Wachstum optischer Module

In optischen Kommunikationsnetzen spielen optische Module eine entscheidende Rolle. Es ist für die Umwandlung elektrischer Signale in optische Signale und die Rückumwandlung empfangener optischer Signale in elektrische Signale verantwortlich, wodurch die Übertragung und der Empfang von Daten abgeschlossen werden. Daher sind optische Module die Schlüsseltechnologie für die Verbindung und die Erzielung einer Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung.

Mit der Entwicklung der künstlichen Intelligenz ist der Wettbewerb um Rechenleistung zu einem neuen Schlachtfeld für den Kampf zwischen Technologieunternehmen geworden. Als wichtiger Bestandteil der Glasfaserkommunikation sind optische Module optoelektronische Geräte, die photoelektrische Umwandlungs- und elektrooptische Umwandlungsfunktionen im Prozess der optischen Signalübertragung realisieren, und ihre Leistung hat einen direkten Einfluss auf KI-Systeme.

Optische Module sind neben GPU, HBM, Netzwerkkarten und Switches zu den unverzichtbarsten Hardwarekomponenten der KI-Rechenleistung geworden. Wir wissen, dass große Modelle eine leistungsstarke Rechenleistung benötigen, um große Datenmengen zu verarbeiten und zu analysieren. Das optische Kommunikationsnetzwerk bietet einen Hochgeschwindigkeits- und effizienten Datenübertragungsmodus, der eine wichtige Grundlage und solide Basis zur Deckung dieses enormen Computerbedarfs darstellt.

Am 30. November 2022 wurde ChatGPT veröffentlicht und seitdem herrscht weltweit eine Begeisterung für große Models. Vor kurzem hat Sora, ein großes Modell für kulturelle und biologische Videos, Marktbegeisterung geweckt, und die Nachfrage nach Rechenleistung zeigt einen exponentiellen Wachstumstrend. Ein von OpenAI veröffentlichter Bericht zeigt, dass seit 2012 die Nachfrage nach Rechenleistung für KI-Trainingsanwendungen gestiegen ist hat sich alle 3–4 Monate verdoppelt und seit 2012 ist die KI-Rechenleistung um mehr als das 300.000-fache gewachsen. Die inhärenten Vorteile optischer Module erfüllen zweifellos perfekt die Anforderungen der KI in Bezug auf Hochleistungsrechenleistung und Anwendungserweiterung.

Das optische Modul verfügt über Hochgeschwindigkeits- und geringe Latenzeigenschaften, die leistungsstarke Datenverarbeitungsfunktionen bieten und gleichzeitig die Effizienz der Datenübertragung gewährleisten können. Und die Bandbreite des optischen Moduls ist groß, sodass mehr Daten gleichzeitig verarbeitet werden können. Die große Übertragungsdistanz ermöglicht einen Hochgeschwindigkeits-Datenaustausch zwischen Rechenzentren, was zum Aufbau verteilter KI-Rechnernetzwerke beiträgt und die Anwendung der KI-Technologie in einem breiteren Spektrum von Bereichen fördert.

In den letzten zwei Jahren ist der Aktienkurs von Nvidia, angetrieben durch die KI-Welle, in die Höhe geschnellt. Erstens überschritt die Marktkapitalisierung Ende Mai 2023 erstmals die Billionen-Dollar-Marke. Anfang 2024 erreichte es den Höchstwert von 2 Billionen US-Dollar an Marktwert.

Nvidias Chips verkaufen sich wie verrückt. Laut dem jüngsten Ergebnisbericht für das vierte Quartal erreichte der Quartalsumsatz einen Rekordwert von 22,1 Milliarden US-Dollar, ein Plus von 22 % gegenüber dem dritten Quartal und 265 % gegenüber dem Vorjahreszeitraum. Der Gewinn stieg um 769 % und übertraf damit deutlich die Erwartungen der Analysten. In den Umsatzdaten von Nvidia ist das Rechenzentrum zweifellos die glänzendste Abteilung. Statistiken zufolge stieg der Umsatz der auf KI fokussierten Abteilung im vierten Quartal von 3,6 Milliarden US-Dollar im Vorjahr auf 18,4 Milliarden US-Dollar, was einer jährlichen Wachstumsrate von mehr als 400 Prozent entspricht.

Und im Einklang mit dem bemerkenswerten Wachstum von Nvidia haben einige inländische Unternehmen für optische Module unter der Katalyse der Welle der künstlichen Intelligenz bestimmte Leistungen erzielt. Zhongji Xuchuang erzielte im Jahr 2023 einen Umsatz von 10,725 Milliarden Yuan, eine Steigerung von 11,23 % gegenüber dem Vorjahr; Der Nettogewinn betrug 2,181 Milliarden Yuan, eine Steigerung von 78,19 % gegenüber dem Vorjahr. Tianfu Communication erzielte im Jahr 2023 einen Umsatz von 1,939 Milliarden Yuan, was einer Steigerung von 62,07 % gegenüber dem Vorjahr entspricht; Der Nettogewinn betrug 730 Millionen Yuan, eine Steigerung von 81,14 % gegenüber dem Vorjahr.

Neben der steigenden Nachfrage nach optischen Modulen in der KI-Rechenleistung der künstlichen Intelligenz wächst auch die Nachfrage nach dem Bau von Rechenzentren.

Aus der Perspektive der Netzwerkarchitektur von Rechenzentren, die auf bestehenden 100G-Lösungen basiert, erfordert die Erfüllung des nicht blockierenden Netzwerkdurchsatzes von Rechenzentren gleicher Größe das Hinzufügen weiterer Ports, mehr Rack-Platz für Server und Switches sowie mehr Server-Rack-Platz. Diese Lösungen sind nicht kosteneffektiv und führen zu einer geometrischen Erhöhung der Komplexität der Netzwerkarchitektur.

