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硅光如何影响数通升级路径?
2021-12-01 494

硅光子技术是基于硅和硅基衬底材料(如SiGe/Si、SOI等),利用现有CMOS工艺进行光器件开发和集成的新一代技术。其核心理念是“以光代电”,即采用激光束代替电子信号传输数据,将光学器件与电子元件整合至一个独立的微芯片中。硅光具有低功耗、高集成和高速率的特点,是后摩尔时代的关键技术选择。当前虽然硅光方案的模块无法完全取代传统方案,但供应份额势必大幅提升,相应市场规模可期,且给了新进入者一定的弯道超车机会。

数通短距硅光模块取得局部商业成功

目前硅光的应用领域包括:

1)数通短距模块;

2)相干传输模块;

3)光电合封(CPO)数通短距领域,硅光技术的应用开启降本提效的新路径

随着客户对可插拔模块的传输速率、成本、体积、功耗核心痛点的要求持续提升,新的封装形式开始兴起。如,采用硅光工艺的 100G PSM4 和 CWDM4 模块,相较传统分立器件封装,硅光集成封装凭借更低的BOM 成本,取得一定程度的商业应用。尽管硅光模块未得到所有下游厂商的认可,但硅光技术的应用开启光互联降本提效的新路径。

目前,硅光产品最主要的应用依然是数据中心,100G数通硅光光模块方案已经成熟进入稳步出货阶段,400G开始从2020年的小批量进入到2021年的大批量,硅光模块弹性可期。

怎么看数通短距400G 硅光模块渗透率?业内对硅光数通模块的期待主要来自成本和功耗两个方面。

1)成本:实现并行多路的共享光源架构,节省器件成本;硅材料比III-V族化合物半导体材料便宜;有望发挥CMOS工艺规模优势。

2)功耗:硅材料阻抗低,驱动电压低,其功耗也较低。

3)集成度,相较于传统分立器件封装,相同光通道数,体积更小。

以纳多德(NADDOD)400G DR4 硅光模块为例,硅光封装可共享一个光源,且不需要 EA 调制,相较传统方案4片 EML 芯片的架构能有效降低光模块的 BOM 成本;更高的器件集成度也意味着封装良率能实现更快的爬坡。

未来 2-3 年 400G 硅光渗透率或难超 100G 同期,其中核心原因在于升级路径分化的背景下,主要应用场景 400G DR4 的量或小于100G同期的 CWDM4+PSM4。

数通升级节奏呈现分化,可插拔来日方长

数通 400G 升级路径呈现“高中低”分化,200G 方案或崛起:从应用来看,高性能运算、AI、机器学习等超大带宽应用还在爆发前夜。由于不同的互联网客户对 IT 负载的需求和带宽升级的迫切性不同,从数通 100G 升级到 400G 分化为(高配、中配、低配) 3 条路径:

1)高配:服务器端口速率升到 50G、TOR 和脊叶交换机升级到 400G;

2)中配:先将脊叶交换机升级到 400G,用 Breakout 方案连接 100G TOR,服务器和 TOR 保持不变;

3)低配:先升级到 200G 作为过渡,再升级到 400G 或 800G。

整体升级节奏较 100G 时期有较明显的放缓,200G 方案或崛起替代部分 400G 需求。

升级节奏分化使得拉长模块产品生命周期,模块厂商应对变革窗口期更长:过往数通升级节奏较快,而进入 400G+时代后升级节奏或有分化,或带来更多存量模块的替换需求(数通光模块的产品寿命约为 3-5 年),并拉长可插拔模块的整体产品生命周期,给传统模块厂商更多时间和资本去应对CPO 等大的行业技术大变革。

总体来看,硅光市场刚起步,未来市场格局变数巨大,新进入者存在一定的机会,硅光行业整体具有广阔的发展空间。随着5G进入大规模建设阶段,传输网扩容新建投入不断提升,高速光模块市场空间将打开。

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