نمو الوحدات البصرية

في شبكات الاتصالات البصرية، تلعب الوحدات الضوئية دورًا حاسمًا. وهو المسؤول عن تحويل الإشارات الكهربائية إلى إشارات ضوئية وتحويل الإشارات الضوئية المستقبلة مرة أخرى إلى إشارات كهربائية، وبالتالي استكمال إرسال واستقبال البيانات. ولذلك، فإن الوحدات الضوئية هي التكنولوجيا الأساسية للاتصال وتحقيق نقل البيانات بسرعة عالية.

مع تطور الذكاء الاصطناعي، أصبحت المنافسة في القوة الحاسوبية ساحة معركة جديدة للمصارعة بين شركات التكنولوجيا. باعتبارها جزءًا مهمًا من اتصالات الألياف الضوئية، فإن الوحدات الضوئية هي أجهزة إلكترونية بصرية تحقق وظائف التحويل الكهروضوئي والتحويل الكهروضوئي في عملية نقل الإشارات الضوئية، وأدائها له تأثير مباشر على أنظمة الذكاء الاصطناعي.

أصبحت الوحدات الضوئية أكثر مكونات الأجهزة التي لا غنى عنها لقوة حوسبة الذكاء الاصطناعي، بالإضافة إلى وحدة معالجة الرسومات، وHBM، وبطاقات الشبكة، والمحولات. نحن نعلم أن النماذج الكبيرة تتطلب قوة حاسوبية قوية لمعالجة وتحليل كميات كبيرة من البيانات. توفر شبكة الاتصالات الضوئية وضع نقل بيانات عالي السرعة وفعال، وهو أساس مهم وقاعدة صلبة لدعم هذا الطلب الضخم على الحوسبة.

في 30 نوفمبر 2022، تم إصدار ChatGPT، ومنذ ذلك الحين، اجتاح جنون عالمي للعارضات الكبيرات. في الآونة الأخيرة، أثار Sora، وهو نموذج كبير لمقاطع الفيديو الثقافية والبيولوجية، حماسة السوق، ويظهر الطلب على الطاقة الحاسوبية اتجاه نمو هائل. يشير تقرير صادر عن OpenAI إلى أنه منذ عام 2012، زاد الطلب على الطاقة الحاسوبية لتطبيقات تدريب الذكاء الاصطناعي تضاعفت كل 3-4 أشهر، ومنذ عام 2012، نمت قوة حوسبة الذكاء الاصطناعي بأكثر من 300000 مرة. لا شك أن المزايا الكامنة في الوحدات الضوئية تلبي تمامًا احتياجات الذكاء الاصطناعي من حيث أداء الحوسبة عالية الأداء وتوسيع التطبيقات.

تتميز الوحدة الضوئية بالسرعة العالية وخصائص الكمون المنخفض، والتي يمكن أن توفر قدرات معالجة بيانات قوية مع ضمان كفاءة نقل البيانات. وعرض النطاق الترددي للوحدة الضوئية كبير، مما يعني أنها تستطيع معالجة المزيد من البيانات في وقت واحد. تتيح مسافة النقل الطويلة إمكانية تبادل البيانات بسرعة عالية بين مراكز البيانات، مما يساعد على بناء شبكات حوسبة موزعة للذكاء الاصطناعي ويعزز تطبيق تكنولوجيا الذكاء الاصطناعي في نطاق أوسع من المجالات.

في العامين الماضيين، مدفوعًا بموجة الذكاء الاصطناعي، ارتفع سعر سهم Nvidia. أولاً، في نهاية مايو 2023، تجاوزت القيمة السوقية علامة التريليون دولار لأول مرة. وفي أوائل عام 2024، وصلت إلى ذروة القيمة السوقية البالغة 2 تريليون دولار.

