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2018年已經成為過去式，國內外形勢風云變幻，不管是國家之間的貿易戰還是著名人物的逝世都牽動著大伙的心；雖然國外通信行業寒冬已至，大規模裁員消息不絕于耳，但是國內市場卻傳來利好的政策環境。 2019年迎面而來，對我們光器件廠商來說，不必去預測市場，只需要最快地順應時代潮流，就能立于不敗之地。 5G利好政策推動光模塊市場持續前進 12月19日至21日，中央經濟工作會議于北京舉行。會議確定2019年要抓好7項重點工作任務，其中明確提出了：加大制造業技術改造和設備更新，加快5G商用步伐，以及加強人工智能、工業互聯網、物聯網等新型基礎設施的建設。2019年將成為國內5G設備商以及器件商至關重要的一年。 5G商用過程中，光模塊市場是備受各廠商追捧的市場。光器件是構成光通信系統的必備元器件，處于光通信產業鏈的中上游，能夠實現光信號的產生、調制、探測、連接、波長復用和解復用、光路轉換、信號放大、光電轉換等。 光器件當前主要的應用市場是電信光網絡和數據中心，無論是電信運營商的骨干網、城域網和接入網，移動網絡，還是數據中心光互連，都需要大量的光器件。 
從全球來看，經濟危機之后，各國普遍把建設高速光通信網絡作為發展經濟的重要戰略之一。因此，未來幾年電信光器件需求增長的驅動因素依舊強勁。 美國 到2020年，每個社區（包括學校、醫院、政府等）都享有至少1Gb/s的寬帶服務，至少有1億家庭享受下行速率大于100Mb/s, 上行速率大于50Mb/s的寬帶服務。 歐盟 2020年全部寬帶接入速率不低于30Mb/s, 50%的家庭接入速率超100Mb/s。 過去一年里，行業發生了激烈的收購重組，高速光通信市場的壟斷即將形成。 2013年，我們提出“寬帶中國”戰略，之后又陸續頒布了“互聯網+”、“提速降費”等產業政策。此外，光纖到戶、4G/5G傳輸網絡、三網融合、物聯網、大數據等多項國家重點工程都將成為持續拉動光通信市場需求增長的主要因素。 中國 國務院《關于加快高速帶寬網絡建設推進網絡提速降費的指導意見》明確要求要加快基礎設施，2016-2017年網絡建設累計投資不低于7000億元，2017年底，全國所有設區市城區和大部分非設區市城區家庭要具備100Mbps光纖接入能力。 國務院要求2020年寬帶覆蓋到98%行政村，80%以上的行政村實現光纖到村，總投入1400億元。這些都為國內光器件市場需求的快速增長提供了政策紅利與現實基礎。按照目前帶寬流量的增長，2016年的網絡流量會達到1.1ZB, 而2019年將達到2ZB。 400G數據中心是下一代數據中心的必然選擇 為了應對互聯網流量的快速增長，我國“十三五”規劃建議中明確提出要提前布局下一代互聯網，這無疑為互聯網未來發展做好了規劃，并指明了方向。 這種快速的增長，為當前光纖通信傳輸技術提出了很大的挑戰，也極大推動了光纖通信技術的發展。隨著移動互聯網/物聯網的發展, 云計算, VR/AR, AI等新技術的商用，數據中心在未來的社會將保持長時間高速率的持續發展。 思科的預測 2017—2020年全球每年數據中心增長率預計超過30%，隨之而來的全球數據中心IP流量將從2015年的每年4.7ZB增長到2020年每年15.3ZB，年復合增長率約為27%。 LightCounting的預測 在數據中心中，光模塊已經成為承載IP流量的最主要載體，因此，數據中心的飛速發展必將帶動光模塊市場的爆發式增長，到2019年數據中心光模塊市場規模有望達到49億美元。 同時由于流量的飛速增長，對光模塊的傳輸速率也提出更高的要求，如今主流的100G光模塊將在2019年逐步被基于新技術的200/400G光模塊所取代，預計200/400G光模塊市場規模在2020年達到10億美金。 在數據中心400G短距離光互連技術中，與100G(4x25Gbps)及以下技術最大的不同是引入了新的調制方式(PAM4)與更高的信號波特率(56Gbaud-64Gbaud), 使得單波長的傳輸速率達到100Gbps。 目前較成熟的VCSEL、直調激光器(DML)與電吸收調制器(EML)的光器件由于其模擬帶寬不足，必須配合數字信號處理(DSP)芯片才能滿足單波100G的應用需求，對比傳統使用模擬始終恢復(CDR)芯片的模塊，會大幅增加功耗。