Die Migration von 100G auf 400G ist eine kostengünstigere Möglichkeit, Rechenzentren mehr Bandbreite bereitzustellen und gleichzeitig die Komplexität der Netzwerkarchitektur zu verringern.

Marktprognose für optische Module mit 400G und mehr Geschwindigkeit

Laut der Prognose von Light Counting für 400G- und 800G-bezogene Produkte ist die SR/FR-Serie das Hauptwachstumsprodukt für Rechenzentren und Internetzentren:

Es wird prognostiziert, dass optische Module mit 400G-Rate im Jahr 2023 in großem Umfang eingesetzt werden und im Jahr 2025 den Großteil des Umsatzes mit optischen Modulen (40G-Rate und höher) ausmachen werden:

Die Daten umfassen alle ICP- und Unternehmensrechenzentren

Obwohl in China, Alibaba, Baidu, JD, Byte, Kwai und anderen großen inländischen Internetherstellern die aktuelle Architektur ihrer Rechenzentren immer noch von 25G- oder 56G-Ports dominiert wird, deuten die Planungen für die nächste Generation gemeinsam auf 112G SerDes-basierte Hochgeschwindigkeitsstromversorgung hin Schnittstellen.

Mit dem kontinuierlichen Fortschritt von Wissenschaft und Technologie ist das 5G-Netzwerk zu einem der heißen Themen im heutigen Kommunikationsbereich geworden. Die 5G-Technologie wird uns nicht nur schnellere Datenübertragungsgeschwindigkeiten ermöglichen, sondern auch mehr Verbindungen zwischen Geräten unterstützen und so mehr Möglichkeiten für zukünftige Smart Cities, autonome Fahrzeuge und das Internet der Dinge schaffen. Hinter dem 5G-Netzwerk stehen jedoch viele Schlüsseltechnologien und Geräteunterstützung, darunter das optische Modul.

Ein optisches Modul mit höherer Bandbreite wird verwendet, um die DU und AAU der 5G-RF-Remote-Basisstation zu verbinden. In der 4G-Ära war BBU die Basisband-Verarbeitungseinheit von Basisstationen, während RRU die Hochfrequenzeinheit war. Um Übertragungsverluste zwischen BBU und RRU zu reduzieren, wurde häufig eine Glasfaserverbindung, auch Vorwärtsübertragungsschema genannt, verwendet. Im 5G-Zeitalter werden drahtlose Zugangsnetze vollständig cloudbasiert sein, mit einem zentralisierten drahtlosen Zugangsnetz (C-RAN). C-RAN bietet eine neue und effiziente Alternativlösung. Betreiber können über C-RAN die Anzahl der für jede Mobilfunkbasisstation erforderlichen Geräte optimieren und Funktionen wie CU-Cloud-Bereitstellung, Ressourcenvirtualisierung in Pools und Netzwerkskalierbarkeit bereitstellen.

Für die 5G-Frontend-Übertragung werden optische Module mit größerer Kapazität verwendet. Derzeit verwenden 4G-LTE-Basisstationen hauptsächlich optische 10G-Module. Das Hochfrequenzspektrum und die hohen Bandbreiteneigenschaften von 5G erfordern in Verbindung mit der Verwendung der MassiveMIMO-Technologie eine ultrabreitbandige Kommunikation mit optischen Modulen. Derzeit versucht C-RAN, die CPRI-Schnittstellengeschwindigkeit zu reduzieren, indem die physikalische Schicht von DU in den AAU-Abschnitt migriert wird, wodurch die Nachfrage nach optischen Modulen mit hoher Bandbreite verringert wird und optische 25G/100G-Module die Anforderungen an die Übertragung mit ultrahoher Bandbreite erfüllen können der zukünftigen 5G-„Hochfrequenz“-Kommunikation. Daher werden 100G-optische Module beim zukünftigen Aufbau von C-RAN-Framework-Basisstationen großes Potenzial haben.

Bereitstellung einer 5G-Basisstation

Erhöhung der Anzahl: Im herkömmlichen Basisstationsschema mit einer einzelnen DU, die 3 AAU verbindet, sind 12 optische Module erforderlich; Durch den angenommenen Morphismus wird die Nachfrage nach dem optischen Basisstationsmodul der Frequenzreichweitentechnologie weiter steigen. Wir gehen davon aus, dass in diesem Schema ein einzelner DU 5 AAU verbindet und 20 optische Module erforderlich sind.

Zusammenfassung:

Laut LightCounting befand sich unter den zehn weltweit führenden Anbietern optischer Module im Jahr 2010 nur ein inländischer Hersteller, Wuhan Telecom Devices. Im Jahr 2022 stieg die Zahl der chinesischen Hersteller auf der Liste auf 7, wobei Zhongji Xuchuang und Coherent gemeinsam den Spitzenplatz belegten; Chinesische Hersteller haben ihren Marktanteil bei optischen Komponenten und Modulen von 15 % im Jahr 2010 auf 50 % im Jahr 2021 gesteigert.

Derzeit erreichen die drei inländischen optischen Module Jiji Xuchuang, Tianfu Communication und New Yisheng einen Marktwert von 140 Milliarden Yuan, 60 Milliarden Yuan und 55 Milliarden Yuan erster Coherent (aktueller Marktwert von rund 63 Milliarden Yuan), offiziell der weltweit erste Bruder Position.

Das explosive Wachstum neuer Anwendungen wie 5G, KI und Rechenzentren steht vor der Tür und die Zukunft der heimischen Industrie für optische Module ist absehbar.