Crescita dei moduli ottici

Nelle reti di comunicazione ottica, i moduli ottici svolgono un ruolo cruciale. È responsabile della conversione dei segnali elettrici in segnali ottici e della riconversione dei segnali ottici ricevuti in segnali elettrici, completando così la trasmissione e la ricezione dei dati. Pertanto, i moduli ottici sono la tecnologia chiave per la connessione e la trasmissione dei dati ad alta velocità.

Con lo sviluppo dell’intelligenza artificiale, la competizione sulla potenza di calcolo è diventata un nuovo campo di battaglia tra le aziende tecnologiche. Essendo una parte importante della comunicazione in fibra ottica, i moduli ottici sono dispositivi optoelettronici che realizzano funzioni di conversione fotoelettrica ed elettro-ottica nel processo di trasmissione del segnale ottico e le loro prestazioni hanno un impatto diretto sui sistemi di intelligenza artificiale.

I moduli ottici sono diventati i componenti hardware più indispensabili della potenza di calcolo dell'intelligenza artificiale oltre a GPU, HBM, schede di rete e switch. Sappiamo che i modelli di grandi dimensioni richiedono una potente potenza di calcolo per elaborare e analizzare grandi quantità di dati. La rete di comunicazione ottica fornisce una modalità di trasmissione dati efficiente e ad alta velocità, che costituisce una base importante e solida per supportare questa enorme domanda informatica.

Il 30 novembre 2022 è stato rilasciato ChatGPT e da allora si è diffusa una mania globale per le grandi modelle. Recentemente, il Sora, un grande modello per video culturali e biologici, ha suscitato l'entusiasmo del mercato e la domanda di potenza di calcolo mostra un trend di crescita esponenziale. Un rapporto pubblicato da OpenAI indica che dal 2012, la domanda di potenza di calcolo per applicazioni di formazione sull'intelligenza artificiale è raddoppiato ogni 3-4 mesi e dal 2012 la potenza di calcolo dell’intelligenza artificiale è cresciuta di oltre 300.000 volte. I vantaggi intrinseci dei moduli ottici soddisfano senza dubbio perfettamente le esigenze dell’intelligenza artificiale in termini di prestazioni di calcolo ad alte prestazioni ed espansione delle applicazioni.

Il modulo ottico ha caratteristiche di alta velocità e bassa latenza, che possono fornire potenti capacità di elaborazione dei dati garantendo al contempo l'efficienza della trasmissione dei dati. Inoltre, la larghezza di banda del modulo ottico è ampia, il che significa che può elaborare più dati contemporaneamente. La lunga distanza di trasmissione rende possibile lo scambio di dati ad alta velocità tra data center, il che aiuta a costruire reti di calcolo IA distribuite e promuove l’applicazione della tecnologia AI in una gamma più ampia di campi.

Negli ultimi due anni, spinto dall'ondata dell'intelligenza artificiale, il prezzo delle azioni di Nvidia è aumentato vertiginosamente. Innanzitutto, a fine maggio 2023 la capitalizzazione di mercato ha superato per la prima volta la soglia dei trilioni di dollari. All’inizio del 2024, ha raggiunto il picco di 2 trilioni di dollari in valore di mercato.

I chip di Nvidia vanno a ruba. Secondo il recente rapporto sugli utili del quarto trimestre, i ricavi trimestrali hanno raggiunto la cifra record di 22,1 miliardi di dollari, in crescita del 22% rispetto al terzo trimestre e del 265% rispetto allo stesso periodo dello scorso anno, e i profitti sono aumentati del 769%, battendo significativamente le aspettative degli analisti. Nei dati sui ricavi di Nvidia, il data center è senza dubbio il reparto più brillante. Secondo le statistiche, le vendite del quarto trimestre della divisione focalizzata sull’intelligenza artificiale sono salite a 18,4 miliardi di dollari dai 3,6 miliardi di dollari dello scorso anno, un tasso di crescita annuo di oltre il 400%.

E in sincronia con la notevole crescita di Nvidia, sotto la catalisi dell'ondata di intelligenza artificiale, alcune aziende nazionali di moduli ottici hanno raggiunto determinate prestazioni. Zhongji Xuchuang ha realizzato un fatturato di 10,725 miliardi di yuan nel 2023, con un aumento su base annua dell'11,23%; L'utile netto è stato di 2,181 miliardi di yuan, con un aumento del 78,19% su base annua. Tianfu Communication ha realizzato un fatturato di 1,939 miliardi di yuan nel 2023, con un aumento su base annua del 62,07%; L'utile netto è stato di 730 milioni di yuan, con un aumento dell'81,14% su base annua.

Oltre alla crescente domanda di moduli ottici nella potenza di calcolo dell’intelligenza artificiale AI, cresce anche la domanda per la costruzione di data center.

Dal punto di vista dell'architettura di rete del data center, basata sulle soluzioni 100G esistenti, per soddisfare il throughput di rete senza blocchi di data center della stessa dimensione è necessario aggiungere più porte, più spazio rack per server e switch e più spazio rack per server. Queste soluzioni non sono convenienti e portano ad un aumento geometrico della complessità dell'architettura di rete.

