傲科光电：400Ｇ光通讯、光互连的进展与应用

9 月 7-8 日，第 19 届讯石光纤通讯市场暨技术专题研讨会（IFOC 2020）在深圳大中华喜来登圆满举办。9 月 7 日，深圳市傲科光电子有限公司的技术市场高级总监何伟明在专题三“通信半导体芯片发展”上发表主题为《400Ｇ光通讯、光互连的进展与应用》的演讲，讲述了全球数据容量高速增长下的 400G 互连的发展，介绍了 400G ZR 的相关标准，400G ZR 可以满足超大规模数据中心 / 云服务提供商的需求，同时还介绍了傲科光通信产品以及数据中心产品的应用。

关于 5G 商用进程

演讲首先提到，预计今年中国将建设 70 万个 5G 基站，明后年将各再建设 100 万个，接下来几年都是高速建设期。随着 5G 基站和网络的建设推进，用户也跟着跃跃欲试。根据中国信息通信研究院预测，2025 年中国 5G 用户将达到 8.16 亿户，在总移动用户中的渗透率将达到 48%左右。2025 年后，5G 用户渗透率加快增长，相比于商用前 5 年渗透率每年平均增加 7.4%，预计 2030 年中国 5G 用户规模将达到 15 亿户，在移动用户中的渗透率达到 85%左右。

不仅是中国 5G 在快速发展，全球的数据容量也在高速增长。全球的数据总量将从 2016 年的 16.1ZB 增长到 2025 年的 163ZB，十年 10 倍的增长，复合增长率为 26%。

数据容量的快速增长已经远远超越单个计算机存储能力和处理能力，数据中心处理能力就变得更加日益重要，同时也驱动着数据中心网络不断向大带宽低时延低功耗的方向演进。

随着中国 5G 商用的开展，各种应用和内容的丰富，再加上云计算、大数据、物联网、人工智能等信息技术的快速发展和传统产业数字化的转型，数据量呈现几何级增长。根据赛迪顾问的统计数据，我国的数据总量将从 2016 年的 4ZB 增长到 2030 年的 4096ZB，年复合增长率为 64%。

全球数据中心的发展

国外数据中心发展比较早：Google, Amazon AWS, Microsoft,Facebook 等，超大规模数据中心的数量从 2015 年的 300 个增长到 2019 年的 628 个，市场规模从 2015 年的 336.5B 美元增长到 2019 年的 755.3B 美元

·近些年，我国的数据中心发展呈起步阶段：阿里云、腾讯云、华为云、百度云等，市场规模从 2015 年的 519 亿元增长到 2019 年的 1563 亿元。预计接下来的 5 到 10 年，整个数据中心的市场规模和数量都将以 30%的速度增长

·数据中心互连、长途互连对 400G 的需求

随着数据中心的快速建设，对数据中心内部和之间的互连的光模块的数量和带宽的需求呈暴发性地增长。过去几年数据中心都以 10G、40G 和 100G 的带宽互连，从 2019 年开始，200G 和 400G 都以超过 100G 的速度在增长，特别是 400G。据 LightCounting 预测，400G 的光模块的市场将从 2019 年的不到$100M 增长到 2024 年的接近$3000M

400G 互连的标准

随着网络数据流量年年不断增长，400G 相干光学技术有望在数据中心之间提供更快的数据流。利用相干光传输技术，数据中心互连（DCI）可以在一条光纤线路上传输太比特的信息，显著地降低了功耗，并能灵活地适应不断增长的数据需求。

为此，光互联网论坛（OIF）与电气和电子工程师协会（IEEE）都在开发新标准，如 400ZR、100GBASE-ZR 和 400GBASE-ZR，这些新标准可以使 100G 和 400G DCI 的距离达到最高 80 千米。IEEE 于 2018 年批准了 802.3ct 项目，IEEE 802.3ct 将利用 OIF 的 400ZR IA 制定 400GBASE-ZR 标准，实现在 DWDM 系统中最长 80 千米的单波长 400 Gb/s 传输。

400G 解决方案在 400ZR 和 400GBASE-ZR 等新标准的支持下，可以提供很大的优势和灵活性，满足不断增长的数据需求。这些新标准大大增加了带宽容量并降低了运营成本，减少了设备所占用的空间和功耗，使超大规模数据中心、分布式数据中心以及城域电信网络能够提供新兴技术所需的 400G 互连速度。

400ZR 标准

·2020 年 3 月，OIF 发布了 400ZR IA（Implementation Agreement）

·400ZR 标准使用密集波分复用（DWDM）技术和更高阶调制，在最长达到 80Km 的 DCI 链路上传输多个 400GE 承载。其目的是确保基于单载波 400G 的长距实施

·单载波 400G 使用双偏振 16 态正交幅度调制（DP-16QAM），速率大约为 60GBaud。只有通过相干检测和 DSP 技术才能实现这一目标

在主机端，400ZR 使用 400GAUI-8 接口。400ZR IA 详细说明了从该接口到线路侧相干光信号的完整数据路径。对级联前向纠错（CFEC）方案做出了完整定义，该方案由硬判决（HD）外部 FEC 和软判决（SD）内部 FEC 组成

除了可互操作的 400G 模式之外，400ZR 收发信机还有望支持其他模式，以增加可寻址应用的范围。这些模式被称为 400ZR+和 400ZR-。“+”表示模块的功耗超过 IA 所需的 15W，使模块能够使用更强大的信号处理技术跨越几百千米的距离进行传输。“-”表示模块支持低速模式，如 300G、200G 和 100G，它们可为网络运营商提供难得的灵活性

尽管 IA 不针对特定的外形，但规范的制定还是考虑了使用 QSPF-DD、OSFP 或 COBO 模块的情况。这样就可以像客户端光模块一样直接连接数据中心交换机，从而无需在数据中心内部使用昂贵且笨重的传输联网设备

400ZR 的优势

·超大规模数据中心 / 云服务提供商

·谷歌、亚马逊、微软、Facebook 以及华为、百度、腾讯和阿里巴巴等的超大规模数据中心联网需求

·海量数据中心需要提高连接速度，才能适应云服务、物联网设备、流媒体视频等应用的指数级增长

·DCI 和联网技术的发展有助于云和超大规模数据中心适应网络对更高带宽不断增长的需求

分布式校园和城区

·许多组织无法构建超大规模数据中心，如分布式校园和城区，在这样的区域内，由于空间受到限制以及灾难恢复要求，管理多个数据中心已成为新常态分布式数据中心需要相互通信，从而共享数据，平衡工作负载，提供备份并在需要时扩展数据中心容量

·400ZR 技术支持连接分布式数据中心所必需的高带宽互连

电信提供商

·与数据中心一样，电信公司也要应对网络流量的爆炸式增长，因为无论是居家还是工作，包括 5G 移动通信，消费者都需要更高的连接速度

·400ZR 实现的 400 Gb/s 速度可满足视频流传输、在线视频游戏、视频会议和在线备份服务等应用

400ZR 支持 400G DCI

集成硅光子技术和 400ZR 标准的发展为基于相干光技术的新一类经济型 DCI 铺平了道路，这些技术具有太比特级的速度和更高的效率