硅光子学的拐点--不是 "如果",而是 "何时

最近,数据中心行业对硅光子学有了很多的讨论。这到底是怎么回事?不断扩大的数字世界正由云计算、移动数据、视频流和物联网(IoT)驱动。今天,据估计,到2016年底,通过数据中心推送的数据将超过6 zettabytes(即相当于约2500亿张DVD),这一数字预计到2020年将翻一番。此外,网络带宽每两到三年就会翻一番,这意味着链接的数量和每个链接的数据容量都在翻倍--10G正在变成25G,40G端口正在演变成100G端口。在数据中心内移动所有这些数据(在服务器、交换机和存储之间)将需要广泛采用光通信,以便随着存储和计算需求的增长而扩展。使用铜线和光纤技术来传输数字信息将无法跟上摩尔定律的步伐。

长期以来,光电子行业一直在研究混合硅技术,如磷化铟和硅锗。快到今天:传统的CMOS工厂已经能够成功地制造光子学IC和光学元件,而不需要特殊的加工步骤和额外的相关费用。激光技术也发展了不同的光纤技术(SMF和MMF),支持在1550和1310模式下运行的多种波长。

 硅光子学的拐点--不是 "如果",而是 "何时

对于数据中心来说,这有助于创造更远距离的、基于光纤的连接的势头,以克服铜缆100米的限制。光连接解决了数据中心内最远2公里和数据中心外最远80公里的问题。最后,技术分析师预测基于SiPh的模块、激光器和光纤部署将有巨大的增长,有两个大市场在推动这一势头。数据通信和电信,它们正在数据中心互连(DCI)、城域网、内容交付网络(CDN)和基站前程市场中创造新的市场。由于云数据中心流量的超速增长和光传输网络向400G的过渡,云数据中心的巨头们声称,到明年他们将消耗整个世界四分之三的光学器件。这意味着从2017年开始,基于SiPh的100G端口将提升到每年几百万个。

英特尔对硅光子学部署的看法。英特尔数据中心日-2015年8月

此外,部署的服务器数量的增长已经猛增到每年超过1200万台,从机架到机架、机架到交换机、交换机到交换机的连接正在转变为基于光纤的连接,以满足功耗大的数据中心的网络带宽,并降低总拥有成本(TCO)。

这使我对板载光学器件、PSM4、QSFP56和CFP4类型的模块和外形因素感到热切的乐观。数据通信和电信行业正在创造数据中心互联(DCI)、城域网、内容交付网络(CDN)和基站前程市场的新市场。SiPh技术的进步对数据中心的速度至关重要。最近思科VNI的更新估计,DCI与DCI之间的流量相当于数据中心内部流量的1/7。这意味着在不久的将来,DCI到DCI和城域网链接将为100G链接的带宽和密集连接而尖叫。由于所有明显的原因,SiPh芯片是降低成本和功耗的正确选择,同时提高带宽和容量。值得注意的是,城域网和CDN网络将成为推动硅光子技术发展的关键推动力。

按目的地划分的全球数据中心流量,2019年

资源。思科全球云计算指数。2014-2019

内容提供商、网络运营商和内容交付网络在视频流和整体宽带接入和回程网络的推动下出现了巨大的增长。这种永不满足的带宽需求正在推动视频流网络向基于多100G的SiPh解决方案发展。特别是在长距离方面,传输网络将看到对多100G线路速率、400G和高达1.2Tera比特转发器和muxponders线路卡的需求。一些光学公司已经开始在这个领域展示基于200G的解决方案,为光学元件供应商、模块制造商和硅光子芯片制造商创造了巨大的机会。硅光子学的增长阶梯来自于新的第五代,即蜂窝系统的5G技术。真正的问题是:为什么5G会推动硅光子学的拐点?无线基础设施专家们声称5G是一种万能的技术,与LTE技术相比,它将支持10G/s的带宽,1000倍的容量,最低往返延迟~1ms。爱立信诺基亚华为等顶级基础设施供应商正在大力寻找新的架构,以最低的总拥有成本实现5G的梦想,满足带宽要求。一些关键的趋势是大规模阵列天线和毫米波通信,并在现场部署许多远程无线电头(RRH)(又是小电池!)。在前线,所有这些远程无线电头都连接到一个集中的无线电接入网络(CRAN),被称为超级基站(我应该说是虚拟化的吗)。由于这些基站相互隔离,有数公里的距离,它们需要高速、可靠的连接网络。这就是对基于OTN的硅光子连接的需求,当5G基站部署加速时,基础设施的增长将会爆发,仅中国就会有数百万的端口和硅光子的数量。但实际上,5G的部署还有点远,这意味着它们可能要到2018年及以后才会开始(更可能是2020年以上)。但很明显,5G前线架构将推动对各种硅光子学模块和芯片组的需求。超级连接世界的逐步增长正在将光子学推向一个拐点。现在,问题不是如果,而是何时?从云数据中心、DCI-to-DCI、地铁和长途运输网络以及5G基站开始,将促成这一势头,并推动对基于硅光子学的解决方案和部署端口的需求。随着我们接近2017年,我们应该看到数据中心OEM和电信运营商的一个拐点。最终,电信和数据中心对高速、高带宽数据的所有需求将推动生态系统的增长和硅光子技术。要了解更多关于采用突破性半导体技术的超云数据中心解决方案,请下载最近的这份报告,或联系您的GLOBALFOUNDRIES销售代表。