تباع رقائق Nvidia بجنون. وفقًا لتقرير أرباح الربع الرابع الأخير، بلغت الإيرادات الفصلية رقمًا قياسيًا قدره 22.1 مليار دولار، بزيادة 22٪ عن الربع الثالث و265٪ عن نفس الفترة من العام الماضي، وارتفعت الأرباح بنسبة 769٪، متجاوزة توقعات المحللين بشكل ملحوظ. في بيانات إيرادات Nvidia، يعد مركز البيانات بلا شك القسم الأكثر سطوعًا. وفقًا للإحصاءات، ارتفعت مبيعات الربع الرابع للقسم الذي يركز على الذكاء الاصطناعي إلى 18.4 مليار دولار من 3.6 مليار دولار في العام الماضي، وهو معدل نمو سنوي يزيد عن 400 بالمائة.

وبالتزامن مع النمو الملحوظ الذي حققته Nvidia، في ظل تحفيز موجة الذكاء الاصطناعي، حققت بعض شركات الوحدات الضوئية المحلية أداءً معينًا. حققت Zhongji Xuchuang إيرادات قدرها 10.725 مليار يوان في عام 2023، بزيادة سنوية قدرها 11.23٪؛ وبلغ صافي الربح 2.181 مليار يوان، بزيادة 78.19% على أساس سنوي. حققت شركة Tianfu Communication إيرادات بلغت 1.939 مليار يوان في عام 2023، بزيادة سنوية قدرها 62.07%؛ وبلغ صافي الربح 730 مليون يوان، بزيادة 81.14% على أساس سنوي.

بالإضافة إلى الطلب المتزايد على الوحدات الضوئية في مجال الذكاء الاصطناعي وقوة الحوسبة، فإن الطلب على بناء مراكز البيانات آخذ في الازدياد أيضًا.

من منظور بنية شبكة مركز البيانات، استنادًا إلى حلول 100G الحالية، يتطلب تلبية إنتاجية الشبكة غير المحظورة لمراكز البيانات ذات الحجم نفسه إضافة المزيد من المنافذ، والمزيد من مساحة الحامل للخوادم والمحولات، والمزيد من مساحة حامل الخادم. هذه الحلول ليست فعالة من حيث التكلفة وتؤدي إلى زيادة هندسية في تعقيد بنية الشبكة.

يعد الانتقال من 100 جيجا إلى 400 جيجا طريقة أكثر فعالية من حيث التكلفة لضخ المزيد من النطاق الترددي إلى مراكز البيانات، مع تقليل تعقيد بنية الشبكة أيضًا.

توقعات السوق للوحدات الضوئية بسرعة 400 جيجا وما فوق

وفقًا لتوقعات Light Counting للمنتجات ذات الصلة بـ 400G و800G، فإن سلسلة SR/FR هي منتج النمو الرئيسي لمراكز البيانات ومراكز الإنترنت:

من المتوقع أن يتم نشر الوحدات الضوئية بمعدل 400 جيجا على نطاق واسع في عام 2023، وستشغل غالبية إيرادات مبيعات الوحدات الضوئية (بمعدلات 40 جيجا وما فوق) في عام 2025:

تتضمن البيانات كافة مراكز بيانات برنامج المقارنات الدولية (ICP) والمؤسسات

في الصين، Alibaba وBaidu وJD وByte وKwai وغيرها من شركات تصنيع الإنترنت المحلية الكبرى، على الرغم من أن البنية الحالية لمراكز البيانات الخاصة بهم لا تزال تهيمن عليها منافذ 25G أو 56G، يشير تخطيط الجيل التالي بشكل مشترك إلى 112G SerDes الكهربائية عالية السرعة واجهات.

مع التقدم المستمر للعلوم والتكنولوجيا، أصبحت شبكة 5G واحدة من الموضوعات الساخنة في مجال الاتصالات اليوم. لن توفر لنا تقنية 5G سرعات نقل بيانات أسرع فحسب، بل ستدعم أيضًا المزيد من الاتصالات بين الأجهزة، وبالتالي خلق المزيد من الإمكانيات للمدن الذكية المستقبلية والمركبات ذاتية القيادة وإنترنت الأشياء. ومع ذلك، خلف شبكة 5G، هناك العديد من التقنيات الرئيسية ودعم المعدات، واحدة منها هي الوحدة البصرية.

