Rozwój modułów optycznych

W optycznych sieciach komunikacyjnych kluczową rolę odgrywają moduły optyczne. Odpowiada za przekształcanie sygnałów elektrycznych w sygnały optyczne i przekształcanie otrzymanych sygnałów optycznych z powrotem w sygnały elektryczne, kończąc w ten sposób transmisję i odbiór danych. Dlatego moduły optyczne są kluczową technologią umożliwiającą łączenie i osiąganie dużej szybkości transmisji danych.

Wraz z rozwojem sztucznej inteligencji rywalizacja o moc obliczeniową stała się nowym polem bitwy pomiędzy firmami technologicznymi. Jako ważny element komunikacji światłowodowej, moduły optyczne są urządzeniami optoelektronicznymi realizującymi funkcje konwersji fotoelektrycznej i konwersji elektrooptycznej w procesie transmisji sygnału optycznego, a ich działanie ma bezpośredni wpływ na systemy AI.

Oprócz GPU, HBM, kart sieciowych i przełączników, najbardziej niezbędnymi komponentami sprzętowymi mocy obliczeniowej AI stały się moduły optyczne. Wiemy, że duże modele wymagają dużej mocy obliczeniowej do przetwarzania i analizowania dużych ilości danych. Optyczna sieć komunikacyjna zapewnia szybki i wydajny tryb transmisji danych, który stanowi ważny fundament i solidną bazę do obsługi tak ogromnego zapotrzebowania na moc obliczeniową.

30 listopada 2022 r. wydano ChatGPT i od tego czasu rozprzestrzenił się światowy szał na punkcie dużych modelek. Ostatnio Sora, duży model filmów kulturowych i biologicznych, wzbudziła entuzjazm na rynku, a zapotrzebowanie na moc obliczeniową wykazuje wykładniczy trend wzrostowy. Raport opublikowany przez OpenAI wskazuje, że od 2012 r. zapotrzebowanie na moc obliczeniową dla aplikacji szkoleniowych AI podwajała się co 3-4 miesiące, a od 2012 roku moc obliczeniowa AI wzrosła ponad 300 000 razy. Nieodłączne zalety modułów optycznych niewątpliwie doskonale odpowiadają potrzebom AI w zakresie wysokiej wydajności obliczeniowej i rozbudowy aplikacji.

Moduł optyczny charakteryzuje się dużą szybkością i niskim opóźnieniem, co może zapewnić potężne możliwości przetwarzania danych, zapewniając jednocześnie wydajność transmisji danych. A przepustowość modułu optycznego jest duża, co oznacza, że ​​może on przetwarzać więcej danych jednocześnie. Duża odległość transmisji umożliwia szybką wymianę danych pomiędzy centrami danych, co pomaga w budowie rozproszonych sieci obliczeniowych AI i promuje zastosowanie technologii AI w szerszym zakresie dziedzin.

W ciągu ostatnich dwóch lat, napędzany falą sztucznej inteligencji, cena akcji Nvidii poszybowała w górę. Po pierwsze, pod koniec maja 2023 roku kapitalizacja rynkowa po raz pierwszy przekroczyła bilion dolarów. Na początku 2024 r. osiągnęła szczytową wartość rynkową wynoszącą 2 biliony dolarów.

Chipy Nvidii sprzedają się jak szalone. Według najnowszego raportu o wynikach za czwarty kwartał kwartalne przychody osiągnęły rekordową kwotę 22,1 miliarda dolarów, co oznacza wzrost o 22% w porównaniu z trzecim kwartałem i 265% w porównaniu z tym samym okresem ubiegłego roku, a zysk wzrósł o 769%, znacznie przekraczając oczekiwania analityków. W danych o przychodach Nvidii centrum danych jest niewątpliwie najjaśniejszym działem. Według statystyk sprzedaż działu zajmującego się sztuczną inteligencją wzrosła w czwartym kwartale do 18,4 miliarda dolarów z 3,6 miliarda dolarów w roku ubiegłym, co oznacza roczną stopę wzrostu wynoszącą ponad 400 procent.

Synchronizując się z niezwykłym rozwojem Nvidii, pod wpływem fali sztucznej inteligencji, niektóre krajowe przedsiębiorstwa zajmujące się modułami optycznymi osiągnęły określoną wydajność. Zhongji Xuchuang osiągnął przychody w wysokości 10,725 miliardów juanów w 2023 r., co oznacza wzrost o 11,23% rok do roku; Zysk netto wyniósł 2,181 miliarda juanów, co oznacza wzrost o 78,19% rok do roku. Tianfu Communication osiągnęło przychody w wysokości 1,939 miliarda juanów w 2023 roku, co oznacza wzrost o 62,07% rok do roku; Zysk netto wyniósł 730 milionów juanów, co oznacza wzrost o 81,14% rok do roku.

Oprócz rosnącego zapotrzebowania na moduły optyczne w zakresie mocy obliczeniowej sztucznej inteligencji AI, rośnie także zapotrzebowanie na budowę centrów danych.

Z punktu widzenia architektury sieci centrów danych, bazującej na istniejących rozwiązaniach 100G, osiągnięcie nieblokującej przepustowości sieci centrów danych tej samej wielkości wymaga dodania większej liczby portów, większej przestrzeni w szafie serwerowej i przełączników oraz większej przestrzeni w szafie serwerowej. Rozwiązania te nie są opłacalne i prowadzą do geometrycznego wzrostu złożoności architektury sieci.

