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信通院赵文玉:超100G光模块技术多方竞争,共存并行发展将是常态

C114中国通信网    2021-09-17 15:26

C114讯 9月17日消息(水易)9月16-18日,第23届中国光博会在深圳开幕。在大会期间召开的“光器件、光模块新技术进展与应用论坛”上,中国信息通信研究院技术与标准研究所,宽带网络研究部主任赵文玉详细介绍了超100G光模块技术标准进展及发展趋势。

信通院赵文玉:超100G光模块技术多方竞争,共存并行发展将是常态

赵文玉指出,基于5G、数据中心、光纤通信网络等信息通信基础设施加速建设,同时产业的数字化转型需求造就“千行百业”入云,需要云网一体基础设施建设,驱动云光网深度融合。

作为数字信息光电交互的关键基础单元,高速光模块相关技术及产业发展持续引发业界关注。这一过程中,超100G高速光模块技术及应用发展迅速,200G/400G已成高速接口应用首选速率。

技术方案呈多方竞争局面

赵文玉指出,当前超100G模块技术方案呈现多维度革新的态势。包括更多通道:光纤、波分复用、拓展波段、空分复用;更复杂调制方式:多电平脉冲幅度调制、偏振态调制、正交幅度调制;更高波特率:32Gbaud、 64Gbaud、96Gbaud…;信号处理有直调直检,也有相干。

目前来看,400G及以下速率光模块技术方案趋于稳定。具体而言,200G能够应用NRZ、PAM4等多种调制复用与相干检测;400G方案组合持续增加,多组织关注DP-16QAM相干技术方案,同时直调直检方案主要覆盖40KM以下应用场景,此外单载波400G未来仍存在其他调制格式。

到了800G及以上速率则呈现多方竞争的局面。赵文玉指出,直调直检近期800G样品实现主要以单通路100G PAM4为主,2~3年后续逐步提升到200G PAM4并应用到800G+速率;800G相干会出现不可插拔、可插拔并存,同时相干共封装光学(CPO)或为未来一种可选方案。超800G,会沿用800G高集成方案,可插拔模式预计先期推进,CPO引入趋势提升。

在赵文玉看来,面对直检和相干技术竞争,受200Gbps PAM4受色散和MPI等影响,传输距离受限明显,相干技术下沉趋势明显,1.6T速率有望相干技术下沉到10km应用场景。

与此同时,硅光成为超高速光模块领域关注热点技术。目前除光源外的其他无源有源器件如分束器、复用/解复用器、调制器等均已初步成熟,进入可规模化生产阶段;为了解决光源问题,硅光集成芯片通常采用混合集成方案;设计方面,随着硅光向光电三维集成方向的发展,光芯片将与电芯片统筹设计、制造、封装,且设计、制造、封装过程相互紧耦合;制造方面窄线宽制程工艺呼声渐高。

此外,赵文玉指出,集成度、功耗和成本等驱动模块封装技术持续革新,CPO成为超高速率信号封装可选热点方案。目前CPO关键技术在于交换芯片、混合信号IC、光学设备&Fabs、先进的封测技术、硅光技术等。

标准化工作已逐步开展

标准化是通信行业赖以生存和发展的基础。赵文玉介绍,目前国际标准组织ITU-T、IEEE、OIF、以及新成立的IPEC和国内CCSA等均关注超100G高速光模块的技术研究和标准规范制定并积极开展相关工作。

同时,多个技术联盟和MSA开展超100G技术研究和标准规范制定,分别优先侧重短距互联和长距互联等差异化场景。

据悉,ITU-T侧重城域超100G物理层标准制定;IEEE已启动1.6T标准研究,当然200G/400G基于更高速率的标准也在超400G研究组同步推进;IPEC目前正在开展800G标准的研究工作,现阶段主要聚焦500m和2km技术方案;OIF已经在2020年3月就已经发布400ZR初步版本,同时已启动800G相干和CPO IA制定。

国内的CCSA也已经同步启动800G标准制定和CPO研究。TC6 WG1 已经完成城域和干线用400G WDM系统标准,并负责超100G光模块标准制定。目前200G/400G整体标准趋于完成;800G各场景用模块标准启动;CPO已启动研究课题“光电合封技术研究”相关工作。

赵文玉指出,超100G标准制定的进展看,400G及以下速率标准趋于稳定,近期热点主要聚焦在800G和CPO。

共存并行发展将成常态

随着速率的不断提升,热插拔技术面临成本、功耗、生产成本、尺寸等挑战。当交换速率达到25.6Tb/s和51.2Tb/s时,利用CPO技术,可减少50%空间,15-20%功耗。不过CPO技术无法比肩热插拔模块灵活性,两种方案并存共发展。

与此同时,一段时间内硅光与III-V族并行发展,而硅光具备超高兼容性、超高集成度、强大的集成能力、强大规模制造能力等技术能力,未来潜在优势明显。近年来国内外也在积极布局硅光产业。

此外,共封装光学+硅基光电子集成,引领光电新方向,业界逐步推出多样化硅光+CPO展示样机或商用计划。主要由交换机厂商ARISTA、BROADCOM、CISCO,以及数据中心运营商/互联网公司微软和Facebook等领衔。

赵文玉介绍,OIF举办三季度MA&E 委员会虚拟会议时,发布混合光电封装CPO的草案。此外,OIF还举办了光芯片和ASIC混合封装的研讨会,探讨混合封装技术所面对的各种挑战以及行业机会。

总的来说,赵文玉认为超100G光模块技术方案未来的发展态势将会是,CPO和可插拔长期共存,III-V族和硅光并行发展,硅光+CPO将引领新方向。

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责任编辑: ZX4147

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