La migrazione da 100G a 400G è un modo più conveniente per iniettare più larghezza di banda nei data center, riducendo al tempo stesso la complessità dell'architettura di rete.

Previsioni di mercato dei moduli ottici da 400G e velocità superiori

Secondo le previsioni di Light Counting sui prodotti correlati a 400G e 800G, la serie SR/FR è il principale prodotto in crescita per data center e Internet center:

Si prevede che i moduli ottici con velocità 400G verranno implementati su larga scala nel 2023 e occuperanno la maggior parte dei ricavi di vendita dei moduli ottici (tariffe 40G e superiori) nel 2025:

I dati includono tutti i data center ICP e aziendali

In Cina, Alibaba, Baidu, JD, Byte, Kwai e altri importanti produttori Internet nazionali, sebbene l’attuale architettura dei loro data center sia ancora dominata da porte 25G o 56G, la pianificazione di prossima generazione punta congiuntamente a sistemi elettrici ad alta velocità basati su SerDes 112G. interfacce.

Con il continuo progresso della scienza e della tecnologia, la rete 5G è diventata uno dei temi caldi nel campo della comunicazione di oggi. La tecnologia 5G non solo ci fornirà velocità di trasferimento dati più elevate, ma supporterà anche più connessioni tra dispositivi, creando così maggiori possibilità per le future città intelligenti, i veicoli autonomi e l’Internet delle cose. Tuttavia, dietro la rete 5G ci sono molte tecnologie chiave e supporto di apparecchiature, uno dei quali è il modulo ottico.

Un modulo ottico con larghezza di banda maggiore verrà utilizzato per collegare la DU e l'AAU della stazione base remota 5G RF. Nell'era 4G, BBU era l'unità di elaborazione della banda base delle stazioni base, mentre RRU era l'unità di radiofrequenza. Per ridurre la perdita di trasmissione tra BBU e RRU, veniva spesso utilizzata la connessione in fibra ottica, nota anche come schema di trasmissione diretta. Nell’era del 5G, le reti di accesso wireless saranno completamente basate sul cloud, con una rete di accesso wireless centralizzata (C-RAN). C-RAN fornisce una soluzione alternativa nuova ed efficiente. Gli operatori possono ottimizzare il numero di dispositivi richiesti per ciascuna stazione base cellulare tramite C-RAN e fornire funzioni come l'implementazione del cloud CU, la virtualizzazione delle risorse in pool e la scalabilità della rete.

La trasmissione front-end 5G utilizzerà moduli ottici di capacità maggiore. Attualmente, le stazioni base 4G LTE utilizzano principalmente moduli ottici 10G. Lo spettro ad alta frequenza e le caratteristiche di elevata larghezza di banda del 5G, insieme all’uso della tecnologia MassiveMIMO, richiedono una comunicazione con moduli ottici a banda ultra larga. Attualmente, C-RAN sta tentando di ridurre la velocità dell'interfaccia CPRI migrando lo strato fisico dell'DU alla sezione AAU, riducendo così la domanda di moduli ottici a larghezza di banda elevata e consentendo ai moduli ottici 25G/100G di soddisfare i requisiti di trasmissione a larghezza di banda ultraelevata della futura comunicazione 5G “ad alta frequenza”. Pertanto, nella futura costruzione delle stazioni base quadro C-RAN, i moduli ottici 100G avranno un grande potenziale.

Implementazione della stazione base 5G

Aumento del numero: nello schema tradizionale della stazione base con una singola DU che collega 3 AAU, sono necessari 12 moduli ottici; Morfismo adottato, la domanda per il modulo ottico della stazione base della tecnologia di copertura della frequenza aumenterà ulteriormente. Supponiamo che in questo schema una singola DU colleghi 5 AAU, sono necessari 20 moduli ottici.

Riepilogo:

Secondo LightCounting, tra i primi dieci fornitori mondiali di moduli ottici venduti nel 2010, c'era un solo produttore nazionale, Wuhan Telecom Devices. Nel 2022, il numero di produttori cinesi nell’elenco è salito a 7, con Zhongji Xuchuang e Coherent al primo posto a pari merito; I produttori cinesi hanno aumentato la loro quota di mercato nei componenti e moduli ottici dal 15% nel 2010 al 50% nel 2021.

Allo stato attuale, il modulo ottico domestico tre Jiji Xuchuang, la comunicazione Tianfu e il nuovo Yisheng, il valore di mercato ha raggiunto 140 miliardi di yuan, 60 miliardi di yuan, 55 miliardi di yuan, di cui il principale Zhongji Xuchuang dal valore di mercato oltre il precedente settore globale dei moduli ottici primo Coerente (recente valore di mercato di circa 63 miliardi di yuan), ufficialmente la prima posizione di fratello al mondo.

La crescita esplosiva di applicazioni emergenti come 5G, AI e data center è in atto e il futuro dell’industria nazionale dei moduli ottici è prevedibile.