因应巨量材料(BigData)来袭，材料中心业者正加紧建置100G，乃至400G互连网路;而硅光子(SiliconPhotonics)技能因为可到达更高光电结合度，完结比铜缆更高频宽、低推迟且具本钱效益的光通讯传输，因而日益遭到商场喜爱。

　　10多年来，包含英特尔(Intel)、IBM、惠普(HP)、甲骨文(Oracle)及思科(Cisco)等前五百大公司皆致力于硅光子学(SiliconPhotonics)技能的研制，如今全安稳朝向商业化开展。因为现有技能已无法供给符合本钱效益的处理计划，100G资讯中心(DataCenter)可说是硅光子学在近期内最好的商业化时机。

　　Ovum以为，100G网路的硅光子技能商业化是迈向400G以上互连的最好跳板。尽管走向商业化仍是漫漫长路，但做为铜导线的抗衡者，硅光子技能在供给链中损坏商场的力气已渐渐浮现。

　　频宽需要驱动光学元件演进

　　资讯中心日益扩展，其构造须调整以增进运用设备效能，一起因扁平化网路构造及关于高处理才干与低推迟等需要，使资讯中心内衔接量与频宽急遽添加。

　　为满意这些需要，资讯中心营运商将从2016年开端朝100G迈进，此举将带来高度光电结合需要，为入门厂商及材料体系(MaterialSystem)敞开时机大门。以现有光学元件技能为基础的第一代100G光网路模组尺度过大，报价也不菲，因而100G网路的呈现将会影响接下来几代技能继续寻求小尺度、低本钱。

　　曩昔10年在硅基光学功用东西组(ToolboxofSilicon-basedOpticalFunctions)的研制造业及资讯中心的100G衔接，都带来商业化的绝佳时机。光电需要高度结合以供给小封装、低耗能的处理计划，而硅光子学技能即为满意这些需要的抱负挑选，商业化将能进一步协助供货商加快制造进程、测验及包装过程。

　　硅光子结合有助开展400G网路

　　简直一切关于硅光子学的评论都以为低本钱是首要驱动力，但设备的效能才是要点。每个进入光学通讯商场的新技能都须祭出逾越现有技能的高效能，才干获得广泛运用。100G资讯中心互联量估计将远远不及现有硅基商品，显然无法满意节约本钱需要，因而效能应是首要要点，格外是在需要高度结合之时。

　　结合对硅光子学而言是强而有力的财物，更对400G网路充溢吸引力。关于能供给相似处理计划的现有技能，业界如今正着手处理此疑问，其间光电结合将会是硅光子学最首要的财物，此外，尽管100G网路是抱负的进入点，但更高层级的结合则需要400G以上网路，这为硅光电技能带来绝佳时机，趁势摆开与现有技能之间的差距。

　　硅光子学带来损坏性力气仍需数年才得以浮现。因为设备厂商正逐渐和光学元件供给行笔直结合(思科与Mellanox即为二例)，加上英特尔与意法半导体(ST)等新进积体电路厂商参加，硅光子学对供给链影响已清楚明了，但仍须累积才干真实带来损坏性力气。

　　跟着材料速率的进步，光学取代铜线传导的才干也跟着进步，但关于如此高频宽的互联需要还须经数年堆集。一切条件皆已就位，准备满意商场对更高频宽的需要，而硅光子商业化生态体系也开端树立，但这项技能离正式上市部署，还需要一段时间。

　　硅光子商场需要热度攀升

　　消费者现正寻求“随时随地化(Anywhereization)”。Anywhereization是由电信业者TeliaSonera新创之词，代表在任何设备上都能随时随地以低价报价运用数位媒体。

　　除消费者、公司行号、效劳供货商，以及很多公司家以外，设备与元件厂商也正全力争取物联网(IoT)的时机，以及供公司行号运用的云端效劳。资讯中心和其网路如今处于需要中心，效劳供货商因而须供给快速有效的低本钱资讯中心衔接，这代表资讯中心中将会需要更高频宽、低推迟的矽光子衔接。

　　Anywhereization概念需要巨大的资讯中心以及网路互连。像是Google、Facebook、IBM和微软(Microsoft)等网路内容供货商(ICP)正带头供给云端效劳，以及消费者衔接与公司衔接;一起AT&T、Verizon及CenturyLink等传统固网通讯效劳供货商(CSP)也正攻击相一起机，两者都将在资讯中心上投入资金。

　　Anywhereization股动网路设备商场的两项改动：财力雄厚的全新终端客户兴起(如ICP)(图1)，以及进步对资讯中心表里网路衔接的注重。
  硅光子发展热度攀升 为400G光网路奠定基础

　　图1网路供给链架构的改动

　　CSP是光学零件的传统终端客户，其开销情况估计会一路相等到2016年。相反地，ICP的本钱开销会快速生长，且在2017到2018间逾越CSP，两边首要出资对象将会是资讯中心及有关设备。

