5G承载与数据中心光模块白皮书和投资策略分析报告_51页_7mb

5G承载与数据中心光模块总结

核心内容

5G承载、数据中心互连及全光接入网络对光模块提出了差异化需求，包括速率容量、传输距离、工作环境和光纤资源等。光模块作为实现这些功能的基础单元，主要完成光电/电光转换，近年来随着速率的提升，其在系统中的成本占比显著增加，成为实现高带宽、广覆盖、低成本和低能耗的关键要素。随着5G、数据中心和全光接入网络的快速发展，新型光模块技术方案与标准化成为业界关注的焦点。

主要观点

1. 5G承载需求

• 5G前传带宽需求从40倍提升至可能的百倍，促使业界探索50Gb/s及更高速率的光模块。
• 采用eCPRI切分方案，将带宽需求降至25Gb/s级别，可复用以太网产业链。
• 为降低主干光纤消耗，波分复用方案（如6波CWDM、12波LWDM/MWDM、48波DWDM）被广泛采用。
• 未来6G前传容量可能大幅提升，需进一步提升光模块性能。

2. 数据中心互连需求

• 数据中心内部互连（服务器到TOR、TOR到Leaf、Leaf到Spine）和数据中心之间互连（DCI）对光模块提出了高速率、低功耗、低成本和智能化等要求。
• 数据中心交换芯片吞吐量预计2023年达到51.2Tb/s，2025年将达102.4Tb/s，800Gb/s和1.6Tb/s光模块成为未来重点。
• 光模块功耗已超过交换芯片，成为网络解决方案的关键因素。
• 通过CPO、光引擎与交换芯片合封等技术降低功耗与成本。
• 智能化趋势明显，光模块需支持健康度监测、故障预警等。

3. 有线接入需求

• 接入带宽目标为每户1~10Gb/s，5G小站等新场景推动超10G光接入技术发展。
• 10GPON已规模部署，单波50GPON成为国内接入网演进方向。

关键信息

1. 新型光模块技术方案

• 25Gb/s波长可调谐光模块：主要应用于5G前传，支持C波段和O波段，需满足工业级温度要求，调谐技术包括DFB、DBR、ECL、VCSEL等。
• 基于单波100Gb/s的100/400Gb/s光模块：通过单波速率提升，降低光学复杂性和成本，支持多种封装形式如QSFP28、QSFP-DD等。
• 80~120km相干光模块：采用DP-DQPSK或DP-16QAM调制格式，支持CFEC和OFEC纠错，适用于DCI和5G回传场景。
• 50/100Gb/s彩光直调直检方案：采用PAM4调制，支持KR4、KP4、IFEC等FEC模式，需配合色散补偿模块（DCM）。

2. 标准化热点

• 国内标准：YD/T 3125.3规范波长可调谐模块，CCSA推动100Gb/s和400Gb/s光模块标准。
• 国际标准：ITU-T G.698.x系列、IEEE 802.3、100G Lambda MSA等标准正在修订或制定中。
• 400Gb/s相干光模块标准：OIF-400ZR-01.0、IEEE 802.3cw、ITU-T G.709等。

3. 产业链与技术发展

• 光芯片：EML、DML、硅光等技术路线并存，EML方案成熟度高，DML成本低但性能受限，硅光方案在研发中。
• 电芯片：Driver、TIA、CDR、DSP等关键器件，国内厂商如傲科、英思嘉、海思等已取得进展。
• 封装形式：QSFP-DD、OSFP、CFP2等，国内厂商正逐步参与。
• 应用部署：100Gb/s LR1和400Gb/s LR4已基本成熟，100Gb/s ER1和400Gb/s ER4预计2021年底趋于成熟，2022年中具备商用条件。

技术挑战与趋势

• 成本控制：通过优化封装（如TO同轴）、调制方式（如DML）、降低波长调谐范围等方式实现低成本。
• 功耗降低：采用CPO、光引擎与交换芯片合封等技术，降低功耗。
• 标准化进展：国际和国内标准均在推动光模块技术演进，尤其是相干光模块。
• 技术方案选择：在不同传输距离和速率下，需权衡相干、直调直检等方案的性能与成本。

关键厂商与进展

• 国内厂商：海信、海思、光迅、索尔思、新易盛、德科立、博创、源杰等在光模块研发和量产方面取得进展。
• 国外厂商：Acacia、Inphi、Lumentum、Broadcom、NeoPhotonics等在光模块和光芯片领域占据主导地位。
• 国内光芯片研发：部分厂商开始试制25Gb/s DBR激光器芯片，硅光方案也在推进中。

未来展望

• 5G与6G的发展将推动光模块向更高速率、更长距离、更低成本和更低功耗演进。
• 数据中心互连对光模块需求持续增长，800Gb/s和1.6Tb/s成为未来重点。
• 相干光模块在80~120km传输中具有优势，但需解决成本和功耗问题。
• 硅光集成技术是未来光模块产业的重要方向，具备高集成度和成本优势。