通信行业报告：云厂商CAPEX与400G产品升级，国内光模块厂商机遇（41页）

行业报告下载 2019年10月07日 06:32 管理员

相比传统电信市场，云数据中心市场对光模块需求的差异主要体现在：技术迭代快、速率更高、需求量更大。由于云数据中心流量增速、网络架构、可靠性要求和机房环境与电信级网络的差异，云数据中心对光模块的需求体现以下特点：迭代周期短、速率要求高、高密度、低功耗等。（1）迭代周期短：数据中心流量高速增长驱动光模块不断升级。包括光模块在内的硬件设备跌代周期在 3 年左右，而电信级光模块的迭代周期一般在 6-7 年以上，有利于技术投入多、客户响应快的公司。（2）速率要求高：由于数据中心流量爆发性增长，最尖端的技术基本都最先应用在数据中心。对比 5G 和数通来看，5G 前传回传主要应用 25G 和 100G，显著滞后于数通。（3）高密度（需求量大）：高密度的核心是为了提高交换机和服务器单板传输容量，本质上依然是为了满足流量高速增长的需求；同时，密度越大，意味着需要部署更多的光模块，利好产能充足的公司。继 100G 之后，行业正在向 400G 部署迈进。云数据中心的流量爆发式增长，驱动了光模块工作速率不断升级，并呈加速态势，10G 速率端口迭代到 40G 速率端口经历了 5 年，40G 速率端口升级到 100G 速率端口经历了 4 年，而自 2018 年开始，行业已开始 400G 架构的部署。如前所述，未来数据中心所有的出口数据都需经过内部的海量运算（尤其是 AI 等应用的崛起内部流量/出口流量更加庞大），数据中心内部东西方向的流量占比提高，数据中心架构将趋向扁平化。因此，云数据中心将成为 400G 的主要推动者。

400G 光模块标准要求单通道速率提升，NRZ 调制方式存困难， PAM4 调制成为主流。光模块提升带宽的方法一般有两种，增加通道数或提高单通道的比特速率。行业标准普遍采用 8*50G 的折中方案，通道数翻倍，比特速率同样翻倍。由于 NRZ 信号是采用高、低 2 种信号电平来表示要传输的数字信号 1、0 信息，每个信号符号周期可以传输 1bit 信息；而 PAM4 调制方式采用 4 个不同的信号电平来进行信号传输，每个符号周期可以表示 2 个 bit 信息，要实现同样的信号传输能力，PAM4 信号的符号速率只需要达到 NRZ 信号的一半即可。在单道速率要提高到 50Gbps 及以上时，如果仍然采用 NRZ 技术，难以满足收发芯片的时间以及传输损耗的要求，所以 PAM-4 技术的采用成为了必然趋势。DSP 芯片拥有强大的支持复杂高效率的调制方式的能力，是 PAM4 调制方法下最理想的实现方法。DSP 即高速数字处理芯片，是一种特别适合于进行数字信号处理运算的微处理器。PAM4 的方案包括 1）基于 DSP 的数字 DAC 实现方法和 2）基于模拟的 Combine 方法。模拟方式可通过两路 NRZ 信号进行相加操作，而 DSP 数字 DAC 方式则是基于高速 DAC 的方式进行 0/1/2/3 电平的快速输出，实现速率翻倍。鉴于无线信道的传输非常复杂，使用传统的模拟补偿无法满足无线信道的补偿需求，而 DSP 恰恰能够弥补这一劣势。此外，DSP 芯片还可以进行色散补偿操作，去除噪声、非线性等干扰因素。对于单波 100G 以上的应用来说，目前的发送端电驱动芯片与光器件都达不到 50GHz 以上的带宽，因此在发送端相当于引入了低通滤波器，在时域上表现为码间干扰。而引入 DSP 之后，可以在发送端直接对信号进行频谱压缩，接收端在通过自适应的 FIR 滤波器对信号进行恢复，用这种方法可以把调制/接收器件中不可控的模拟带宽影响变成已知的数字频谱压缩，降低对光器件带宽的需求。整体而言，使用 DSP 方案的 400G 产品处理信号的能力更加优异，主要表现为电口适配能力强，光电性能好等，DSP 方案也成为 400G 的核心技术之一。