多模光纖助力數據中心的高速連接與低碳運營(yíng) — 技術(shù)趨勢與成本優(yōu)勢篇

  隨著(zhù)全球互聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)數、設備連接數快速增長(cháng)，寬帶速率不斷提升，同時(shí)高清視頻流、元宇宙以及無(wú)處不在的社交網(wǎng)絡(luò )共同推動(dòng)了全球互聯(lián)網(wǎng)流量的飛速增長(cháng)。COVID-19疫情期間人們在家中更多地依賴(lài)互聯(lián)網(wǎng)與親人交流分享，與同事進(jìn)行視頻電話(huà)會(huì )議，將短視頻或其他內容上傳到云端，這些應用加速了互聯(lián)網(wǎng)流量增長(cháng)，帶動(dòng)了云和企業(yè)數據中心的需求。

  在COVID-19疫情期間，全球互聯(lián)網(wǎng)峰值流量增長(cháng)了47%[1]，Facebook的即時(shí)信息增加了50%[2]。從2020年初到現在，訂閱付費流媒體服務(wù)的客戶(hù)數增加了23%，如圖1所示。這些業(yè)務(wù)需要光纖網(wǎng)絡(luò )將用戶(hù)聯(lián)接到各地的數據中心[3]，為用戶(hù)提供必要的計算、存儲和內容分發(fā)等服務(wù)。數據中心已經(jīng)成為現代生活的引擎，全球范圍內都在大規模建設數據中心以支持各類(lèi)網(wǎng)絡(luò )應用的快速增長(cháng)。

圖1. 全球互聯(lián)網(wǎng)流量在疫情期間加速增長(cháng)

  在過(guò)去的20年中，數據中心市場(chǎng)已成推動(dòng)技術(shù)創(chuàng )新最具活力、增長(cháng)最快的市場(chǎng)之一。數據中心運營(yíng)商正在努力建設網(wǎng)絡(luò )速度更快、更密集、更易安裝、更具成本效益、更節能的數據中心，實(shí)現數據中心業(yè)務(wù)的可持續性發(fā)展。

  多模光纖市場(chǎng)展望

  隨著(zhù)流量的持續增長(cháng)，超大規模數據中心和企業(yè)數據中心通過(guò)部署更高速率的以太網(wǎng)光模塊，不斷升級其基礎設施。新興的硅光技術(shù)帶動(dòng)了基于單模光纖連接方案的市場(chǎng)增長(cháng)，成為市場(chǎng)關(guān)注的熱點(diǎn)。而與之相對的是，基于多模光纖(MMF) 連接方案的增長(cháng)則常常被市場(chǎng)低估。

  多模光纖的解決方案仍然是數據中心運營(yíng)商的重要選擇之一。業(yè)界通常通過(guò)光模塊的出貨量對市場(chǎng)發(fā)展趨勢進(jìn)行判斷。根據Lighcounting的報告，多模光模塊出貨量在可預見(jiàn)的未來(lái)將持續增長(cháng)[4]，如圖2所示：

圖2. 多模光模塊的出貨量預測

  多模光模塊的出貨量預計將占所有光模塊的45%以上，基于多模光纖的連接方案是數據中心內連接的重要方式。

  隨著(zhù)數據中心向更高速率發(fā)展，未來(lái)五年中多模光模塊出貨量的增長(cháng)將主要來(lái)自于高速多模光模塊的增長(cháng)。例如，100G和400G多模光模塊的出貨量預計將在2025年超過(guò)40G及以下速率多模光模塊出貨量的總和。

  多模光纖解決方案的強勁增長(cháng)主要是受到北美企業(yè)數據中心和中國大型云數據中心的需求推動(dòng)。與北美超大規模數據中心園區通常以大面積的單層建筑布局不同，中國的云數據中心通常位于占地面積相對較小的多層建筑中。因此，100米的鏈路長(cháng)度足以覆蓋大部分交換機與交換機之間的連接。而這種鏈路長(cháng)度，正是多模光纖連接方案的優(yōu)勢所在。業(yè)界普遍預計中國大型云數據中心將在未來(lái)5年內大量部署基于多模光纖的200G和400G方案。

  成本優(yōu)勢

  多模光纖結合VCSEL激光器的方案在數據中心系統中發(fā)揮著(zhù)重要作用，因為它具有明顯的成本優(yōu)勢，特別是在當前主流的100G速率系統，多模方案成本只有單模方案成本的一半。隨著(zhù)數據中心向更高的速率發(fā)展，行業(yè)正在準備部署下一代400G光模塊。多模光纖解決方案是否仍能保持相對單模光纖解決方案的成本優(yōu)勢，是數據中心客戶(hù)非常關(guān)心的一個(gè)重要問(wèn)題，特別是當硅光技術(shù)已顯著(zhù)降低了單模光模塊成本。

  為此，我們建立了一個(gè)包括光模塊、結構化光纜和連接器的成本模型，對基于多模光纖和單模光纖的400G方案的建設成本進(jìn)行定量比較。我們選擇了市場(chǎng)上常見(jiàn)的400G光模塊類(lèi)型，包括400G SR8(多模，并行)和400G DR4(單模，并行)和400G FR4(單模, 雙工)。并采用中國市場(chǎng)主流的光連接布線(xiàn)方案，分別匹配每種光模塊類(lèi)型。主干光纜基于OM4光纖，可提供4700MHz?km的有效模式帶寬(由IEC 60793定義)，以確保100米的傳輸距離。由于超大規模數據中心和企業(yè)數據中心在采購和運營(yíng)方面的模式不同，成本模型中考慮了兩種類(lèi)型數據中心采購光模塊時(shí)的不同價(jià)格。如圖3所示，通過(guò)分析我們得出以下結論：

圖3.超大型數據中心和企業(yè)數據中心鏈路成本分析

  超大規模數據中心：

  多模400G SR8方案在100米以?xún)榷叹嚯x應用場(chǎng)景下是成本最優(yōu)的解決方案。距離為100米，400G SR8方案單模方案(FR4和DR4)有超過(guò)15%的成本優(yōu)勢，低于100米時(shí)，多模方案的成本優(yōu)勢更明顯。

  單模連接方案中，并行單模400G DR4方案比雙工單模400G FR4方案成本更低。

  企業(yè)數據中心：

  多模400G SR8方案相較單模方案(FR4和DR4)有超過(guò)20%的成本優(yōu)勢。

  并行單模400G DR4方案相較雙工單模400G FR4有成本優(yōu)勢。

  由此看來(lái)，在400G時(shí)代，超大型數據中心和企業(yè)級數據中心應用場(chǎng)景中，多模連接解決方案仍具有成本優(yōu)勢。因此，我們預測作為多模光纖解決方案基礎的OM4多模光纖市場(chǎng)仍會(huì )保持或增長(cháng)。

  在下一期《多模光纖助力數據中心的高速連接與低碳運營(yíng)—低碳環(huán)保篇》中，我們將介紹：多模光纖方案相較單模方案在100G/400G等未來(lái)主流速率應用中如何助力數據中心降低能耗、減少碳排放，以及如何選擇性能優(yōu)化的多模光纖，以實(shí)現更高的系統鏈路帶寬，敬請期待。

參考文獻

[1] Paul Brodsky, internet traffic and capacity in Covid-Adjusted terms. Telegeography

[2] Alex Schultz et.al.https://about.fb.com/news/2020/03/keeping-our-appps-stable-during-covid-19/

[3] Forbes, How the pandemic has changed video content and consumption.

[4] LightCounting,Vendor Survey Report, September 2021