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硅光子助力云数据中心向400G快速挺进

2017/5/12 9:43:27来源:本站原创 【字体:

导 读:为了满足当今云数据中心在带宽、弹性和数据冗余方面的需求,数据中心光互连正逐渐从100G向400G过渡,因而对于高速光链路的需求呈现出爆炸性增长。
关 键 词:硅光子 云数据 400G

  作者:于占涛
 
  为了满足当今云数据中心在带宽、弹性和数据冗余方面的需求,数据中心光互连正逐渐从100G向400G过渡,因而对于高速光链路的需求呈现出爆炸性增长。
 
  无止境的数据需求
 
  在日前MACOM举行的小型研讨会上,MACOM亚洲光学解决方案销售总监Kevin Cheng 表示,"我们面临的是无止境的数据需求,而且这种需求是全球性的,云数据中心的机会类似于90年代的手机市场,在中国--微信就是一个很好的例子。"
 
硅光子助力云数据中心向400G快速挺进
 
  MACOM光网络组件业务副总裁兼总经理Vivek Rajgarhia(左1)、高级市场总监Tracy Ma(左2)、亚洲光学解决方案销售总监Kevin Cheng(右1)合影
 
  来自Yole Development的数据表明,预计到2018-2019年,前五大云计算供应商的投资总额与五大电信服务提供商的投资总额持平(参看图1),服务提供商正不断加大在数据中心方面的投资,其中重点是云数据中心。
 
硅光子助力云数据中心向400G快速挺进
 
 
  图1  前五大云计算供应商的投资总额与五大电信服务提供商的投资总额持平
 
  Ovum预计,截至2022年,数据中心的40/100/400G端口总数最高将达到13,000,000个。市场趋势预计,100G内部连接端口数在2016年下半年开始增长,并在2017年至2021年间以54% CAGR的速度增长。
 
  而根据LightCounting数据,100G市场2017年达到65.1亿美元;2018年78.9亿美元;2019年94.1亿美元。40G市场2017年6.8亿美元;2018年5.8亿美元;2019年4.8亿美元。光模块市场整体主要受益于'云'中心需求,增长迅猛。2019年400G可能成为主流。
 
  MACOM高级市场总监Tracy Ma(马晓明)女士也认为,数据中心每2年升级一次,而下一个重大转型是升级到400G。
 
  下一代云数据中心对密度、功率、成本、速度、集成都提出了很高的要求,比如密度增加4倍,功率降至1/8,成本压缩5倍,速度提升4倍,随着云数据中心内部及相互之间流量的日益增长,对于低成本100G互连以及高速、低功耗200G和400G互连的需求也不断攀升。为了提高每个端口的带宽密度,数据中心OEM预计将从2018年开始采用更快的数据速率。这类互连将由体积更小的QSFP、QSFP-DD和OSFP封装模块提供支持,届时将要求供应商提供功耗更低的电子元件。 "集成化的程度将越来越高,这其中硅光子将扮演关键角色。"
 
硅光子助力云数据中心向400G快速挺进
 
  图2 下一个重大转型是升级到400G
 
硅光子助力云数据中心向400G快速挺进
 
  图3:以1/5的每比特成本达到100G、400G及以上的速率
 
  硅光子让高速、高密度光互连成为现实
 
  在今年的OFC2017展会上,MACOM平台化的PAM-4 CWDM4展现了无需制冷以400G速率在单模光纤中传输长达两千米的距离的非凡实力。这些器件采用了MACOM针对云端数据中心应用中的高端口密度而优化的关键技术。包括集成有自对准激光器的硅光子集成电路(L-PIC)技术、激光器断面蚀刻EFT专利技术、100G单λ PAM-4发送技术等。
 
  MACOM光网络组件业务副总裁兼总经理Vivek Rajgarhia详细介绍这些创新技术。
 
硅光子助力云数据中心向400G快速挺进
 
  图4   MACOM EFT专利技术图解
 
  "我们的激光器断面蚀刻EFT专利技术相比传统的制作工艺,实现了晶圆级的芯片测试,省略了传统工艺将晶圆划片再对单个芯片测试的环节,此举很好地控制了良率,并大大降低了成本,可以说,MACOM EFT专利技术为爆发增长的数据中心市场提供了最佳的低成本和大容量的解决方案。" Vivek表示。
 
  "我们将利用EFT激光器的成功经验快速迁移到了其他平台。凭借EFT,我们已成功将包括激光器、监测二极管、调制器和多路复用器在内的TOSA光学路径无缝集成到单个芯片上,从而面向100G应用推出业界首款集成有自对准激光器(L-PIC)的硅光子集成电路(PIC)",Vivek说道。MACOM解决了以高产出和高耦合效率实现激光器与硅光子集成电路集成的挑战,使得云数据中心OEM想要采用硅光子集成电路实现高速、高密度光互连的愿望成为现实。
 
