;而 PAM4 调制方式采用 4 个不同的信号电平来进行信 号传输,每个符号周期可以表示 2 个 bit 信息,要实现同样的信号传 输能力,PAM4 信号的符号速率只需要达到 NRZ 信号的一半即可。在 单道速率要提高到 50Gbps 及以上时,如果仍然采用 NRZ 技术,难以 满足收发芯片的时间以及传输损耗的要求,所以 PAM-4 技术的采用成 为了必然趋势。DSP 芯片拥有强大的支持复杂高效率的调制方式的能力,是 PAM4 调制方法下最理想的实现方法。DSP 即高速数字处理芯片,是 一种特别适合于进行数字信号处理运算的微处理器。PAM4 的方案包 括 1)基于 DSP 的数字 DAC 实现方法和 2)基于模拟的 Combine 方法。 模拟方式可通过两路 NRZ 信号进行相加操作,而 DSP 数字 DAC 方式 则是基于高速 DAC 的方式进行 0/1/2/3 电平的快速输出,实现速率翻 倍。鉴于无线信道的传输非常复杂,使用传统的模拟补偿无法满足无 线信道的补偿需求,而 DSP 恰恰能够弥补这一劣势。此外,DSP 芯片 还可以进行色散补偿操作,去除噪声、非线性等干扰因素。对于单波 100G 以上的应用来说,目前的发送端电驱动芯片与光器件都达不到 50GHz 以上的带宽,因此在发送端相当于引入了低通滤波器,在时域 上表现为码间干扰。而引入 DSP 之后,可以在发送端直接对信号进行频谱压缩,接收端在通过自适应的 FIR 滤波器对信号进行恢复,用这 种方法可以把调制/接收器件中不可控的模拟带宽影响变成已知的数 字频谱压缩,降低对光器件带宽的需求。整体而言,使用 DSP 方案的 400G 产品处理信号的能力更加优异,主要表现为电口适配能力强, 光电性能好等,DSP 方案也成为 400G 的核心技术之一。

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标签: 光电行业

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