5G來(lái)了，光模塊的春天還會(huì )遠嗎？亨通專(zhuān)家是這樣說(shuō)的

  ICCSZ訊 隨著(zhù)光通信行業(yè)的發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步，帶寬需求不斷提升，通信設備制造商和通信運營(yíng)商,將不斷加大對,光通信網(wǎng)絡(luò )和設備投入，從而帶動(dòng)光模塊行業(yè)的發(fā)展。全球光模塊市場(chǎng)保持穩定增長(cháng)。根據咨詢(xún)機構Ovum的數據，2015-2021年全球光通信市場(chǎng)規模呈現增長(cháng)趨勢。2017年，全球光通信市場(chǎng)規模達到101億美元，并始終保持快速增長(cháng)，預計都2020年市場(chǎng)規模達到166億美元，預測的未來(lái)三年復合增長(cháng)率達到18%。

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

  那么，未來(lái)對于光模塊產(chǎn)業(yè)而言會(huì )有怎樣的發(fā)展特征?又呈現出怎樣的發(fā)展趨勢呢?亨通光網(wǎng)技術(shù)總監徐虎做了一番專(zhuān)業(yè)技術(shù)分析。

  未來(lái)三年，光模塊技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)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(lǐng)域，光收發(fā)模塊會(huì )兼顧性能與成本的方式，提升速率與容量。

  1、在傳送網(wǎng)領(lǐng)域

  目前100Gb/s DP-QPSK技術(shù)已經(jīng)成熟，并成為傳送網(wǎng)主流;而新技術(shù)及應用也不僅聚焦于干線(xiàn)，逐漸向城域網(wǎng)下沉、延伸。未來(lái)幾年，城域網(wǎng)和數據中心將是增長(cháng)最快的細分市場(chǎng)。

  在超100Gb/s方面，400Gb/s/1Tb/s技術(shù)發(fā)展平穩，編碼級數、比特率進(jìn)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(méi)有改變，尚無(wú)絕對優(yōu)勢的傳輸碼型。

  2、在數據通信領(lǐng)域

  隨著(zhù)帶寬流量的爆發(fā)式增長(cháng)，以太網(wǎng)接口速率發(fā)展速度遠遠超過(guò)了光電子器件物理帶寬的發(fā)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(fā)模塊的封裝形式，由于實(shí)現難度大，而且不同廠(chǎng)商聯(lián)盟的勢均力敵，主要集中在OSFP 和 QSFP-DD兩大多源協(xié)議上。

  3、在光纖接入網(wǎng)領(lǐng)域

  在無(wú)源光網(wǎng)絡(luò )(PON)領(lǐng)域，技術(shù)路線(xiàn)大致分為GPON和EPON兩類(lèi)。隨著(zhù)FTTx的不斷普及以及4K/8K視頻、虛擬現實(shí)/增強現實(shí)等高帶寬需求的業(yè)務(wù)應用不斷興起，用戶(hù)對接入帶寬的需求不斷提高。

  4、在4G/5G承載網(wǎng)領(lǐng)域

  不同于以前3G 和 4G移動(dòng)通信，5G移動(dòng)通信技術(shù)不僅僅是升級換代，更是未來(lái)數字世界的驅動(dòng)平臺和物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的基礎設施，將真正創(chuàng )建一個(gè)全聯(lián)接的新世界。為了適應大帶寬、低時(shí)延和海量連接業(yè)務(wù)，對5G承載網(wǎng)在帶寬、容量、時(shí)延和組網(wǎng)靈活性方面提出了新的需求。5G承載網(wǎng)架構分為前傳、中傳、回傳三部分。

  5G回傳網(wǎng)絡(luò )中，核心層與匯聚層線(xiàn)路側帶寬范圍在100Gb/s~600Gb/s之間。面向5G接入層設備客戶(hù)接口需10GbE/25GbE，網(wǎng)絡(luò )接口帶寬大于25Gb/s。5G中傳網(wǎng)絡(luò )中，傳輸帶寬接近回傳網(wǎng)絡(luò )要求。5G前傳網(wǎng)絡(luò )中，采用eCPRI接口，帶寬在25Gb/s以?xún)取?

  以一個(gè)大型城域網(wǎng)為例，5G 基站數量 12000 個(gè)，帶寬收斂比取 6:1。核心層的帶寬需求在初期就將超過(guò) 6Tb/s，成熟期將超過(guò) 17Tb/s。因此，在 5G 傳送承載網(wǎng)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(mǎn)足市場(chǎng)對低功耗、低成本、高密度和高可靠性的需求，學(xué)術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界加大了對光子集成、光電集成與硅基光子集成技術(shù)工藝的關(guān)注與投入。光電子器件、模塊供應商通過(guò)集成可以降低封裝、耦合等制造成本;運營(yíng)商用戶(hù)可以通過(guò)集成降低設備功耗、機房占用面積、以及系統開(kāi)通等運營(yíng)成本。

  目前國內的研發(fā)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(yè)，技術(shù)研究和產(chǎn)業(yè)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(chǎn)業(yè)中的頂部，是整個(gè)光通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心部分，我們應抓住這一技術(shù)變革契機，布局人才儲備，注重基礎工藝平臺建設與技術(shù)積累，推進(jìn)光子集成核心技術(shù)的研發(fā)與突破，從而大幅度提升我國光電子器件國產(chǎn)化水平和創(chuàng )新能力。