　　枝叶骨干式架构改进网路衔接效能

　　此外，Anywhererization添加终端客户、连线及运用体系数量，一样也添加网路衔接开销，并使全球开端注重资讯中心。因而ICP正全力优化资讯中心以援助今天的运用设备;一起资讯中心构造正朝扁平化开展，削减推迟并添加总处理才干，并运用视觉化改进伺服器运用率。

　　为到达伺服器构造之间无隔绝、低超量连线的情况，选用枝叶骨干式(Leaf-and-spine)架构。在这种架构下，群集透过骨干的分支衔接，传统三层式(Three-tierHierarchal)架构中的超量情况可大大改进，每次连线都可到达更多衔接以及更高频宽(图2)。

　　硅光子发展热度攀升 为400G光网路奠定基础

　　图2传统三层式架构与枝叶骨干式架构

　　从头规划伺服器

　　资讯中心伺服器构造正进行调整。伺服器是资讯中心最贵重的设备之一，且有很多冷却需要。为下降本钱并改进效能，贮存、回忆、变换和核算等伺服器功用如今经分流单个运作。分化式伺服器(DisaggregatedServer)有几个下降本钱特色。

　　一是关于中央处理器(CPU)等设备的区域性冷却功用，帮忙削减冷却本钱。另一个则是不须更换整套伺服器的晋级方法。举例来说，在不须调整回忆体或核算才干的前提下改进贮存才干。

　　思科、英特尔、微软以及戴尔(Dell)等商场领导厂商皆推出模组化伺服器。此外，由Facebook主导的敞开运估计画(OpenComputeProject)也以模组化伺服器为主轴。英特尔更将此架构延伸，开展出供此运用设备运用的高频宽矽光学互联技能，而如此高速、低推迟、低本钱的互联技能将有助于分化式伺服器到达抱负成果。

　　资讯中心内部衔接面对压力

　　除资讯中心之间需要更多且更高频宽的衔接，终端客户连线以及资讯中心后端营运也有此需要。不过，衔接资讯中心的光纤一般量少价昂，因而需要高频宽连线才干，以及满足的传输频谱。

　　资讯中心后端营运需要高频宽衔接，以援助备分和负载平衡等处理很多材料的程序。资讯中心与其间伺服器被视为一整套资本，高频宽、低推迟的衔接能够协助资讯中心的网路运用者透过以地域区别的不一样单位运用资本。

　　资讯中心加快迈向100G网路

　　资讯中心下一阶段的材料速率朝100G行进，且一切间隔都会遭到影响。在此材料速率之下，光学技能最为合适10公尺以上间隔。100G-meters以下的频宽/间隔商品(Bandwidth/DistanceProduct)一般选用铜导线。有鉴于今天100G是透过十组通道，每组以10G传输，估计铜导线将会在小于10公尺的连线长度被很多运用。

　　短距互连

　　少于1公里的短距互连一般由多模光纤援助，并选用笔直共振腔面射型雷射(VCSEL)技能。其光纤输出适当格外，与半导体晶片笔直，此特性在晶片阶段就能完结测验，因而能帮忙下降本钱。别的雷射器采边际发射，使半导体晶片在进行光学测验前，就先行分配到各个雷射器上。

　　VCSEL耗能低，可在雷射光与晶片笔直情况下很多输出，也能在平面阵列上产出。

　　在援助短距传输的技能中，间隔是仅有约束。频宽/间隔商品(Bandwidth/DistanceProduct)是固定不变的，因而跟着材料速率进步，间隔也会跟着缩短。IEEE规范(10GBase-SR)在10G的传输间隔是220公尺，但收发器供货商已将其增至300公尺及400公尺。IEEE100G规范(100GBase-SR4)间隔则是100公尺。供货商或许还会研制出援助数百公尺的商品。

　　当材料速率添加时，雷射规划、测验以及可靠性是短距传输面对的别的应战。这些雷射直接承受调变，并在每次材料速率进步时经过从头规划。

　　中、长间隔互连

　　中、长间隔的传输运用单模光纤。资讯中心日益扩展，如今趋势是运用更多单模光纤，不过因收发器要价较多模光纤高，运用单模光纤的互连本钱也因而居高不下。

　　雷射是收发器和封装中较为高价的设备，将雷射机衔接到光纤更是最为贵重的程序之一，材料透过直接调变、内部调变机或独立于光源的调变机进行编码。

　　中传输间隔一般由单一波长援助，透过添加材料速率到达更高频宽。

　　在40G及100G中，商场转而运用复合单模光纤的多波长雷射，以到达抱负传输材料速率。波长分波多工(WDM)是传统长距传输的技能，如今也参加中传输间隔的阵营。有了WDM的加持，收发器的尺度和本钱上升速度比预期还快，须要进行光电结合以调降本钱、尺度以及耗能。

