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5G套餐正式发布,光模块硅光产业升级

已有 421 次阅读2019-11-11 16:04 | 光模块

  今年11月1日,国内三大运营商移动、联通、电信相继发布5G套餐, 5G时代正式来临,一触即发。光模块作为5G基站和传输设备中的核心部件,新一轮的发展机遇来袭,更适合5G的硅光技术持续升级。

  去年1月工信部发布《中国光电子器件产业技术发展路线图(2018-2022)》指出,我国光通信器件市场约占全球总份额的25%~30%,但是高端芯片器件自给不足,国产化率较低。这也意味着,国内光模块行业有着巨大的市场潜力,尤其伴随5G发展,光模块产业更是产业链竞争的焦点。

  全光网是5G的起点和最理想承载技术

  如此庞大的5G网络如何承载?全光网是5G的起点!全光网是5G最理想的承载技术。“光纤网络的巨大可用频谱(10THz)、超大容量(100Tbps)、超高速率(1Tbps)是5G网络的最理想的承载技术。”

  向全光网演进主要分为三步:第一步:传输链路光纤化,传输都已经实现光纤化,正在向200-400Gbps演进;第二步:接入网光纤化,正在推进配线段和引入线乃至桌面的光化,进入攻坚战,光进铜全退依然路长;第三步:传输节点引入光交换CTC骨干网将在年底前全面部署ROADM,形成骨干全光网,并继续向大小城域网乃至接入网延伸。

  全光网2.0时代已经全面开启:我国首张骨干ROADM网运营一年,效果明显,节约成本30-50%、能耗和空间约50%,业务配置效率大幅提升,时延最低,波长一跳直达。省际干线和省内干线将规模应用,大城域网将随需启用,城域和接入网需进一步降低WSS成本。这些都标志着全光网从1.0(全光纤网,已覆盖91%家庭)开始迈向全光网2.0(全光自动调度)新时代。2019年中国开建骨干ROADM节点高达466个;2019年中国电信骨干网最大节点容量可达370Tbps,已经有需要32维WSS(可达300Tbps)。基于ROADM全光网将向基于OXC全光网演进。此外,全光网还需要走向SDN控制。

  降低光器件成本是降低5G成本的重要路径

  需要特别关注的是,5G的高成本将影响运营商的部署进程,即便按保守的容量站方式部署,5G也需要比4G增加投资约50%,绝大多数运营商难以承受。其中前传成本最敏感、分担成本的用户数最少、对维护效率影响最大。

  降低前传成本的思路包括:1、架构重构:接口开放、硬件白盒化、软件开源化;2、采用eCPRI接口:速率降4倍,从100G降至25Gbps;3、光器件成本是瓶颈,光器件规模小、手工操作多、温度苛刻、传输距离长、技术创新慢,是降低前传成本的关键。

  其中,5G时代光器件的成本已经构成整个5G网络成本的重要部分,降低其成本成为降低5G成本的重要路径。实现低成本光器件的思路主要包括:

  一是技术创新:网络架构、网络协议、光物理层;

  二是产品分级:不同距离采用不同技术实现最低成本,4G时代,分别采用VCSEL、FP、DFP技术来适配不同距离,避免过度设计,降低成本;

  三是量产规模:其一尽量减少选项,提高量产规模;其二是国产化;其三是不同领域技术共享;

  四是采购模式:光器件单独采购增加数量,减少开销。

  硅光子技术是根本性突破方向

  近年来,在光模块领域讨论最多的莫过于硅光技术。硅光技术,简单来说就是“以光代电”,通过把大量的光器件集成到单个硅光芯片上来大幅降低光模块的尺寸、简化光模块的设计和生产。硅光技术可以和集成电路技术相结合,最终达到光芯片和电芯片的一体化集成,来实现芯片和芯片间甚至芯片内部光互连。硅光技术具备连接速度高、功耗低、速率高、结构紧凑等突出优势,可以说是目前解决信息网络所面临的功耗、速率、体积等方面瓶颈的关键技术。

  据市场研究机构在2018年对外公布的对硅光子的预测显示,虽然2017年70亿美元的光模块市场,硅光只有2.6亿美元,但预测到2025年,硅光模块将达到36.7亿美元,占整个光模块市场的35%,目前各大企业也开始纷纷抢注硅光领域。

  光模块产业链竞争加剧 国产技术探索进行中

  根据传输速率不同,光模块的发展经历了10G、20G、40G、100G至当下400G等多个阶段。众所周知,当前通行的是100G光模块,而400G光模块是基于硅光技术研制而成,传输速率大大提高,与100G光模块相比,其网速将提升四倍。预计2020年下半年将在阿里全球数据中心投入使用,并逐步为阿里云的全球云计算客户提供服务。

  作为硅光产业环节的技术更新,硅光芯片领域也成为厂商纷纷入局的重要一环。但是不得不说,目前硅光技术发展依旧面临四大技术难题有待解决。

  一、硅光子芯片技术的设计方面面临着架构不完善、体积和性能不平衡等难题;

  二、硅光子芯片的制造工艺面临着自动化程度低、产业标准不统一、设备紧缺等技术难关;

  三、封装困扰;

  四、产业相关的器件方面仍有很多相关技术难题未解决。

  可见,光通信成为电信网发展的速率和成本的瓶颈,光器件是瓶颈的瓶颈,而光芯片是瓶颈的立方,占设备成本大头的光域成本不受摩尔定律恩惠。

  硅光子技术是根本性突破方向,各种光子集成技术都可以带来不同程度的改进和突破,但只有硅光子技术可以享受到摩尔定律带来的巨大好处,从而可望在成本、功耗、集成度上带来根本性突破。硅光子技术的思路:利用现有CMOS的投资、设施、经验和技术设计和制造光器件和光集成,从而达到CMOS水平。

  硅光集成的使用场景包括:公网,长途和城域网用量不大(数千上万),距离远(数十上百公里),器件成本偏高;接入网用量大,距离短,但使用环境苛刻(-40°到85°)。数据中心:用量大、更新快、距离短、成本低、速率高、端口密度高、功耗大、环境好(0°-70°)。适用场景和演进路径:从环境好、成本低的DC开始(100/400G互连),待温度和成本解决后进入移动前传(25G,10公里)和回传(100/200/400G,几十公里),然后逐步向城域网和长途网延伸(100/200/400G,几十上百公里)。

  尽管面临挑战,国内厂商亦未退缩。目前,易飞扬、华为、海信都已经在硅光子产业开展部署规划,单就硅光芯片产业链而言,目前全球仍处于初级阶段,硅光芯片要实现大规模的商用还有很长的路要走,但不可否认它广阔的市场前景,在5G的推动下,或许能开拓出一个全新的发展思路。

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