  (三)大寬帶

  提供更優(yōu)的信道資源是提供光通信容量的主要技術(shù)手段之一。超低損耗大有效面積光纖的產(chǎn)業(yè)化，多芯、少模光纖通信技術(shù)的學(xué)術(shù)研究都是近些年的熱點(diǎn)，在光電子器件領(lǐng)域，也在圍繞優(yōu)化光纖傳輸性能不斷優(yōu)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(yíng)商用戶(hù)減少機房占用面積，節約運維經(jīng)費等。

  以光收發(fā)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(xiàn)路側100GGb/s相干光模塊已經(jīng)從最初的5吋x7吋固定安裝方式，向4吋x 5吋，進(jìn)一步向CFP-DCO、CFP2-ACO封裝形式及更低功耗演進(jìn)。400Gb/s相干光收發(fā)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?？蛻?hù)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(zhù)數據通信產(chǎn)業(yè)鏈的快速發(fā)展，未來(lái)客戶(hù)側封裝形式會(huì )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(fā)展趨勢

  隨著(zhù)人們對信息處理的需求不斷增大，網(wǎng)絡(luò )承載的數據流量不斷攀升。根據Cisco和愛(ài)立信公司預測，全球互聯(lián)網(wǎng)流量將從2016年每月80EB 增長(cháng)到2022年 240EB，其中，無(wú)線(xiàn)移動(dòng)流量的年復合增長(cháng)率達到45%。

  互聯(lián)網(wǎng)流量必然帶來(lái)光網(wǎng)絡(luò )帶寬需求的增長(cháng)。根據Lightcounting公司測算模型，互聯(lián)網(wǎng)流量的增長(cháng)速率與光通信網(wǎng)絡(luò )帶寬的增長(cháng)保持一致。

  因此，未來(lái)光電子器件市場(chǎng)依然向好。咨詢(xún)公司Ovum給出了2018-2021年光器件市場(chǎng)預測。其中數據通信市場(chǎng)需求的CAGR增長(cháng)率最高，超過(guò)18%，2021年預計達到60.96億美金，電信傳輸網(wǎng)市場(chǎng)需求CAGR增長(cháng)率超過(guò)12%，2021年達到91.36億美金。主要光電子器件的行業(yè)發(fā)展數據如下：

  (一)電信傳輸網(wǎng)光收發(fā)模塊

  以DWDM(密集波分復用)線(xiàn)路側光器件作為代表，與光網(wǎng)絡(luò )系統發(fā)展趨勢相同，100Gb/s光模塊保持著(zhù)最大的產(chǎn)業(yè)規模，2017年突破30億美金，并穩定增長(cháng)，200Gb/s光模塊增長(cháng)幅度最大，并將在2018年超過(guò)10Gb/s DWDM模塊市場(chǎng)。

圖2：DWDM線(xiàn)路側不同速率光器件收入規模預測

  (二)數據通信光收發(fā)模塊

  根據Cisco預測的超大規模數據中心數量增長(cháng)情況，從2017年到2020年，全球將新增188個(gè)超大型數據中心，假設以每個(gè)數據中心20萬(wàn)平方英尺的規模計算(參照AWS全球30+個(gè)數據中心，總面積規模約為670萬(wàn)平方英尺)，則所需100Gb/s光收發(fā)模塊將達近一億只。而且，數據通信產(chǎn)品迭代速度快于傳統光傳輸網(wǎng)絡(luò )產(chǎn)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(chǎn)品)，對高速光電器件/光收發(fā)模塊的需求更加急迫。下圖是咨詢(xún)機構Lightcounting給出的數據通信光收發(fā)模塊的發(fā)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(kāi)始發(fā)貨量增長(cháng)迅速，與之相伴隨的是40Gb/s的光模塊發(fā)貨量增長(cháng)放緩并開(kāi)始呈下降趨勢。

圖3：數據通信光收發(fā)模塊數量增長(cháng)預測

  (三)PON光收發(fā)模塊

  到2017年中旬，全國光纖接入用戶(hù)達2.28億戶(hù)，這其中絕大多數為GPON和EPON接入方式。而隨著(zhù)用戶(hù)數據量的增加，用戶(hù)體驗要求的提升，高清電視，VR等應用的興起，傳統GPON和EPON網(wǎng)絡(luò )已經(jīng)難以滿(mǎn)足需求。目前10G PON技術(shù)已經(jīng)成熟，成本在逐漸降低，10G PON將成為接入網(wǎng)主流，預計2017～2022年10G PON的年平均增長(cháng)率將達到 27%，并逐漸全面取代傳統GPON和EPON。

  (四)無(wú)線(xiàn)前傳光收發(fā)模塊

  5G時(shí)代即將到來(lái)，預計到2022年，各運營(yíng)商的5G網(wǎng)絡(luò )將進(jìn)入大規模建設的高峰期?；咎炀€(xiàn)從2*2MIMO向4*4MIMO升級，推動(dòng)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(wú)線(xiàn)前傳市場(chǎng)需求逐年增大，且25Gb/s速率光收發(fā)模塊需求量快速上升，到2022年細分市場(chǎng)規模超過(guò)7.1億美金，其中以10Gb/s和25Gb/s速率為主。

圖4：無(wú)線(xiàn)前傳的光模塊銷(xiāo)售預測

  總體上，全球光收發(fā)模塊市場(chǎng)占據著(zhù)光電子器件中的最大份額，而且根據Ovum數據，光收發(fā)模塊市場(chǎng)規模仍將快速增長(cháng)，預計到2022年增至110億美元。25G光模塊產(chǎn)業(yè)鏈應用逐步替代10G光模塊成為主流，數據中心、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)、接入網(wǎng)、傳輸網(wǎng)對25G光收發(fā)模塊形成了需求合力，將是一個(gè)產(chǎn)業(yè)的爆發(fā)力。