是德科技：数据中心400G 商用“关键时刻”来临

8/19/2019,光纤在线讯：2019年8月15日，人民邮电报在07版技术专题中大幅刊登了采访是德科技技术专家李凯的报道，以下为转载全文：

400G技术是否成熟？400G何时才能在数据中心乃至5G网络中规模商用？这是数据洪流冲击下业界高度关注的问题。带着这些疑问，《人民邮电》报记者日前采访了数据中心资深技术专家——是德科技高级技术顾问李凯。他认为，当前数据中心400G正步入从“样品”到“商用”的关键时刻，如果业界能够解决400G产品的功耗、稳定性、互通性等问题，那么400G规模商用的技术条件就已经具备。



从“样品”走向“商用”
   “400G的应用前景十分广阔，其将先在数据中心领域实现商用。”李凯表示，随着云计算、大数据、人工智能以及5G的兴起，400G的发展持续向好。具体而言，400G的应用有两个领域，一是数据中心，二是5G网络。随着全球数据流量与日俱增，迫于市场需要，数据中心在可靠性及工作温度范围方面的要求比电信网络宽松，因而400G将最先在数据中心得到规模应用。未来，随着5G规模建设的展开以及各类应用的落地，400G也将在5G核心网上得到应用。
    当前，包括国外大型数据中心企业、国内电信运营商以及以BAT为代表的国内互联网巨头，都在持续推进数据中心宽带的升级。“400G技术在数据中心的应用，主要是交换机之间的互联，就是‘汇聚’。”在李凯看来，目前数据中心内部，服务器到交换机之间使用的是25G的技术，交换机到交换机之间是100G技术，未来将面向下一代演进，即服务器和交换机之间的互联将走向100G，而交换机到交换机之间的互联将发展到400G。
    正是因为400G代表着趋势和方向，因而谷歌等国外互联网巨头已经开始小规模应用400G技术，国内的大型互联网公司也已经开展了400G试验。而从供应商的角度上看，目前主流的供应商都已经具备了400G样品的提供能力，甚至有部分厂商拥有了小规模量产能力。业界普遍认为，2020年前后，400G将在一定范围内实现小规模商用。
    “今年是400G产品从‘样品’到‘商用’的关键一年。”基于对产业链的深刻理解以及在测试领域积累的丰富经验，李凯认为，面向400G规模商用，整个产业界接下来要解决的关键问题是，如何实现不同厂商、不同产品之间的互通，提升稳定性、降低功耗和成本，这样才能实现量产，较好地支撑规模商用。
    值得一提的是，400G在数据中心的成熟商用，也将为后续5G的规模发展提供支撑。李凯透露，目前一些面向5G应用场景的光模块测试工作已经展开。5G发展初期主要是解决网络覆盖问题，目前主要部署的是25G、50G以及100G的前传和中传光模块，后续400G光模块将有望应用于5G回传及核心网。

关键技术发展现状
    数据中心400G技术主要涉及交换机、光模块以及综合布线方面。李凯对于目前这几个领域400G技术的发展现状进行了解读。 
    “400G交换机产品的核心是芯片，目前全球能够做400G交换机芯片的厂商只有几家。”李凯表示，从整个400G产业发展的现状上看，400G交换机的商用进程比400G光模块要晚半年到1年的时间。“去年上半年，业界很多光模块厂商就已经可以拿出400G样品进行测试。但是直到去年年底，才有交换机厂商能够提供400G交换机的样品参与测试。”在李凯看来，这一情况颇为正常，因为交换机芯片本身的研发难度就比较高，对于功耗、集成度有很高的要求，同时也需要成熟的软件支持。
    针对400G光模块的发展现状，李凯表示，去年8月份，国内数据中心权威组织——开放数据中心委员会（ODCC）牵头开展了400G光模块的互通性测试，今年很多互联网厂商也在进行相关测试。现阶段，同厂商的光模块产品之间的互通性没有问题，但是不同厂商的光模块产品之间的互通性仍存在一些问题。
   “预计今年年底或者明年上半年，400G光模块的互通性问题有望得到基本解决。”在李凯看来，现阶段400G光模块存在互通性问题，一方面是因为400G处于发展初期，光模块厂商发送和接收之间的参数配合不一致，需要进行适配。后续在推进400G规模商用这个共同目标下，各大厂商将会积极开展相关测试，进行适配和调整，互通性问题自然会得到解决。尤其是基于ODCC这样的权威平台，互通性测试的进程将进一步提速。同时，从技术上看，400G光模块的信号速率比较高，并且采用全新的PAM4信号调制，对于芯片、电路、封装等都提出了更高的要求，同时信号的串扰问题也需要优化，这些都需要产业界不断调试和修正。
    综合布线是数据中心400G部署的另一个关键点。“数据中心400G的布线，需要根据不同场景、不同距离的要求进行设计和部署。”李凯表示，目前在数据中心机柜之间的短距离互联上，国外主要使用的是单模光纤，而国内使用更多的是多模光纤。
“400G的光纤布线实际上至少分为两个层级。一层是数据中心机房内部的短距离连接，比如TOR交换机到Leaf交换机之间几百米内的连接。短距离连接时的关键是使用尽可能简单的技术减少光模块成本，在光纤方面有使用并行单模光纤的，也有使用多芯多模光纤的，需要根据场景确定。但是再往上走，比如数据中心跨楼宇和跨楼层的光纤布线，距离超过500米甚至达到两公里以上的，长距离连接时关键则是尽可能充分利用稀缺的光纤资源，所以主要是使用波分复用的光模块加单模光纤。”
    “数据中心400G的应用，将拉动OM4或者OM5光纤的需求。”在李凯看来，目前数据中心100G应用场景下，OM3的应用比较普遍，随着100G向400G演进，OM4和OM5的应用空间将会显现。相比OM3、OM4和OM5 的传输距离进一步提升，尤其是OM5性能会更优，但是成本也较高。