　　长距传输运用WDM，运用单模可调接连波雷射，材料则运用调变器编码。此刻，因有很多材料传输，本钱不再是首要考量，而是效能，本钱就涣散在很多运用设备与运用者当中。

　　对10G的材料速率来说，传输是接连不断的，此外还包含在单一波长运用的振幅调变。然而对短、中、长程传输而言，100G是不小应战，亟需新技能和办法。以下是其间疑问和处理计划。

　　战胜多通道100G规划硅光子学运用潜力看俏

　　短距需要多模光纤色带，频宽藉此透过各传输25G的四组雷射到达;一样地，当运用多模光纤时，间隔会约束在100公尺内。供货商将曩昔为10G订定的规范向前推动，估计他们也将依样画葫芦，将光学技能推动到100公尺以上。

　　但即便厂商能供给援助此间隔的收发器，在10G能到达的300公尺到400公尺间隔，在100G或许仍显不足。有鉴于此，Google和亚马逊(Amazon)等ICP正在研制更大的资讯中心，更寻求能够援助500公尺到2公里的处理计划。

　　新的互连方法包含平行单模，或是初级波长多工器(CWDM)以及单模光纤的运用。每种计划都需要多通道的数据传输以及单模光纤的运用，也需要光电结合以到达功率耗费和前板密度需要。磷化铟和硅光子学皆为抱负处理计划。

　　硅光子学研制者偏好运用平行单模方法，运用一条雷射，并将其能量分红四份。调变器能独立编码材料，并在数千公尺的间隔传输。单雷射的作法应较运用四组雷射的方法廉价，但平行单模的本钱包含了光纤色带以及单模阵列组合，这些都比运用单光纤的本钱来得高。

　　平行单模被做为主动光纤缆线运用，制造商得以藉此操控光纤衔接终端，带来更低本钱的商品。要格外注意的是，选用磷化铟也可到达相似构造，但如今没有呈现这么的规划。

　　运用初级波长多工器需要四组雷射多路传输进入单模光纤。此处理计划的本钱对需要几十公尺的运用设备来说，或许过高，但关于数百公尺的中距传输却适当管用。

　　中距传输(1公里至40公里)一样也在100G碰到应战，此标准需要四组波长以供给频宽。商场希望运用40GQSFP28等一样封装方式的商品，但厂商发现，在此封装方式下，要结合元件并传输长距(10公里)并非易事。如今，索尔思光电(SourcePhotonics)已成功在此封装方式下演示10公里的效能，其他供货商则供给达2公里的处理计划。

　　长距传输(大于40公里)运用相位调变(PhaseModulation)以及同调接纳器。发射器中运用四种调变器，而接纳器则需要波导管、高速类推数位变换器(ADC)，以及数位信号处理器(DSP)。发射器和接纳器都需要高度结合才干在小封装下，以低本钱供给需要的效能。

　　100G材料速率影响对独立于传输间隔的光电结合需要。结合能削减介面、封包，以及互连数，关于缩减商品尺度、添加可靠度、下降本钱、削减耗能方面也有极大影响力。

　　光电结合可说是专为援助100G需要所规划。以光电结合见长的商场领导者英飞朗(Infinera)为例，其已成功研制出在每个磷化铟晶片上援助多重10G和100G的商品，且如今推出的商品皆是运用数百光纤功用结合的晶片，以能在每个晶片到达传输以及接纳500G的作用。

　　尽管磷化铟在雷射、接纳光纤途径，以及电路功用方面是很抱负的材料体系，但仍是有其应战与约束。举例来说，其晶片的小尺度(50毫米到75毫米)约束了每个晶片能够制造的设备数量。此外，相较于别的材料体系，磷化铟非常软弱，在处理进程中很简单损坏，因而需要格外小心，也须合作有关封装技能。

　　硅低本钱及结合才干遭到瞩目

　　电子业在曩昔50年已开端将矽作为光电结合的材料体系。摩尔定律成功预测到每18个月每一晶片包容的电晶体数量就会添加一倍，这数字代表核算才干的进步。光子学希望能运用矽基设备及程序来进步结合程度并下降本钱。

　　硅光子学研讨和研制在曩昔10年已有可观发展，并展示出很多光学设备。如今面对的最大应战是矽基光源。已有很多将磷化铟为主的雷射与矽结合的办法，使得这项技能扩展商转。

　　下一阶段资讯中心互联材料速率是400G。硅光子学估计会在400G网路扮演要角，因为其结合和可延展性是此处理计划的要害元素。硅光子学答应三项要素：材料速率、波长分波多工技能、立体阵列。

　　有鉴于多雷射、多调节器、高速电子工业的需要日益添加，关于以上条件进行高阶结合已是必然趋势。使电子设备尽或许挨近雷射有助下降耗能，将能防止假无线电频率影响效能。多雷射线和调变器的结合能与硅光子学技能完美合作，但400G则需要更高度结合，相较于100G带来更多应战。硅光子学已准备好援助400G商场，以上技能皆能合作完结这项壮举。

 

来源：中国光电网