5G承載光模塊成本亟待下降硅光子前景廣闊

本刊記者|刁興玲

光模塊成本高昂已成為阻礙5G承載發(fā)展的關(guān)鍵問題。

光模塊作為光通信發(fā)展中的關(guān)鍵一環(huán)，其發(fā)展將深刻影響整個(gè)通信行業(yè)的發(fā)展。而當(dāng)前5G已成業(yè)界熱點(diǎn)話題，5G也將推動(dòng)光通信的發(fā)展，尤其是5G承載需求將為光模塊及承載網(wǎng)絡(luò)帶來變革。

5G承載對光模塊提出明顯訴求

近日，IMT-2020（5G）推進(jìn)組正式發(fā)布了《5G承載光模塊》白皮書。該白皮書顯示，目前，5G前傳用25Gbit/s波長可調(diào)諧光模塊處于在研階段，25Gbit/s BiDi光模塊處于樣品階段，25Gbit/s其他類型光模塊已處成熟階段。前傳用更高速率的100Gbit/s BiDi光模塊、200Gbit/s BiDi光模塊和100Gbit/s 4WDM光模塊處于基本成熟或成熟階段。5G中回傳用50Gbit/s PAM4 BiDi 40km光模塊、400Gbit/s直調(diào)和相干光模塊目前均處于在研階段，其他類型光模塊已基本成熟。國內(nèi)廠商在光模塊層面目前能夠提供大部分產(chǎn)品，研發(fā)水平也緊跟國外領(lǐng)先企業(yè)，但25G波特率及以上的核心光電芯片尚處于在研、樣品或空白階段，創(chuàng)新發(fā)展需要下游設(shè)備商的拉動(dòng)牽引和產(chǎn)業(yè)生態(tài)的改善。

NGOF城域光模塊工作組組長、中國聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究院傳輸與承載技術(shù)研究室主任 張賀

NGOF城域光模塊工作組組長、中國聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究院傳輸與承載技術(shù)研究室主任張賀近日在接受通信世界全媒體記者專訪時(shí)表示，在前傳場景中，10Gbit/s、25Gbit/s等高速CPR/eCPR接口帶來高速率業(yè)務(wù)的接入需求，BBU集中后大量的拉遠(yuǎn)基站對接入主干光纖（144/288芯為主）產(chǎn)生大量需求，業(yè)務(wù)要求網(wǎng)絡(luò)低時(shí)延以及超高精度的時(shí)間同步傳遞能力，不同速率和不同波長業(yè)務(wù)的自適應(yīng)，降低建設(shè)、維護(hù)成本，要求對光模塊簡單的OAM管理，光模塊數(shù)量需求急劇增加，要求低成本。

在中傳場景中，宏基站的高速率業(yè)務(wù)接入使得接入環(huán)的帶寬需求迅速增加，業(yè)務(wù)收斂與網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展性需要同時(shí)兼顧，BBU池組化使得WDM系統(tǒng)下沉到宏基站接入，針對不同情況應(yīng)考慮不同的網(wǎng)絡(luò)接口速率。而WDM系統(tǒng)的線路速率選擇成為重點(diǎn)，從運(yùn)維和成本層面考慮，應(yīng)減少WDM系統(tǒng)線路接口的種類。

在回傳場景中，基站接入業(yè)務(wù)帶寬的迅猛增加使得回傳業(yè)務(wù)達(dá)到數(shù)百Gbit/s及數(shù)Tbit/s，WDM系統(tǒng)的應(yīng)用應(yīng)成為趨勢，而基于硅光技術(shù)的相干或非相干100G、400G以及更高速率的WDM系統(tǒng)將會(huì)規(guī)模建設(shè)。

降低光模塊成本迫在眉睫

業(yè)界針對適用于5G承載不同應(yīng)用場景的光模塊已展開廣泛研究，目前存在多種技術(shù)方案與產(chǎn)品規(guī)格。過多的方案和規(guī)格容易導(dǎo)致市場碎片化，造成上下游研發(fā)、制造與運(yùn)維等資源浪費(fèi)，5G承載光模塊技術(shù)方案需收斂。

值得一提的是，光模塊尤其是高速光模塊在通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備成本中占比會(huì)達(dá)到50%～60%，光模塊的選擇和成本將直接影響網(wǎng)絡(luò)總體建設(shè)成本。目前，光模塊成本高昂已成為阻礙5G承載發(fā)展的關(guān)鍵因素。

在張賀看來，要想降低光模塊成本可采取三大措施：首先要掌握核心技術(shù)，目前國內(nèi)模塊廠商在10Gbit/s以下的光模塊已經(jīng)非常成熟；其次，需求推動(dòng)，把產(chǎn)業(yè)鏈做大；最后，希望需求方盡可能求同存異，減少技術(shù)上的紛爭，共用產(chǎn)業(yè)鏈。

