400G光模組典型應用場景

隨着行業標準的成熟和網絡需求的持續增長，400G光模組技術已成為推動信息與通信技術（ICT）行業升級的重要引擎，受到越來越多的重視和廣泛應用。它在數據中心網絡、城域承載網以及遠距離高容量傳輸網絡等應用場景中具有廣闊前景。本文將從其背景和趨勢的角度詳細介紹400G光模組在這三個典型應用場景：數據中心網絡、城域承載網及遠距離高容量傳輸網絡。

400G光模組在數據中心互聯中應用

背景：東西流量的迅速增長

據IDC數據顯示，預計到2025年，全球將有近80%的數據流量儲存在核心和邊緣服務器中。與此同時數據中心內部的東西流量增長速度將遠高於南北流量和數據中心之間的流量。傳統數據中心隨着雲計算的普及正逐漸被雲數據中心所取代，這在很大程度上刺激了行業市場對400G光模組 的需求。

表1：不同類型數據中心的比較

趨勢：單位比特成本和功耗降低

通常情況下，客戶的需求隨着應用場景的變化也會相應調整。對於遠距離距離WDM傳輸，模塊性能是客戶追求更高容量和更遠傳輸距離所關注的關鍵因素。而在數據中心的短距離傳輸場景中，傳輸成本對於客戶來說則顯得更為重要。

為了實現更高的容量，400G光模組在降低單位比特傳輸成本有三種主要途徑：

PAM4技術：PAM4技術能夠有效提高帶寬利用效率。在相同波特率條件下，PAM4信號的比特率是NRZ信號的兩倍，因此可以提高傳輸效率的同時降低成本。

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勢。

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）逐步升級為56G波特率光芯片。

400G光模組在數據中心中的應用非常普遍。其中400G QSFP-DD XDR4光模組 可用於QSFP-FR-100G的4x100G分支應用場景。對於數據中心互連應用，400G QSFP-DD FR4光模組 可支持2km的單模光纖傳輸。而400G QSFP-DD LR8 和400G QSFP-DD LR4 光模組，則通過傳輸4個CWDM光柵光波長，支持長達10km的鏈路長度。另外適用於遠距離傳輸的400G QSFP-DD ER8 光模組，可以覆蓋40km的G.652單模光纖鏈路。下圖展示了飛速（FS）提供的400G數據中心網絡光模組解決方案 。

400G光模組在城域承載網中的應用

背景：5G時代新技術驅動的流量增長

承載網絡在5G時代迎來超高帶寬、大規模連接、超低功耗延遲和高可靠性等方面新需求增長。針對核心層和匯聚層層的傳輸需求，現有城市網絡的100G端口已無法滿足。因此400G光模組解決方案 在5G承載網絡中具有重要的地位和作用。

趨勢：降低單位比特傳輸成本以提高可靠性和傳輸距離

由於5G基站中光模組的預計使用量高達數百萬個，運營商迫切需要降低網絡建設投資中的光模組成本。此外電信承載網絡中的光模組使用壽命長達10年以上，傳輸距離可達80km，因此在城域承載網應用場景中，對光模組的可靠性和性能有更高的要求。

為了實現更高的傳輸速率和更低的生產成本，用於綜合城域承載網的400G光模組採用了與數據中心網絡場景相似的技術：

更高可靠性的光模組：採用密封封裝，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：為了實現比80km更遠的傳輸距離，400G光模組解決方案採用了相干技術。與此同時隨着SiP和INP集成技術的發展以及CMOS技術的不斷演進，相干光模組不斷趨向小尺寸和低功耗。而400G ZR光模組的低功耗和小尺寸優勢，有望在城域網邊緣接入應用場景中得到廣泛應用。

400G光模組遠距離高容量傳輸網絡應用

背景：流量增長加大遠距離數據傳輸的帶寬壓力

網絡流量的增長提升了傳輸網絡的端口帶寬。在遠距離和高帶寬傳輸方面，400G光模組波分復用（WDM）的相干傳輸技術的使用提供了最佳解決方案。

隨着靈活調製和網格技術的引入，密集波分復用（DWDM）可以通過為每個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（如飛速（FS） DWDM-400CFP2-DCO） 。

趨勢：更高的頻譜效率

相干光模組 正在朝三個方向發展：

頻譜效率：藉助oDSP算法的不斷進展，提高頻譜效率和單光纖容量。

波特率：增加單波長波特率，以實現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：採用集成光電子元件、先進制造工藝以及專用的oDSP算法，以減小400G光模組的尺寸和降低其功耗。

結論

當前主流的400G光模組已經廣泛用於各種網絡場景，包括數據中心網絡、城域承載網以及遠距離和高容量傳輸網絡。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光模組向更高速率發展。