◮基于模擬實現的56GPAM4信號編碼電路 由于400G技術的要求，需要應用單通道56G或112G速率要求，但是目前的NRZ技術很難突破單路56G傳輸速率，主要原因在于56G/112G信號的通道損耗和反射引入代價太大，同時對通道Cross-Talk（串擾）的容忍性極大降低。 PAM4調制技術的分類
當前PAM4產品從解決方案上的分類
易飛揚(Gigalight)根據不同的應用場景，采用了400G AOC應用CDR技術、400G光模塊應用DSP技術的方案，基本上可達到功耗和性能之間的平衡。下面列出了CDR和DSP方案比較表格。
硅光技術——低成本、功耗的400G解決方案 為了實現低成本、低功耗的400G解決方案，結合高帶寬的外調制技術與低功耗的CDR電芯片是較可行的技術方案。 而傳統基于磷酸鋰或者磷化銦工藝的MZ調制器受限于復雜的制造工藝（涉及材料生長、高精度封裝技術或大規模光子制備工藝）, 期間成本較高，成品率難以控制，批量生產的難度也很大，因此不適合用于短距離光互連。 而硅基光收發器件和集成模塊基于“絕緣體上的硅”(silicon-on-insulator, SOI)晶圓和標準化的CMOS工藝，除了具備滿足400G應用高調制帶寬的技術特性，在器件尺寸、集成規模和成本方面也具有相當的優勢。 可以預見的是，在400G時代2公里以下的應用場景中，硅基光芯片將擁有廣闊的市場前景。
◮硅光技術的應用 對于應用于下一代數據中心的400G光模塊，能夠在100GE的基礎上進一步提升網絡容量并降低每比特的傳輸成本，目前數據中心和IP城域和骨干網的核心路由器已經具備裝載400GE接口的能力，Google和Facebook以及國內的阿里巴巴等互聯網公司也計劃在400GE成熟之后第一時間在數據中心應用，IEEE也完成了400GE以太網標準IEEE802.23bs的制定。可以說目前400GE的需求已經非常明確，只待成熟的商用產品出現。 從光模塊看，目前市場主流的高端光模塊速率為100Gbps，其大多數還是基于傳統的光器件解決方案。只有少數廠商如Intel, Luxtera, ST（意法半導體）擁有自主的硅光解決方案，主要原因是在100G及以下的傳輸速率下現有的光器件能夠更好的滿足帶寬及成本的需求。 對于數據中心的400G技術，其核心技術在于開發基于硅光的新型光器件，該部分主要完成發送端的電光調制與接收端的光電轉換工作。與傳統的光器件相比，硅光器件需要在更小的體積滿足更大的調制帶寬(>30GHz), 線性的調制特性，高效率低損耗的光源與硅光芯片耦合技術。 國外對于硅基光器件的研究始于2000年左右，經過十幾年發展已經形成了完整的產學研體系，一些公司已經推出了100G硅光子器件的產品。 Luxtera的100G QSFP光收發模塊已經銷售了200萬對。此外，Intel, Kotura, Cisco和Acacia等公司也在近年相繼研制出100G及以上硅基光模塊的樣品。同時，國外微電子CMOS廠商, IC和光器件廠商也陸續加入硅光技術產業鏈，形成了比較完整的研發體系。 隨著近年來硅基光子技術的突破，一些公司已經推出了硅光子器件的商用化產品。半導體行業巨頭Intel和IBM公司早在10年前就開展了硅基光電混合芯片的研發與布局。 2012年12月IBM宣布其采用90納米CMOS工藝，實現了硅光子器件與微電子IC的集成，每個通道的收發速率超過25Gbps。 2013年11月富士通與英特爾聯合演示了全球首臺基于英特爾硅光總線互連的服務器，重新定義了服務器的標準架構。 光通信行業領頭羊思科公司也格外重視硅光子技術帶來的功耗和成本優勢，2012年3月花費2.7億美元完成了對Lightwire公司的收購，并于1年之后宣布推出100Gb/s硅光電子收發器。思科首席技術官與首席架構師Dave Ward稱：“硅光子是當今ASIC中最具發展前途的東西。這是唯一一種能夠解決長期技術與商業需求的顛覆性技術。” 總結 5G市場作為光通信行業發展的絕佳契機，將帶動數據中心100G甚至400G光模塊產品的深刻變革，當前基于PAM4調制的產品處于大規模應用前的階段，所以還存在著兼容性問題。隨著行業的進一步發展，硅光技術的逐漸成熟，數據中心的高速率高模塊應用將迎來更為廣闊的明天。 |
