多模光纖助力數(shù)據(jù)中心的高速連接與低碳運(yùn)營 — 技術(shù)趨勢(shì)與成本優(yōu)勢(shì)篇

  隨著全球互聯(lián)網(wǎng)用戶數(shù)、設(shè)備連接數(shù)快速增長(zhǎng)，寬帶速率不斷提升，同時(shí)高清視頻流、元宇宙以及無處不在的社交網(wǎng)絡(luò)共同推動(dòng)了全球互聯(lián)網(wǎng)流量的飛速增長(zhǎng)。COVID-19疫情期間人們?cè)诩抑懈嗟匾蕾嚮ヂ?lián)網(wǎng)與親人交流分享，與同事進(jìn)行視頻電話會(huì)議，將短視頻或其他內(nèi)容上傳到云端，這些應(yīng)用加速了互聯(lián)網(wǎng)流量增長(zhǎng)，帶動(dòng)了云和企業(yè)數(shù)據(jù)中心的需求。

  在COVID-19疫情期間，全球互聯(lián)網(wǎng)峰值流量增長(zhǎng)了47%[1]，F(xiàn)acebook的即時(shí)信息增加了50%[2]。從2020年初到現(xiàn)在，訂閱付費(fèi)流媒體服務(wù)的客戶數(shù)增加了23%，如圖1所示。這些業(yè)務(wù)需要光纖網(wǎng)絡(luò)將用戶聯(lián)接到各地的數(shù)據(jù)中心[3]，為用戶提供必要的計(jì)算、存儲(chǔ)和內(nèi)容分發(fā)等服務(wù)。數(shù)據(jù)中心已經(jīng)成為現(xiàn)代生活的引擎，全球范圍內(nèi)都在大規(guī)模建設(shè)數(shù)據(jù)中心以支持各類網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的快速增長(zhǎng)。

圖1. 全球互聯(lián)網(wǎng)流量在疫情期間加速增長(zhǎng)

  在過去的20年中，數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)已成推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新最具活力、增長(zhǎng)最快的市場(chǎng)之一。數(shù)據(jù)中心運(yùn)營商正在努力建設(shè)網(wǎng)絡(luò)速度更快、更密集、更易安裝、更具成本效益、更節(jié)能的數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)的可持續(xù)性發(fā)展。

  多模光纖市場(chǎng)展望

  隨著流量的持續(xù)增長(zhǎng)，超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心和企業(yè)數(shù)據(jù)中心通過部署更高速率的以太網(wǎng)光模塊，不斷升級(jí)其基礎(chǔ)設(shè)施。新興的硅光技術(shù)帶動(dòng)了基于單模光纖連接方案的市場(chǎng)增長(zhǎng)，成為市場(chǎng)關(guān)注的熱點(diǎn)。而與之相對(duì)的是，基于多模光纖(MMF) 連接方案的增長(zhǎng)則常常被市場(chǎng)低估。

  多模光纖的解決方案仍然是數(shù)據(jù)中心運(yùn)營商的重要選擇之一。業(yè)界通常通過光模塊的出貨量對(duì)市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行判斷。根據(jù)Lighcounting的報(bào)告，多模光模塊出貨量在可預(yù)見的未來將持續(xù)增長(zhǎng)[4]，如圖2所示：

圖2. 多模光模塊的出貨量預(yù)測(cè)

  多模光模塊的出貨量預(yù)計(jì)將占所有光模塊的45%以上，基于多模光纖的連接方案是數(shù)據(jù)中心內(nèi)連接的重要方式。

  隨著數(shù)據(jù)中心向更高速率發(fā)展，未來五年中多模光模塊出貨量的增長(zhǎng)將主要來自于高速多模光模塊的增長(zhǎng)。例如，100G和400G多模光模塊的出貨量預(yù)計(jì)將在2025年超過40G及以下速率多模光模塊出貨量的總和。