سيتم استخدام وحدة بصرية ذات نطاق ترددي أعلى لتوصيل DU وAAU للمحطة الأساسية البعيدة 5G RF. في عصر 4G، كانت BBU هي وحدة معالجة النطاق الأساسي للمحطات الأساسية، بينما كانت RRU هي وحدة التردد الراديوي. من أجل تقليل فقدان الإرسال بين BBU وRRU، غالبًا ما يتم استخدام اتصال الألياف الضوئية، المعروف أيضًا باسم نظام النقل الأمامي. في عصر 5G، ستكون شبكات الوصول اللاسلكية قائمة على السحابة بالكامل، مع شبكة وصول لاسلكية مركزية (C-RAN). توفر C-RAN حلاً بديلاً جديدًا وفعالاً. يمكن للمشغلين تبسيط عدد الأجهزة المطلوبة لكل محطة قاعدة خلوية من خلال C-RAN وتوفير وظائف مثل نشر CU السحابي، والمحاكاة الافتراضية للموارد في المجمعات، وقابلية توسيع الشبكة.

سيستخدم ناقل الحركة الأمامي 5G وحدات بصرية ذات سعة أكبر. في الوقت الحاضر، تستخدم محطات 4G LTE الأساسية بشكل أساسي الوحدات الضوئية 10G. يتطلب الطيف عالي التردد وخصائص النطاق الترددي العالي لشبكات الجيل الخامس، إلى جانب استخدام تقنية MassiveMIMO، اتصالات وحدة بصرية واسعة النطاق للغاية. حاليًا، تحاول C-RAN تقليل سرعة واجهة CPRI عن طريق ترحيل الطبقة المادية من DU إلى قسم AAU، وبالتالي تقليل الطلب على الوحدات الضوئية ذات النطاق الترددي العالي وتمكين الوحدات الضوئية 25G/100G من تلبية متطلبات نقل النطاق الترددي العالي للغاية لاتصالات الجيل الخامس "عالية التردد" في المستقبل. لذلك، في البناء المستقبلي للمحطات الأساسية لإطار عمل C-RAN، سيكون للوحدات الضوئية 100 جيجا إمكانات كبيرة.

نشر محطة 5G الأساسية

زيادة العدد: في مخطط المحطة الأساسية التقليدية مع وحدة DU واحدة تربط 3 وحدات AAU، يلزم وجود 12 وحدة بصرية؛ تم اعتماد الشكل الذي سيزيد الطلب على الوحدة الضوئية للمحطة الأساسية لتكنولوجيا الوصول إلى التردد. نحن نفترض أنه في هذا المخطط، تقوم وحدة DU واحدة بتوصيل 5 AAU، ويتطلب الأمر 20 وحدة بصرية.

ملخص:

وفقًا لشركة LightCounting، من بين أكبر عشرة موردين عالميين لمبيعات الوحدات الضوئية في عام 2010، كان هناك مصنع محلي واحد فقط، وهو Wuhan Telecom Devices. وفي عام 2022، ارتفع عدد الشركات المصنعة الصينية في القائمة إلى 7، مع تعادل Zhongji Xuchuang وCoherent في المركز الأول؛ وزادت الشركات المصنعة الصينية حصتها في السوق في المكونات والوحدات البصرية من 15% في عام 2010 إلى 50% في عام 2021.

في الوقت الحاضر، الوحدة البصرية المحلية ثلاثة Jiji Xuchuang، Tianfu communication وYisheng الجديدة، وصلت القيمة السوقية إلى 140 مليار يوان، 60 مليار يوان، 55 مليار يوان، منها Zhongji Xuchuang الرائدة من القيمة السوقية بما يتجاوز صناعة الوحدات الضوئية العالمية السابقة أول متماسك (القيمة السوقية الأخيرة حوالي 63 مليار يوان)، رسميا موقف الأخ الأول في العالم.

إن النمو الهائل للتطبيقات الناشئة مثل 5G والذكاء الاصطناعي ومراكز البيانات يقف على قدم وساق، ومن المتوقع مستقبل صناعة الوحدات البصرية المحلية.