Migracja z 100G do 400G to bardziej opłacalny sposób na zapewnienie większej przepustowości centrom danych, przy jednoczesnym zmniejszeniu złożoności architektury sieci.

Prognoza rynkowa modułów optycznych o prędkości 400G i większej

Zgodnie z przewidywaniami firmy Light Counting dotyczącymi produktów powiązanych z sieciami 400G i 800G, seria SR/FR jest głównym produktem wzrostu dla centrów danych i centrów internetowych:

Przewiduje się, że moduły optyczne o przepustowości 400G zostaną wdrożone na dużą skalę w 2023 r. i będą stanowić większość przychodów ze sprzedaży modułów optycznych (o szybkości 40G i większej) w 2025 r.:

Dane obejmują wszystkie centra danych ICP i przedsiębiorstwa

W Chinach, Alibaba, Baidu, JD, Byte, Kwai i innych głównych krajowych producentów Internetu, chociaż obecna architektura ich centrów danych jest nadal zdominowana przez porty 25G lub 56G, planowanie nowej generacji wspólnie wskazuje na szybkie elektryczne urządzenia oparte na 112G SerDes interfejsy.

Wraz z ciągłym postępem nauki i technologii, sieć 5G stała się jednym z gorących tematów współczesnej komunikacji. Technologia 5G nie tylko zapewni nam szybsze prędkości przesyłania danych, ale także obsłuży więcej połączeń pomiędzy urządzeniami, tworząc tym samym większe możliwości dla przyszłych inteligentnych miast, pojazdów autonomicznych i Internetu Rzeczy. Jednak za siecią 5G kryje się wiele kluczowych technologii i wsparcia sprzętowego, z których jednym jest moduł optyczny.

Do połączenia jednostek DU i AAU zdalnej stacji bazowej 5G RF zostanie zastosowany moduł optyczny o większej przepustowości. W erze 4G BBU było jednostką przetwarzającą pasmo podstawowe stacji bazowych, podczas gdy RRU było jednostką częstotliwości radiowej. Aby zmniejszyć straty transmisji pomiędzy BBU i RRU, często stosowano połączenie światłowodowe, zwane również schematem transmisji w przód. W erze 5G bezprzewodowe sieci dostępowe będą w pełni oparte na chmurze, ze scentralizowaną siecią dostępu bezprzewodowego (C-RAN). C-RAN zapewnia nowe i wydajne rozwiązanie alternatywne. Operatorzy mogą usprawnić liczbę urządzeń wymaganych dla każdej komórkowej stacji bazowej za pośrednictwem sieci C-RAN i zapewnić takie funkcje, jak wdrażanie chmury CU, wirtualizacja zasobów w pulach i skalowalność sieci.

Transmisja front-end 5G będzie wykorzystywać moduły optyczne o większej pojemności. Obecnie stacje bazowe 4G LTE wykorzystują głównie moduły optyczne 10G. Widmo wysokich częstotliwości i wysoka przepustowość sieci 5G w połączeniu z wykorzystaniem technologii MassiveMIMO wymagają ultraszerokopasmowej komunikacji za pomocą modułu optycznego. Obecnie C-RAN próbuje zmniejszyć prędkość interfejsu CPRI poprzez migrację warstwy fizycznej DU do sekcji AAU, zmniejszając w ten sposób zapotrzebowanie na moduły optyczne o dużej przepustowości i umożliwiając modułom optycznym 25G/100G spełnienie wymagań dotyczących transmisji o ultrawysokiej przepustowości przyszłej komunikacji „wysokiej częstotliwości” 5G. Dlatego w przyszłej budowie stacji bazowych szkieletu C-RAN duży potencjał będą miały moduły optyczne 100G.

Wdrożenie stacji bazowej 5G

Zwiększenie liczby: w tradycyjnym schemacie stacji bazowej z pojedynczym DU łączącym 3 jednostki AAU, wymaganych jest 12 modułów optycznych; Przyjęty morfizm spowoduje dalszy wzrost zapotrzebowania na moduł optyczny stacji bazowej w technologii zasięgu częstotliwości. Zakładamy, że w tym schemacie pojedynczy DU łączy 5 AAU, wymaganych jest 20 modułów optycznych.

Streszczenie:

Według LightCounting wśród dziesięciu największych światowych dostawców modułów optycznych w 2010 roku znajdował się tylko jeden krajowy producent, firma Wuhan Telecom Devices. W 2022 r. liczba chińskich producentów na liście wzrosła do 7, a na pierwszym miejscu znalazły się Zhongji Xuchuang i Coherent; Chińscy producenci zwiększyli swój udział w rynku komponentów i modułów optycznych z 15% w 2010 r. do 50% w 2021 r.

Obecnie krajowy moduł optyczny trzy Jiji Xuchuang, komunikacja Tianfu i nowy Yisheng, wartość rynkowa osiągnęła 140 miliardów juanów, 60 miliardów juanów, 55 miliardów juanów, z czego wiodący Zhongji Xuchuang ma wartość rynkową wykraczającą poza poprzednią globalną branżę modułów optycznych pierwszy Spójny (ostatnia wartość rynkowa około 63 miliardów juanów), oficjalnie pierwsza na świecie pozycja brata.

Gwałtowny rozwój nowych zastosowań, takich jak 5G, sztuczna inteligencja i centra danych, stoi za dyszą i można przewidzieć przyszłość krajowego przemysłu modułów optycznych.