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5G來了,光模塊的春天還會遠嗎?亨通專家是這樣說的

http://www.pldtt.icu ( 2018/11/28 16:27 )

隨著光通信行業的發展和技術進步,帶寬需求不斷提升,通信設備制造商和通信運營商,將不斷加大對,光通信網絡和設備投入,從而帶動光模塊行業的發展。全球光模塊市場保持穩定增長。根據咨詢機構Ovum的數據,2015-2021年全球光通信市場規模呈現增長趨勢。2017年,全球光通信市場規模達到101億美元,并始終保持快速增長,預計都2020年市場規模達到166億美元,預測的未來三年復合增長率達到18%。

光通信技術的發展離不開里程碑式的光電子器件技術突破,上世紀70年代,半導體激光器和低損耗光纖的出現開啟光纖通信的大門,80年代的DFB激光器技術,90年代的摻鉺光纖放大器(EDFA)技術,2000年的密集波分復用技術,2010年的相干通信技術都推動著光通信系統,按傳輸容量每十年翻1000倍的速度快速發展

那么,未來對于光模塊產業而言會有怎樣的發展特征?又呈現出怎樣的發展趨勢呢?亨通光網技術總監徐虎做了一番專業技術分析。

未來三年,光模塊技術產業發展將呈現出高速率、集成化、大帶寬、小尺寸、低功耗等幾大特征。

(一)高速率

在不同的應用領域,光收發模塊會兼顧性能與成本的方式,提升速率與容量。

1、在傳送網領域

目前100Gb/s DP-QPSK技術已經成熟,并成為傳送網主流;而新技術及應用也不僅聚焦于干線,逐漸向城域網下沉、延伸。未來幾年,城域網和數據中心將是增長最快的細分市場。

在超100Gb/s方面,400Gb/s/1Tb/s技術發展平穩,編碼級數、比特率進一步提升,調制碼型多樣化,除了最初的DP-QPSK、DP-8QAM和DP-16QAM之外,DP-32QAM和DP-64QAM等碼型也逐漸加入競爭隊列。目前看,多種碼型并存的現狀并沒有改變,尚無絕對優勢的傳輸碼型。

2、在數據通信領域

隨著帶寬流量的爆發式增長,以太網接口速率發展速度遠遠超過了光電子器件物理帶寬的發展速度,空分復用(PSM)、波分復用(CWDM、LAN-WDM、4WDM)、以及高階調制(PAM-4)逐漸成為趨勢。

目前,100Gb/s光模塊主要采用QSFP28封裝形式,400 Gb/s光收發模塊的封裝形式,由于實現難度大,而且不同廠商聯盟的勢均力敵,主要集中在OSFP 和 QSFP-DD兩大多源協議上。

3、在光纖接入網領域

在無源光網絡(PON)領域,技術路線大致分為GPONEPON兩類。隨著FTTx的不斷普及以及4K/8K視頻、虛擬現實/增強現實等高帶寬需求的業務應用不斷興起,用戶對接入帶寬的需求不斷提高。

4、在4G/5G承載網領域

不同于以前3G 和 4G移動通信,5G移動通信技術不僅僅是升級換代,更是未來數字世界的驅動平臺和物聯網發展的基礎設施,將真正創建一個全聯接的新世界。為了適應大帶寬、低時延和海量連接業務,對5G承載網在帶寬、容量、時延和組網靈活性方面提出了新的需求。5G承載網架構分為前傳、中傳、回傳三部分。

5G回傳網絡中,核心層與匯聚層線路側帶寬范圍在100Gb/s~600Gb/s之間。面向5G接入層設備客戶接口需10GbE/25GbE,網絡接口帶寬大于25Gb/s。5G中傳網絡中,傳輸帶寬接近回傳網絡要求。5G前傳網絡中,采用eCPRI接口,帶寬在25Gb/s以內。

以一個大型城域網為例,5G 基站數量 12000 個,帶寬收斂比取 6:1。核心層的帶寬需求在初期就將超過 6Tb/s,成熟期將超過 17Tb/s。因此,在 5G 傳送承載網的接入、 匯聚層需要引入 25Gb/s、50Gb/s 速率接口, 而核心層則需要引入 100Gb/s 及以上速率的接口。

(二)集成化

為了滿足市場對低功耗、低成本、高密度和高可靠性的需求,學術界、產業界加大了對光子集成、光電集成與硅基光子集成技術工藝的關注與投入。光電子器件、模塊供應商通過集成可以降低封裝、耦合等制造成本;運營商用戶可以通過集成降低設備功耗、機房占用面積、以及系統開通等運營成本。

目前國內的研發單位有中科院半導體所、微電子所、華為、光迅、上海信及等機構和企業,技術研究和產業化上與國外還存在較大差距。光子集成器件位于光電子器件產業中的頂部,是整個光通信產業發展的核心部分,我們應抓住這一技術變革契機,布局人才儲備,注重基礎工藝平臺建設與技術積累,推進光子集成核心技術的研發與突破,從而大幅度提升我國光電子器件國產化水平和創新能力。

