隨著行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的成熟和網(wǎng)絡(luò)需求的持續(xù)增長，400G光模塊技術(shù)已成為推動(dòng)信息與通信技術(shù)（ICT）行業(yè)升級(jí)的重要引擎，受到越來越多的重視和廣泛應(yīng)用。它在數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)、城域承載網(wǎng)以及遠(yuǎn)距離高容量傳輸網(wǎng)絡(luò)等應(yīng)用場景中具有廣闊前景。本文將從其背景和趨勢(shì)的角度詳細(xì)介紹400G光模塊在這三個(gè)典型應(yīng)用場景：數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)、城域承載網(wǎng)及遠(yuǎn)距離高容量傳輸網(wǎng)絡(luò)。

400G光模塊在數(shù)據(jù)中心互聯(lián)中應(yīng)用

背景：東西流量的迅速增長

據(jù)IDC數(shù)據(jù)顯示，預(yù)計(jì)到2025年，全球?qū)⒂薪?0%的數(shù)據(jù)流量儲(chǔ)存在核心和邊緣服務(wù)器中。與此同時(shí)數(shù)據(jù)中心內(nèi)部的東西流量增長速度將遠(yuǎn)高于南北流量和數(shù)據(jù)中心之間的流量。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心隨著云計(jì)算的普及正逐漸被云數(shù)據(jù)中心所取代，這在很大程度上刺激了行業(yè)市場對(duì)400G光模塊的需求。

表1：不同類型數(shù)據(jù)中心的比較

趨勢(shì)：單位比特成本和功耗降低

通常情況下，客戶的需求隨著應(yīng)用場景的變化也會(huì)相應(yīng)調(diào)整。對(duì)于遠(yuǎn)距離WDM傳輸，模塊性能是客戶追求更高容量和更遠(yuǎn)傳輸距離所關(guān)注的關(guān)鍵因素。而在數(shù)據(jù)中心的短距離傳輸場景中，傳輸成本對(duì)于客戶來說則顯得更為重要。

為了實(shí)現(xiàn)更高的容量，400G光模塊在降低單位比特傳輸成本有三種主要途徑：

• PAM4技術(shù)：PAM4技術(shù)能夠有效提高帶寬利用效率。在相同波特率條件下，PAM4信號(hào)的比特率是NRZ信號(hào)的兩倍，因此可以提高傳輸效率的同時(shí)降低成本。
• 多通道：與4通道傳輸相比，8通道傳輸解決方案在平衡成本和功耗方面更具優(yōu)勢(shì)。
• 更高波特率的光芯片：這種光芯片能在不影響傳輸距離的前提下提升傳輸速率，多種25G波特率光芯片（DML、EML、VSCEL）逐步升級(jí)為56G波特率光芯片。

400G光模塊在數(shù)據(jù)中心中的應(yīng)用非常普遍。其中400G QSFP-DD XDR4光模塊可用于QSFP28-FR-100G的4x100G分支應(yīng)用場景。對(duì)于數(shù)據(jù)中心互連應(yīng)用，400G QSFP-DD FR4光模塊可支持2km的單模光纖傳輸。而400G QSFP-DD LR8和400G QSFP-DD LR4光模塊，則通過傳輸4個(gè)CWDM波長，支持長達(dá)10km的鏈路長度。另外適用于遠(yuǎn)距離傳輸?shù)?00G QSFP-DD ER8光模塊，可以覆蓋40km的G.652單模光纖鏈路。

400G光模塊在城域承載網(wǎng)中的應(yīng)用

背景：5G時(shí)代新技術(shù)驅(qū)動(dòng)的流量增長

承載網(wǎng)絡(luò)在5G時(shí)代迎來超高帶寬、大規(guī)模連接、超低功耗延遲和高可靠性等方面新需求增長。針對(duì)核心層和匯聚層層的傳輸需求，現(xiàn)有城市網(wǎng)絡(luò)的100G端口已無法滿足。因此400G光模塊解決方案 在5G承載網(wǎng)絡(luò)中具有重要的地位和作用。

表2：5G城域承載網(wǎng)光模塊帶寬需求

趨勢(shì)：降低單位比特傳輸成本以提高可靠性和傳輸距離

由于5G基站中光模塊的預(yù)計(jì)使用量高達(dá)數(shù)百萬個(gè)，運(yùn)營商迫切需要降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)投資中的光模塊成本。此外電信承載網(wǎng)絡(luò)中的光模塊使用壽命長達(dá)10年以上，傳輸距離可達(dá)80km，因此在城域承載網(wǎng)應(yīng)用場景中，對(duì)光模塊的可靠性和性能有更高的要求。

城域承載網(wǎng)應(yīng)用場景

為了實(shí)現(xiàn)更高的傳輸速率和更低的生產(chǎn)成本，用于綜合城域承載網(wǎng)的400G光模塊采用了與數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)場景相似的技術(shù)：

• 更高可靠性的光模塊：采用密封封裝，以滿足10年的使用壽命和0~70℃的工作溫度要求。
• 高性能的LWDM發(fā)射器：低色散成本和卓越的傳輸性能。
• 高性能的APD接收器：提升接收靈敏度。
• 相干技術(shù)：為了實(shí)現(xiàn)比80km更遠(yuǎn)的傳輸距離，400G光模塊解決方案采用了相干技術(shù)。與此同時(shí)隨著SiP和INP集成技術(shù)的發(fā)展以及CMOS技術(shù)的不斷演進(jìn)，相干光模塊不斷趨向小尺寸和低功耗。而400G ZR光模塊的低功耗和小尺寸優(yōu)勢(shì)，有望在城域網(wǎng)邊緣接入應(yīng)用場景中得到廣泛應(yīng)用。

400G光模塊遠(yuǎn)距離高容量傳輸網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用

背景：流量增長加大遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸拤毫?/h3>

網(wǎng)絡(luò)流量的增長提升了傳輸網(wǎng)絡(luò)的端口帶寬。在遠(yuǎn)距離和高帶寬傳輸方面，400G光模塊波分復(fù)用（WDM）的相干傳輸技術(shù)的使用提供了最佳解決方案。

隨著靈活調(diào)制和網(wǎng)格技術(shù)的引入，密集波分復(fù)用（DWDM）可以通過為每個(gè)端口的容量和傳輸距離選擇最合適的編碼方式和通道寬度從而提高頻譜效率和傳輸容量 。

趨勢(shì)：更高的頻譜效率

相干光模塊 正在朝三個(gè)方向發(fā)展：

• 頻譜效率：借助oDSP算法的不斷進(jìn)展，提高頻譜效率和單光纖容量。
• 波特率：增加單波長波特率，以實(shí)現(xiàn)更高的單端口帶寬從而降低單位比特成本和功耗。
• 更小尺寸和更低功耗：采用集成光電子元件、先進(jìn)制造工藝以及專用的oDSP算法，以減小400G光模塊的尺寸和降低其功耗。

結(jié)論

當(dāng)前主流的400G光模塊已經(jīng)廣泛用于各種網(wǎng)絡(luò)場景，包括數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)、城域承載網(wǎng)以及遠(yuǎn)距離和高容量傳輸網(wǎng)絡(luò)。而更高容量、更低單位比特成本和更低功耗的需求正在推動(dòng)光模塊向更高速率發(fā)展。