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深入分析数据中心光模块趋势及面临的挑战

2021年07月22日 34

近年来,随着光通信技术的快速发展和光器件产业投资不断增加,全球光模块市场发展迅速。据Yole预测,2019-2025全球光模块市场规模将从77亿美元增长至177亿美元,年复合增长率达15%。其中,数据中心光模块将以20%的年复合增速,从40亿美元增长值121亿美元。而数据中心光模块的发展与网络设备及其连接方式有着密切的关联,它们决定着数据中心需要什么类型的光模块及需要多少光模块。本文将深入分析数据中心光模块趋势及面临的挑战。

数据中心光模块趋势

随着云计算和5G网络兴起,数据中心趋于更高速率发展,因此,布局在数据中心不同位置的网络设备必须适应变化,向更高速率升级。下表为历年来服务器接入交换机的传输速率演变情况,企业服务器的接入从1G-10G向10G-25G发生转变,大型云服务器的接入从10G-40G向25/50G-50/100G发生转变。

网络位置
2014年
2016年
2018年
兆网云服务器的接入
10G-40G
40G-25/50G
25/50G-50/100G
2/3 云服务器的接入
1G-10G
10G-25G
25G-50G
企业服务器的接入
1G-10G
1G-10G
10G-25G

由于服务器、交换机等网络设备趋于更高速率、更高性能的发展,光模块也必将随之发生转变,这样才能确保整个网络的性能。下表为历年来数据中心中各个位置网络部署情况,从表格中我们可以看出,数据中心园区正在从40G向100G甚至更高速率发生转变,如今,100G光模块风头正盛。(说明:表格中不同类型的光模块旨在用于不同传输距离和应用环境的信号传输,如,40G LR4用于传输距离为10千米的链路,100G CWDM4用于传输距离为2千米的链路。)

网络位置
2008~2014年
2013~2019年
2017~2021年
2019~
园区
40G LR4
40G LR4;100G CWDM4
100G CWDM4
200G FR4
楼内
40G eSR4;4*10G SR
40G eSR4
100G SR4
200G DR4
机架内
六类网线
10G AOC
25G AOC
100G AOC
服务器
1G
10G
25G
100G

随着时间的推移,400G/800G甚至更高速率的数据中心光模块将占据光模块市场的较大份额。下图揭示了2016年~2021年交换机端口演变的过程,很显然,从2018年到2021年100G都是主流,400G将从2021年开始起量,有望在2022年与100G保持相当水平,800G也从2021年开始得到一部分人的支持。

交换机端口演变

此外,相比传统的三层架构,未来数据中心将更多地采用脊叶结构。脊叶结构能最大限度地提高服务器之间的连接性,有利于快速部署数据中心光模块,促进数据中心趋于更高速率发展。这也将会是未来超大规模数据中心部署200G/400G的最佳方式。

数据中心架构

数据中心光模块面临的挑战

随着数据中心的快速发展,光模块的设计制造、使用和维护都将面临着更加严峻的挑战。

成本控制

想要在确保光模块性能的情况下,控制成本是件不容易的事情。随着数据流量不断增长,数据中心承载的压力也越来越大,因此它对下一代网络设备提出了更高的要求,如,必须具备更高的端口密度、更快的速率等特性,这也推动了光模块趋于更小体积、更高速率的发展。但随着速率的提升,对光模块芯片的要求也会越来越高,光模块的成本也会随之增长,如,第三方供应商提供的400G光模块高达数万元,更不用说原设备制造商所提供的400G光模块,运营商若要大规模部署400G,那么布线成本将会非常高。

设计制造

5G网络的到来,推动了数据中心交换机和服务器的端口速率趋于更高速率发展,增加了数据中心交换机和服务器的专业集成电路(ASIC)的容量。然而,端口速率的增加,将会加大电信号通过线卡传输到路由器或交换机前面板的挑战,从而增加了光模块的设计和制造的复杂性。

互操作性

如今,数据中心的设备通常由不同的供应商所提供,虽然行业已明确规范了光模块的接口标准,但不同供应商生产制造的光模块的代码存在着差异性,所以可能会出现某个供应商的光模块与其他供应商制造的设备不兼容。即便是现在已有第三方供应商提供兼容光模块和box(写码板),但也只能解决部分兼容问题,数据中心光模块与设备之间的互操作性仍然是一大挑战。

散热性

数据中心的设备在工作时都会产生热量,如果设备散热难,将会导致室内机房温度急剧上升,这对于网络传输来说是极其不友好的,如,光模块在高温的环境下持续工作将会引起丢包,严重时将会直接烧毁报废;因此,数据中心光模块的散热性也是不容忽视的问题。

除此之外,数据中心正在趋于绿色节能环保发展,考虑到可持续性,数据中心光模块也应该趋于低功耗节能发展。

数据中心光模块的快速发展将会带来哪些影响?

相信在不久的将来,随着数据中心趋于更高速率的发展,第三方兼容光模块将会凭借高性价比和高互操作性等优势占据越来越大的市场份额,原装光模块将不再是数据中心唯一的选择。

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