  多模光纖解決方案的強(qiáng)勁增長(zhǎng)主要是受到北美企業(yè)數(shù)據(jù)中心和中國大型云數(shù)據(jù)中心的需求推動(dòng)。與北美超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心園區(qū)通常以大面積的單層建筑布局不同，中國的云數(shù)據(jù)中心通常位于占地面積相對(duì)較小的多層建筑中。因此，100米的鏈路長(zhǎng)度足以覆蓋大部分交換機(jī)與交換機(jī)之間的連接。而這種鏈路長(zhǎng)度，正是多模光纖連接方案的優(yōu)勢(shì)所在。業(yè)界普遍預(yù)計(jì)中國大型云數(shù)據(jù)中心將在未來5年內(nèi)大量部署基于多模光纖的200G和400G方案。

  成本優(yōu)勢(shì)

  多模光纖結(jié)合VCSEL激光器的方案在數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用，因?yàn)樗哂忻黠@的成本優(yōu)勢(shì)，特別是在當(dāng)前主流的100G速率系統(tǒng)，多模方案成本只有單模方案成本的一半。隨著數(shù)據(jù)中心向更高的速率發(fā)展，行業(yè)正在準(zhǔn)備部署下一代400G光模塊。多模光纖解決方案是否仍能保持相對(duì)單模光纖解決方案的成本優(yōu)勢(shì)，是數(shù)據(jù)中心客戶非常關(guān)心的一個(gè)重要問題，特別是當(dāng)硅光技術(shù)已顯著降低了單模光模塊成本。

  為此，我們建立了一個(gè)包括光模塊、結(jié)構(gòu)化光纜和連接器的成本模型，對(duì)基于多模光纖和單模光纖的400G方案的建設(shè)成本進(jìn)行定量比較。我們選擇了市場(chǎng)上常見的400G光模塊類型，包括400G SR8(多模，并行)和400G DR4(單模，并行)和400G FR4(單模, 雙工)。并采用中國市場(chǎng)主流的光連接布線方案，分別匹配每種光模塊類型。主干光纜基于OM4光纖，可提供4700MHz?km的有效模式帶寬(由IEC 60793定義)，以確保100米的傳輸距離。由于超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心和企業(yè)數(shù)據(jù)中心在采購和運(yùn)營方面的模式不同，成本模型中考慮了兩種類型數(shù)據(jù)中心采購光模塊時(shí)的不同價(jià)格。如圖3所示，通過分析我們得出以下結(jié)論：

圖3.超大型數(shù)據(jù)中心和企業(yè)數(shù)據(jù)中心鏈路成本分析

  超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心：

  多模400G SR8方案在100米以內(nèi)短距離應(yīng)用場(chǎng)景下是成本最優(yōu)的解決方案。距離為100米，400G SR8方案單模方案(FR4和DR4)有超過15%的成本優(yōu)勢(shì)，低于100米時(shí)，多模方案的成本優(yōu)勢(shì)更明顯。

  單模連接方案中，并行單模400G DR4方案比雙工單模400G FR4方案成本更低。

  企業(yè)數(shù)據(jù)中心：

  多模400G SR8方案相較單模方案(FR4和DR4)有超過20%的成本優(yōu)勢(shì)。

  并行單模400G DR4方案相較雙工單模400G FR4有成本優(yōu)勢(shì)。

  由此看來，在400G時(shí)代，超大型數(shù)據(jù)中心和企業(yè)級(jí)數(shù)據(jù)中心應(yīng)用場(chǎng)景中，多模連接解決方案仍具有成本優(yōu)勢(shì)。因此，我們預(yù)測(cè)作為多模光纖解決方案基礎(chǔ)的OM4多模光纖市場(chǎng)仍會(huì)保持或增長(zhǎng)。

  在下一期《多模光纖助力數(shù)據(jù)中心的高速連接與低碳運(yùn)營—低碳環(huán)保篇》中，我們將介紹：多模光纖方案相較單模方案在100G/400G等未來主流速率應(yīng)用中如何助力數(shù)據(jù)中心降低能耗、減少碳排放，以及如何選擇性能優(yōu)化的多模光纖，以實(shí)現(xiàn)更高的系統(tǒng)鏈路帶寬，敬請(qǐng)期待。

參考文獻(xiàn)

[1] Paul Brodsky, internet traffic and capacity in Covid-Adjusted terms. Telegeography

[2] Alex Schultz et.al.https://about.fb.com/news/2020/03/keeping-our-appps-stable-during-covid-19/

[3] Forbes, How the pandemic has changed video content and consumption.

[4] LightCounting,Vendor Survey Report, September 2021