針對5G承載光模塊的發(fā)展，張賀提出了5個(gè)方面的建議：一是盡可能減少光模塊的種類，特別是線路光接口的種類，降低網(wǎng)絡(luò)維護(hù)復(fù)雜度，聚焦應(yīng)用；二是業(yè)務(wù)光接口的種類要充分滿足業(yè)務(wù)側(cè)的多種不同需求；三是初步建議分幾類可調(diào)諧或BiDi 10Gbit/s和25Gbit/s，后向兼容，最好實(shí)現(xiàn)速率自適應(yīng)以及100Gbit/s還有400Gbit/s及以上速率；四是關(guān)于光接口類型和速率的選擇，應(yīng)結(jié)合數(shù)據(jù)中心光互聯(lián)、PON接入等應(yīng)用場景綜合考慮，盡可能共享產(chǎn)業(yè)鏈，從而實(shí)現(xiàn)更低成本；五是需要考慮室外等各種不同工作環(huán)境要求，尤其是工作溫度。

硅光子前景廣闊，為業(yè)界帶來重要價(jià)值

方面的指標(biāo)要求，將會(huì)極大地促進(jìn)硅光的發(fā)展和應(yīng)用。

當(dāng)前，硅光子成為業(yè)界熱議話題。張賀表示，硅光子技術(shù)產(chǎn)業(yè)正在快速發(fā)展，產(chǎn)業(yè)鏈不斷構(gòu)建，已初步覆蓋上游供應(yīng)商、器件/芯片/集成商、下游客戶各環(huán)節(jié)。

目前領(lǐng)先國家設(shè)計(jì)加工條件更加成熟，且生產(chǎn)加工與軟件開發(fā)相互推動(dòng)，逐漸形成完整產(chǎn)業(yè)動(dòng)態(tài)鏈。我國也在硅光子技術(shù)領(lǐng)域不斷取得突破，例如我國自行研制的“100G硅光收發(fā)芯片”目前在武漢投產(chǎn)使用。

在張賀看來，硅光市場具有巨大潛力，數(shù)據(jù)中心應(yīng)用占據(jù)主體，在200G/400G/1T等更高速率場景中，硅光有望發(fā)揮更大優(yōu)勢。此外，硅光子行業(yè)電子屬性將會(huì)增強(qiáng)，下游應(yīng)用端廠商將切入研發(fā)制造環(huán)節(jié)。

硅光的大量應(yīng)用也取決于業(yè)界對技術(shù)的開放與接受程度。如果在制定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)考慮到硅光的特點(diǎn)，在滿足傳輸距離和性能的前提下放松一些關(guān)于波長、消光比等

硅光模塊在100G PSM4以及400G中成本優(yōu)勢明顯

目前硅光產(chǎn)品最主要的應(yīng)用依然是數(shù)據(jù)中心，并開始在其他應(yīng)用領(lǐng)域嶄露頭角。在張賀看來，400G以上速率，由于傳統(tǒng)直接調(diào)制式激光器DML已經(jīng)接近帶寬的極限，EML的成本又比較高，對硅光來說將是個(gè)很好的機(jī)會(huì)。張賀表示，硅光模塊在100G PSM4以及400G應(yīng)用中具有明顯成本優(yōu)勢。

張賀表示，在100G短距PSM4中，引入硅光技術(shù)，調(diào)制器和無源光路可高度集成，可使用1個(gè)25G激光器實(shí)現(xiàn)4路獨(dú)立信號(hào)的調(diào)制和傳輸，節(jié)約芯片成本。之所以這么說是因?yàn)樵诠饽K中，40%為光芯片成本，其中20%左右是激光器成本，若激光器成本節(jié)約3/4，可降低15%的整體成本，同時(shí)降低部分人工和組件成本?？梢?，在100G短距PSM4中，硅光成本優(yōu)

勢明顯。在10 0G短距CWDM4中，硅光成本優(yōu)勢不大，因?yàn)镃WDM4技術(shù)采用4路不同波長的25激光器通過MUX/DEMUX合分波，無法使用單一激光器降低成本，可見在100G短距CWDM4中，成本優(yōu)勢不大。對于100G中長距相干光模塊，硅光方案和傳統(tǒng)方案類似，硅光成本優(yōu)勢不顯著，芯片體積有優(yōu)勢但需要較完善。在400G以上速率的場景中，由于傳統(tǒng)DML已經(jīng)接近帶寬極限，EML成本較高，硅光存在較好的機(jī)會(huì)，成本優(yōu)勢明顯。