硅光将驱动“产业重构”
    随着数据中心400G规模部署渐行渐近，硅光芯片技术也在日渐成熟。“硅光本身并不是一个全新的技术，其提出至今已经有十几年的时间。”在李凯看来，硅光是非常重要的发展趋势，其不仅能够应用在光模块市场，未来还有望在交换机芯片等领域得到应用，有望驱动整个产业界的重构。
   “传统光模块内部使用大量分立器件进行封装，光器件的集成度已经很难进一步提高。因而业界开始探索利用硅光子技术，以充分利用硅器件在大规模集成方面的优势来简化光模块的生产制造，在提升性能的同时降低成本。”李凯表示，硅光芯片的发展大致可以总结为两个方向：一个是用硅来替代传统光模块中部分III-V族的器件（如探测器等）以及无源器件；另一个就是将非硅的器件（如激光器等）和硅器件更好地集成在一起。“如果硅光芯片技术足够成熟，那么可以在大幅降低能耗的基础上显著降低成本。” 
    “硅光技术的未来不仅仅只是应用在光模块领域。”李凯认为，如果硅光技术只是单纯应用在光模块领域，其不可能在业界引发如此广泛的关注。硅光技术更大的颠覆意义在于：随着摩尔定律减速带来的功耗问题，以及电接口提速带来的传输距离挑战，其未来还将在交换机芯片等领域得到更多应用。“如果说硅光模块是下一代技术，那么应用硅光技术的交换机或者以硅光替代电互联，就是再下一代技术。”
    事实上，目前包括思科等在内的多家公司都已经探索将硅光技术应用在交换机芯片上，这意味着光收发器将被直接集成在交换机芯片中，芯片将可以直接连接光纤，芯片的功耗将大幅降低。
对于400G硅光模块的成熟度问题，李凯认为，目前业界已经有厂商能够拿出样品进行测试，而400G硅光模块要真正走向规模商用，重点还是在于产品的稳定性和良品率，只有拥有较高的良品率，才能在市场竞争中具备优势，才能支撑规模商用。“2022年，400G硅光模块的出货量可能有望释放。
    "值得一提的是，硅光技术的大规模应用将颠覆光模块的现有生产流程。李凯表示，传统光模块都是封装好之后再测试，而如果采用硅光技术，在硅光晶圆阶段就要集成光和电的器件，因而在晶圆阶段就需要进行测试。“这将给产业界带来重构，是德科技高度关注这一趋势，目前也已经推出了针对硅光晶圆的测试方案。”

    “400G的规模应用，对于业界而言是非常明确的目标。”李凯对于400G的未来充满了信心，他认为，无论是云计算、大数据、人工智能等技术的应用，还是5G的规模商用，都将助推400G技术的落地。而作为专注于电子测试测量的高科技跨国公司，是德科技高度关注技术趋势演进，致力于提供面向400G的，包括光模块、交换机以及芯片等在内的全套测试方案。与此同时，是德科技还将目光望向了更远的未来，已经展开了800G等技术的研究，致力于为产业界的预研提供测试方案支撑。

李凯个人简介: 
李凯是Keysight和原Agilent公司的应用技术专家，在通信及测量行业有近20年从业经验。他主要负责高速云计算、网络接口和测试方向的应用和研究，从事过多个数据通信和无线通信产品的项目开发。李凯为《高速数字接口原理与测试指南》和《现代示波器高级应用》等专著作者，现为中国电子学会高级会员、ODCC协会成员以及EDI CON技术咨询委员会成员等。