數據中心內的光模塊：支撐日益增長(cháng)的性能需求

  ICC訊 可插拔式光模塊(亦稱(chēng)為光收發(fā)器)現已廣泛應用于數據中心、校園、企業(yè)或服務(wù)供應商的總部。

  思科全球云指數預計，截至 2021 年，每年的數據中心總流量(數據中心內部或流出數據中心的所有流量)將達到近 20 Z 字節，而這一數字在 2016 年還僅為 7 Z 字節。全球范圍內的數據中心流量將以 25% 的年復合增長(cháng)率迅猛增長(cháng)，云數據中心流量的年復合增長(cháng)率則會(huì )高達 27%。從 2016 到 2021 年，增長(cháng)幅度達 3.3 倍。

數據來(lái)源：2016 - 2021 年的思科全球云指數

  促進(jìn)流量增長(cháng)的是連接速率的不斷增長(cháng)，正如我們所看到的一樣，連接速率從 10G 發(fā)展到 40G，再到 100G 以及現在的 400G?，F在，100G 可插拔光模塊被部署到大規模數據中心應用中，向 400G 的升級正處于規劃之中，因為路由器/交換機端口現已支持 400G。

  “數據中心內”的流量增長(cháng)加速了市場(chǎng)對新一代網(wǎng)絡(luò )設備的需求，市場(chǎng)需要這些設備來(lái)支持更高的端口密度和更快的轉發(fā)速度。這些設備反過(guò)來(lái)又會(huì )促進(jìn)市場(chǎng)大規模部署高速光模塊，來(lái)連接網(wǎng)絡(luò )設備的各個(gè)分層。

  隨著(zhù)路由器/交換機端口速率提升，每比特成本現已因芯片的進(jìn)步(ASIC)而穩步下降，我們在這方面會(huì )繼續得益于摩爾定律。然而，雖然可插拔光模塊的每比特成本也已經(jīng)下降，但是還沒(méi)有像路由器/交換機成本下降得那樣快。

  結果，隨著(zhù)比特率增長(cháng)，可插拔光模塊在硬件總成本中占到了較大比例。例如，在 10G 速率下，光模塊約占數據中心網(wǎng)絡(luò )硬件總成本的 10%。當我們升級至 400G 時(shí)，光模塊占硬件總成本的 50% 以上。

  隨著(zhù)光模塊速率增長(cháng)，可插拔光模塊的設計和制造復雜度也隨之增長(cháng)。起初速率為 100G，這導致可插拔光模塊在可用性方面滯后于路由器/交換機 ASIC，大體上延誤了為滿(mǎn)足更高帶寬需求而進(jìn)行的網(wǎng)絡(luò )速率升級。

  數據中心未來(lái)趨勢與推動(dòng)路由器和交換機發(fā)展的 ASIC 性能有關(guān)。ASIC 性能將繼續增長(cháng)，從 10Tb 增至 25Tb 再到 51Tb 及以上，這需要 ASIC 中每個(gè) I/O (輸入/輸出) 針腳的電氣信號速率得到相應的提升。這種電氣信號速率將從現在的 25Gb/s 增至 50Gb/s 再到 100Gb/s，以支持輸入/輸出 ASIC 的總容量。每次這一速率增長(cháng)，將電氣信號從線(xiàn)卡傳遞至路由器/交換機面板的挑戰隨之大幅增加。

  為解決這一挑戰，即使傳輸距離只有交換機線(xiàn)卡內的幾英寸遠，業(yè)界也將在未來(lái)某個(gè)時(shí)候開(kāi)始依賴(lài)光信號而非電氣信號。因此光模塊與芯片的聯(lián)合封裝在未來(lái)勢在必行，只有這樣才能確保路由與交換領(lǐng)域的持續創(chuàng )新。

  為確保我們能夠在部署時(shí)間、性能、功率和預期成本等方面推出符合客戶(hù)要求的解決方案，思科正在光技術(shù)領(lǐng)域 (例如硅光子學(xué)) 實(shí)施戰略投資。光模塊加上芯片和軟件，構成了支撐思科在路由與交換領(lǐng)域不斷創(chuàng )新的根本性技術(shù)。

  光技術(shù)行業(yè)在很大程度上仍然依賴(lài)“獨立”的成套組件，這些組件涉及非常麻煩的測試和組裝過(guò)程。如果我們將其與半導體行業(yè)相比(在半導體行業(yè)中，極其復雜的功能借助高度自動(dòng)化的流程被集成到芯片(ASIC)中，這些自動(dòng)化流程很少甚至不依賴(lài)人機互動(dòng))就會(huì )發(fā)現，我們可以考慮利用這些自動(dòng)化流程來(lái)處理“光子信號”，而非半導體流程中的“電氣信號”。硅光子學(xué)的希望在于利用半導體行業(yè)中的流程來(lái)使光模塊制造過(guò)程更充分地實(shí)現自動(dòng)化。

  思科于 2012 年收購 Lightwire。Lightwire 是硅光子學(xué)領(lǐng)域中的一家早期創(chuàng )新企業(yè)。思科基于最初的 Lightwire 技術(shù)已開(kāi)發(fā)出一系列產(chǎn)品并不斷對其進(jìn)行強化。

  思科收購 Luxtera 后成為光模塊領(lǐng)域遙遙領(lǐng)先的引領(lǐng)者：

  擁有一系列采用硅光子學(xué)技術(shù)的 100G/400G 產(chǎn)品，這些產(chǎn)品適用于數據中心應用，將有助于為思科的系列產(chǎn)品構成補充

  已開(kāi)發(fā)出業(yè)界領(lǐng)先的制造業(yè)流程自動(dòng)化，已實(shí)現將半導體行業(yè)流程和自動(dòng)化技術(shù)引入到硅光子學(xué)中的全部目標

  在嵌入式光模塊領(lǐng)域的造詣已在業(yè)界深入人心，嵌入式光模塊是芯片與光模塊聯(lián)合封裝的一段重要的必由之路

  總而言之，現在數據中心在距離極短的應用 (<10m) 方面十分依賴(lài)光模塊。100G 光模塊是當今數據中心內占據主導地位的技術(shù)，預計未來(lái)將會(huì )移植到 400G 以及更高速率。

  隨著(zhù)路由/交換端口的成本不斷得益于芯片行業(yè)的進(jìn)步，光模塊現已在總成本中占據較大比例，因此思科將光模塊視為與芯片一起研發(fā)的一項重要技術(shù)，以便確保我們能夠跟上芯片性能發(fā)展的步伐，在成本與性能兩方面推動(dòng)進(jìn)步。

  我們深知，隨著(zhù)時(shí)間的推移，我們將需要整合芯片與光模塊，以便不斷擴展交換機和路由器的性能。思科將在芯片和光模塊領(lǐng)域繼續投入力量，以確保我們能夠推出解決方案，滿(mǎn)足客戶(hù)在性能提升方面日益增長(cháng)的需求。