中国移动王瑞雪：硅光技术前景广阔，规模商用仍待时机

数据中心作为未来网络的控制节点和内容载体，正在经历着云化以及ICT融合带来的巨大变革。网络作为数据中心的三大基础设施之一，能否满足5G业务对于云资源池吞吐、并发等高性能需求，也成为5G时代衡量云数据中心核心竞争力的试金石。
 

在今天举行的“硅光集成与数据中心应用线上研讨会”上，中国移动研究院项目经理王瑞雪表示，5G运营商网络形成端-边-网-云的端到端协同新架构，网络质量与光模块息息相关。硅光技术因集合低成本、低功耗、高速和高集成度等优势极具发展空间，但当前硅光模块的市场占有率并没有达到产业预期。
 

5G时代运营商数据中心网络演进趋势：极简、极智、极质
 

王瑞雪介绍，5G驱动运营商规模建设分布式网络云数据中心，5G云网融合时代数据中心网络将向高带宽、高可靠和智能化持续演进。
 

一是极简网络，实现网络与业务解耦部署。传统数据中心网络，业务需求与网络能力相互制约，业务个性化需求使得网络能力不断迭代，网络稳定性较差。并且，随着业务种类和需求的不断增加，各个业务所需的计算资源也存在较大差异，例如裸金属、虚拟机和容器的部署需求，使得网络编排管理愈加复杂，不同类型云网络部署和运维差异大。
 

在这样的技术背景下，网络能力必须在满足业务灵活性的基础上，逐步实现定制化，并向通用化、极简化演进。此外，需要构建一套面向异构编排系统的统一插件，满足多类型计算统一入口拉通部署，实现运网能力统一。
 

二是极智网络，构建网络智能运维体系。随着数据中心网络规模日益扩大，以及云计算、虚拟化等技术在运营商网络中的加速落地，数据中心网络复杂度提升。与此同时，业务稳定性要求越来越高，网络实施性要求和精细化程度日益严苛，迫切需要在网络自动化的基础上，逐步实现网络智能化运维体系的构建。
 

“简单来说，需要通过引入Telemetry这种遥测技术来实现对于全网设备状态信息的采集，通过对于采集信息的分析评估网络的健康度，快速预测并感知网络故障。”王瑞雪说。在此基础上，通过 AI算法形成网络知识图谱，快速定位故障根因，推荐智能修复方案，变“被动运维”为“主动运维”，进一步提升网络的可靠性。
 

三是极质网络，为网络提供无损及大带宽的网络保障。随着分布式计算和存储的引入，计算存储性能大幅上升，服务器的端口速率也在不断提升，网络丢包和时延成为算力瓶颈。对此，王瑞雪建议，一方面，通过引入Roce等技术，为业务提供高带宽、低时延、零丢包的高品质承载网络；另一方面，引入一张更高性能的交换网络，构建统一融合的智能无损数据中心；此外，建议交换机端口速率从10G接入40G互联向25G接入100G互联演进，并开始探索100GE接入400GE互联。
 

硅光模块市场占有率逐年提升，但仍存技术瓶颈
 

王瑞雪强调，5G运营商网络形成端-边-网-云的端到端协同新架构，网络质量与光模块息息相关。
 

当前光模块在运营商网络部署中遇到两个比较大的挑战：一是光模块应用领域多、机房环境挑战大，对光模块环境适配要求高，故障影响范围也比较大，并且速率越高影响范围越大；二是光模块采购成本比较高，运营功耗也比较高，从而导致后期网络运维成本居高不下。
 

为了降低光模块价格，需要从源头开始考虑如何降低物料成本以及制造成本。硅光技术恰恰集合了低成本、低功耗、高速和高集成度的优势，硅光模块将光/电芯片全面集成在硅光芯片上，实现像制造芯片一样制造光模块，从而有效降低材料成本、芯片成本、封装成本。
 

王瑞雪介绍，目前100G PSM4光模块和CWDM4光模块已经在数据中心实现规模商用，部分领先的互联网公司已经进入400G时代，400G DR4光模块开始量产。这一方面体现了硅光技术在光通信领域占据的地位越来越重要，另一方面也说明硅光技术越来越成熟，即将进入规模商用阶段。
 

王瑞雪同时指出，截至2020年，硅光模块的市场占有率虽然在逐年上升，但并没有达到产业预期。现阶段，硅光仍然存在一些难以突破的技术瓶颈。从产业趋势预测，硅光模块可能会在400G时代切入，但能否大规模发力，避免重蹈100G覆辙，关键在于与传统DML方案对比形成的竞争力。
 

目前来看，400G的商用时间略有些迟滞，这在一定程度上为硅光技术的发展争取了时间。800G时代仍将选用可插拔的光模块，彼时硅光模块是否能够实现大规模部署，取决于未来几年硅光产业在光模块功耗、成本以及规模量产方面能否有所突破。
 

王瑞雪进一步指出，除光模块外，数据中心网络带宽的发展同样对交换芯片的容量提出了更高的要求，“数据中心架构的变化和交换芯片容量的发展其实是同步的。”目前12.8T的交换芯片已经规模商用，25.6T芯片也开始流片，预计两三年后51.2T芯片将逐步进入市场。
 

在端口密度方面，从12.8T芯片来看，400G光模块时代，1U的最高密度可以满足32个400G；800G光模块时代，1U下最大能提供25.6Tb的容量。此外，采用CPO交换芯片可以直接出光，通过小型连接器实现高密高速互联，单槽位利用率可提升10倍，可实现部分场景下盒式设备替换框式设备组网，降低交换机采购成本和运行功耗。
 

在功耗方面，随着电口速率提升到112G，高速信号在 PCB传输中的损耗也随之增加，为了满足信号完整性，PCB设计难度、材料成本和功耗均大幅提升，同时可插拔光模块的运行功耗也会导致整机的运行功耗成为一个瓶颈。
 

为了解决芯片架构以及可插拔光模块带来的功耗问题，业界的普遍做法是将光模块不断向交换芯片靠近，从而缩短芯片和模块间的走线距离，并逐步替代可插拔光模块。王瑞雪介绍，CPO技术通过将光引擎和电交换芯片封装成一个芯片，来减少PCB的距离，进而降低成本和功耗。