  另外在自动对准耦合的装配工艺方面,MACOM也做了相当大的突破,从现场演示的装配视频看,MACOM解决了InP激光器与硅光子平台的对准耦合难题,相比传统工艺降低2dB。在L-PIC装配工艺中,采用自对准端面蚀刻技术(SAEFTTM)将激光器精确附加到SiPh L-PIC上,这种主动对准与固化技术可助力客户打造一体式集成器件,免去光耦合优化工作,从而缩短组装时间并节省元件成本。这种技术让MACOM成为目前市场上唯一一家自对准集成电路提供商!
 
硅光子助力云数据中心向400G快速挺进
 
  图5:L-PIC装配工艺演示
 
硅光子助力云数据中心向400G快速挺进
 
  在谈到未来InP激光器是否会被硅基激光器取代的问题时,Vivek表示,目前InP激光器的性能远远好于现有硅基激光器,受限于量子转换效率,在可预见的未来,硅基激光器取代InP激光器的可能性很小,当然也不排除未来硅基技术突破,实现反转的可能。
 
  PAM-4技术将是400G的主流解决方案
 
  MACOM 今年1月宣布完成对APM(也就是AMCC)的收购,收购AMCC后不仅增加了MACOM的实力,拓展了客户群,还增加了数模混合和PAM-4 PHY产品线,大大拓展了MACOM的模拟光电业务,这其中,PAM-4技术是MACOM 收购APM的重要考量,而该技术也被认为是下一代400G数据中心的主流解决方案。
 
  MACOM高级市场总监Tracy Ma表示,PAM-4调制采用高性能模拟电路和DSP来应对数据中心挑战,每位符号传送2位比特能够降低带宽要求(相比之下,现有NRZ技术只能传送1位比特)。"PAM-4降低了每比特的成本和功率,可以说是通往400G及更高数据速率的最佳途径。"
 
  "目前,全球主要的数据中心运营商正在大量部署100G光学器件,以此构建数据中心内部交换结构",Ovum的传输和路由业务实践负责人Ian Redpath表示。"如今,数据中心内部连接市场正随着以太网交换专用集成电路的进步驱动着。随着400G交换机进入市场,光收发器也将需要与时俱进,快速过渡到400G。Ovum预计,截至2021年100G数据中心内部连接市场将实现56% CAGR的爆炸性增长,届时将迫切需要低成本的100G单λ解决方案。与此同时,业界也将逐渐开始采用更高速率的400G链路,而该链路同样利用单λ技术。我们预计,MACOM的PAM-4、TIA、CDR和激光器驱动器芯片组将为推动这类部署提供助力。"
 
  Tracy Ma表示,MACOM单波长 100Gbps PAM-4解决方案是业界首款完整的"交换芯片到光纤"产品组合,因此MACOM能够优化整个信号通道。这个组合包含了Bump-in-the-wire MACsec以太网加密,将传输速率提高4倍、可实现单λ 100Gbps光互联的PAM-4 PHY,专为数据中心而优化的激光驱动器和TIA,以及领先的PIC(光子集成电路)。"该组合预计将加速100G和400G光收发器部署到云数据中心应用,并进一步确保链接安全。"
 
  "2016年,MACOM的芯片解决方案为数据中心和企业应用贡献了超过100万个100G模块,奠定了我们在该领域的市场领导地位",MACOM光网络组件业务副总裁兼总经理Vivek Rajgarhia表示。"我们的全新芯片组可为OEM提供必要的模拟和光子元件,协助他们快速向单λ 100G及以上速率过渡。同时,我们也可以提供不限调制方式、完整的数据中心连接光通信解决方案。"
 
  小结
 
  随着新型云数据中心的投资不断加大,促进了100G、400G及以上业务的增长。这将让专注于电信和云数据中心的MACOM受益匪浅。
 
  MACOM + Applied Micro的组合将满足快速增长的云数据中心业务需求。MACOM已与7个主要云数据中心OEM中的5个展开合作,并能够提供广泛的解决方案以满足市场要求和发展趋势。
 
  专利EFT技术结合硅光子技术使MACOM能够为爆发增长的数据中心市场提供低成本和大容量的解决方案,完全颠覆了数据中心的光通讯成本,这一点尤为重要。
 
  目前MACOM已经报名参展全球规模最大的光电专业盛会---第十九届中国国际光电博览会(CIOE),将于9月6日-9日在深圳会展中心举办,展位号:1A32。欢迎感兴趣的企业和专业人士莅临现场交流洽谈,了解更多创新产品及技术。
 
 
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