數(shù)據(jù)中心內的光模塊：支撐日益增長的性能需求

  ICC訊 可插拔式光模塊(亦稱為光收發(fā)器)現(xiàn)已廣泛應用于數(shù)據(jù)中心、校園、企業(yè)或服務供應商的總部。

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

數(shù)據(jù)來源：2016 - 2021 年的思科全球云指數(shù)

  促進流量增長的是連接速率的不斷增長，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(xiàn)在的 400G?，F(xiàn)在，100G 可插拔光模塊被部署到大規(guī)模數(shù)據(jù)中心應用中，向 400G 的升級正處于規(guī)劃之中，因為路由器/交換機端口現(xiàn)已支持 400G。

  “數(shù)據(jù)中心內”的流量增長加速了市場對新一代網絡設備的需求，市場需要這些設備來支持更高的端口密度和更快的轉發(fā)速度。這些設備反過來又會促進市場大規(guī)模部署高速光模塊，來連接網絡設備的各個分層。

  隨著路由器/交換機端口速率提升，每比特成本現(xiàn)已因芯片的進步(ASIC)而穩(wěn)步下降，我們在這方面會繼續(xù)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下降，但是還沒有像路由器/交換機成本下降得那樣快。

  結果，隨著比特率增長，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(shù)據(jù)中心網絡硬件總成本的 10%。當我們升級至 400G 時，光模塊占硬件總成本的 50% 以上。

  隨著光模塊速率增長，可插拔光模塊的設計和制造復雜度也隨之增長。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，大體上延誤了為滿足更高帶寬需求而進行的網絡速率升級。

  數(shù)據(jù)中心未來趨勢與推動路由器和交換機發(fā)展的 ASIC 性能有關。ASIC 性能將繼續(xù)增長，從 10Tb 增至 25Tb 再到 51Tb 及以上，這需要 ASIC 中每個 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(xiàn)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，將電氣信號從線卡傳遞至路由器/交換機面板的挑戰(zhàn)隨之大幅增加。

  為解決這一挑戰(zhàn)，即使傳輸距離只有交換機線卡內的幾英寸遠，業(yè)界也將在未來某個時候開始依賴光信號而非電氣信號。因此光模塊與芯片的聯(lián)合封裝在未來勢在必行，只有這樣才能確保路由與交換領域的持續(xù)創(chuàng)新。

  為確保我們能夠在部署時間、性能、功率和預期成本等方面推出符合客戶要求的解決方案，思科正在光技術領域 (例如硅光子學) 實施戰(zhàn)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域不斷創(chuàng)新的根本性技術。

  光技術行業(yè)在很大程度上仍然依賴“獨立”的成套組件，這些組件涉及非常麻煩的測試和組裝過程。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化的流程被集成到芯片(ASIC)中，這些自動化流程很少甚至不依賴人機互動)就會發(fā)現(xiàn)，我們可以考慮利用這些自動化流程來處理“光子信號”，而非半導體流程中的“電氣信號”。硅光子學的希望在于利用半導體行業(yè)中的流程來使光模塊制造過程更充分地實現(xiàn)自動化。

  思科于 2012 年收購 Lightwire。Lightwire 是硅光子學領域中的一家早期創(chuàng)新企業(yè)。思科基于最初的 Lightwire 技術已開發(fā)出一系列產品并不斷對其進行強化。

  思科收購 Luxtera 后成為光模塊領域遙遙領先的引領者：

  擁有一系列采用硅光子學技術的 100G/400G 產品，這些產品適用于數(shù)據(jù)中心應用，將有助于為思科的系列產品構成補充

  已開發(fā)出業(yè)界領先的制造業(yè)流程自動化，已實現(xiàn)將半導體行業(yè)流程和自動化技術引入到硅光子學中的全部目標

  在嵌入式光模塊領域的造詣已在業(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(xiàn)在數(shù)據(jù)中心在距離極短的應用 (<10m) 方面十分依賴光模塊。100G 光模塊是當今數(shù)據(jù)中心內占據(jù)主導地位的技術，預計未來將會移植到 400G 以及更高速率。

  隨著路由/交換端口的成本不斷得益于芯片行業(yè)的進步，光模塊現(xiàn)已在總成本中占據(jù)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，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進步。

  我們深知，隨著時間的推移，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域繼續(xù)投入力量，以確保我們能夠推出解決方案，滿足客戶在性能提升方面日益增長的需求。