(三)大寬帶

提供更優的信道資源是提供光通信容量的主要技術手段之一。超低損耗大有效面積光纖的產業化,多芯、少模光纖通信技術的學術研究都是近些年的熱點,在光電子器件領域,也在圍繞優化光纖傳輸性能不斷優化光放大器、光纖連接器與光背板等。

(四)小尺寸

更小的光器件、模塊尺寸有助于系統設備商縮小整機尺寸、提高面板的帶寬密度,有利于運營商用戶減少機房占用面積,節約運維經費等。

以光收發模塊為例,從早期的1x9、GBIC、SFP,Xenpak、X2,到現在XFP、SFP+、SFP28、QSFP+、QSFP28以及CFPx系列,可以明顯看出,模塊的封裝尺寸逐漸變小。相同速率封裝變小,或是同樣封裝速率提升。目前,線路側100GGb/s相干光模塊已經從最初的5吋x7吋固定安裝方式,向4吋x 5吋,進一步向CFP-DCO、CFP2-ACO封裝形式及更低功耗演進。400Gb/s相干光收發模塊的封裝形式可能是CFP8-ACO、CFP2-DCO、OSFP或 QSFP-DD,參加下圖。其中QSFP-DD的尺寸最為緊湊。客戶端光模塊從CFP封裝形式向尺寸、功耗更小的CFP2形式切換,隨著數據通信產業鏈的快速發展,未來客戶側封裝形式會與數通模塊逐漸統一,如QSFP28,或者400Gb/s OSFP、QSFP-DD封裝形式。

模塊發展趨勢

隨著人們對信息處理的需求不斷增大,網絡承載的數據流量不斷攀升。根據Cisco愛立信公司預測,全球互聯網流量將從2016年每月80EB 增長到2022年 240EB,其中,無線移動流量的年復合增長率達到45%。

互聯網流量必然帶來光網絡帶寬需求的增長。根據Lightcounting公司測算模型,互聯網流量的增長速率與光通信網絡帶寬的增長保持一致。

因此,未來光電子器件市場依然向好。咨詢公司Ovum給出了2018-2021年光器件市場預測。其中數據通信市場需求的CAGR增長率最高,超過18%,2021年預計達到60.96億美金,電信傳輸網市場需求CAGR增長率超過12%,2021年達到91.36億美金。主要光電子器件的行業發展數據如下:

(一)電信傳輸網光收發模塊

以DWDM(密集波分復用)線路側光器件作為代表,與光網絡系統發展趨勢相同,100Gb/s光模塊保持著最大的產業規模,2017年突破30億美金,并穩定增長,200Gb/s光模塊增長幅度最大,并將在2018年超過10Gb/s DWDM模塊市場。

圖2:DWDM線路側不同速率光器件收入規模預測

(二)數據通信光收發模塊

根據Cisco預測的超大規模數據中心數量增長情況,從2017年到2020年,全球將新增188個超大型數據中心,假設以每個數據中心20萬平方英尺的規模計算(參照AWS全球30+個數據中心,總面積規模約為670萬平方英尺),則所需100Gb/s光收發模塊將達近一億只。而且,數據通信產品迭代速度快于傳統光傳輸網絡產品(亞馬遜、谷歌和微軟都曾表示他們計劃三年左右升級一次光連接產品),對高速光電器件/光收發模塊的需求更加急迫。下圖是咨詢機構Lightcounting給出的數據通信光收發模塊的發貨情況(包括歷史和預測數據)。其中100Gb/s數通光模塊從2017年開始發貨量增長迅速,與之相伴隨的是40Gb/s的光模塊發貨量增長放緩并開始呈下降趨勢。

圖3:數據通信光收發模塊數量增長預測

(三)PON光收發模塊

到2017年中旬,全國光纖接入用戶達2.28億戶,這其中絕大多數為GPON和EPON接入方式。而隨著用戶數據量的增加,用戶體驗要求的提升,高清電視,VR等應用的興起,傳統GPON和EPON網絡已經難以滿足需求。目前10G PON技術已經成熟,成本在逐漸降低,10G PON將成為接入網主流,預計2017~2022年10G PON的年平均增長率將達到 27%,并逐漸全面取代傳統GPON和EPON。

(四)無線前傳光收發模塊

5G時代即將到來,預計到2022年,各運營商的5G網絡將進入大規模建設的高峰期。基站天線從2*2MIMO向4*4MIMO升級,推動了基站光模塊從以6Gbps/10Gbps為主向以10Gbps/25Gbps/50Gbps為主升級。根據Lightcounting數據,2017年之后無線前傳市場需求逐年增大,且25Gb/s速率光收發模塊需求量快速上升,到2022年細分市場規模超過7.1億美金,其中以10Gb/s和25Gb/s速率為主。

圖4:無線前傳的光模塊銷售預測

總體上,全球光收發模塊市場占據著光電子器件中的最大份額,而且根據Ovum數據,光收發模塊市場規模仍將快速增長,預計到2022年增至110億美元。25G光模塊產業鏈應用逐步替代10G光模塊成為主流,數據中心、無線網、接入網、傳輸網對25G光收發模塊形成了需求合力,將是一個產業的爆發力。

   來源:C114通信網

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