Sự phát triển của mô-đun quang học

Trong các mạng truyền thông quang học, các mô-đun quang học đóng một vai trò quan trọng. Nó có nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu điện thành tín hiệu quang và chuyển đổi tín hiệu quang nhận được thành tín hiệu điện, từ đó hoàn thành việc truyền và nhận dữ liệu. Do đó, mô-đun quang là công nghệ then chốt để kết nối và đạt được tốc độ truyền dữ liệu cao.

Với sự phát triển của trí tuệ nhân tạo, cuộc cạnh tranh sức mạnh tính toán đã trở thành chiến trường mới tranh giành giữa các công ty công nghệ. Là một phần quan trọng của truyền thông sợi quang, mô-đun quang là thiết bị quang điện tử thực hiện chức năng chuyển đổi quang điện và chuyển đổi quang điện trong quá trình truyền tín hiệu quang và hiệu suất của chúng có tác động trực tiếp đến hệ thống AI.

Mô-đun quang đã trở thành thành phần phần cứng không thể thiếu của sức mạnh tính toán AI bên cạnh GPU, HBM, card mạng và bộ chuyển mạch. Chúng tôi biết rằng các mô hình lớn đòi hỏi sức mạnh tính toán mạnh mẽ để xử lý và phân tích lượng lớn dữ liệu. Mạng truyền thông quang học cung cấp chế độ truyền dữ liệu tốc độ cao và hiệu quả, đây là nền tảng quan trọng và cơ sở vững chắc để hỗ trợ nhu cầu điện toán khổng lồ này.

Vào ngày 30 tháng 11 năm 2022, ChatGPT được phát hành và kể từ đó, cơn sốt toàn cầu về những người mẫu lớn đã lan tràn. Gần đây, Sora, một mô hình lớn cho các video văn hóa và sinh học, đã khơi dậy sự nhiệt tình của thị trường và nhu cầu về sức mạnh tính toán đang có xu hướng tăng trưởng theo cấp số nhân. Một báo cáo do OpenAI công bố chỉ ra rằng kể từ năm 2012, nhu cầu sức mạnh tính toán cho các ứng dụng đào tạo AI đã tăng gấp đôi sau mỗi 3-4 tháng và kể từ năm 2012, sức mạnh tính toán AI đã tăng hơn 300000 lần. Những ưu điểm vốn có của mô-đun quang chắc chắn đáp ứng hoàn hảo nhu cầu của AI về hiệu năng tính toán hiệu năng cao và mở rộng ứng dụng.

Mô-đun quang có đặc tính tốc độ cao và độ trễ thấp, có thể cung cấp khả năng xử lý dữ liệu mạnh mẽ đồng thời đảm bảo hiệu quả truyền dữ liệu. Và băng thông của mô-đun quang lớn, có nghĩa là nó có thể xử lý đồng thời nhiều dữ liệu hơn. Khoảng cách truyền dẫn dài giúp trao đổi dữ liệu tốc độ cao giữa các trung tâm dữ liệu, giúp xây dựng mạng điện toán AI phân tán và thúc đẩy ứng dụng công nghệ AI trong nhiều lĩnh vực hơn.

Trong hai năm qua, được thúc đẩy bởi làn sóng AI, giá cổ phiếu của Nvidia đã tăng vọt. Đầu tiên, vào cuối tháng 5 năm 2023, lần đầu tiên vốn hóa thị trường đã vượt mốc nghìn tỷ đô la. Vào đầu năm 2024, giá trị thị trường của nó đạt đỉnh 2 nghìn tỷ USD.

Chip của Nvidia đang bán chạy như điên. Theo báo cáo thu nhập quý 4 gần đây, doanh thu hàng quý đạt kỷ lục 22,1 tỷ USD, tăng 22% so với quý 3 và 265% so với cùng kỳ năm ngoái, đồng thời lợi nhuận tăng 769%, đánh bại đáng kể kỳ vọng của các nhà phân tích. Trong dữ liệu doanh thu của Nvidia, trung tâm dữ liệu chắc chắn là bộ phận tỏa sáng nhất. Theo thống kê, doanh thu quý 4 của bộ phận tập trung vào AI đã tăng lên 18,4 tỷ USD từ mức 3,6 tỷ USD năm ngoái, tốc độ tăng trưởng hàng năm hơn 400%.

Và đồng bộ với sự tăng trưởng vượt bậc của Nvidia, dưới sự xúc tác của làn sóng trí tuệ nhân tạo, một số doanh nghiệp sản xuất module quang trong nước đã đạt được hiệu quả nhất định. Zhongji Xuchuang đạt doanh thu 10,725 tỷ nhân dân tệ vào năm 2023, tăng 11,23% so với cùng kỳ năm ngoái; Lợi nhuận ròng là 2,181 tỷ nhân dân tệ, tăng 78,19% so với cùng kỳ năm trước. Tianfu Communications đạt doanh thu 1,939 tỷ nhân dân tệ vào năm 2023, tăng 62,07% so với cùng kỳ năm ngoái; Lợi nhuận ròng là 730 triệu nhân dân tệ, tăng 81,14% so với cùng kỳ năm trước.

Ngoài nhu cầu ngày càng tăng về các mô-đun quang học trong sức mạnh tính toán trí tuệ nhân tạo AI, nhu cầu xây dựng trung tâm dữ liệu cũng ngày càng tăng.

Từ góc độ kiến ​​trúc mạng trung tâm dữ liệu, dựa trên các giải pháp 100G hiện có, việc đáp ứng thông lượng mạng không bị chặn của các trung tâm dữ liệu có cùng quy mô đòi hỏi phải bổ sung thêm nhiều cổng, nhiều không gian giá đỡ hơn cho máy chủ và thiết bị chuyển mạch cũng như nhiều không gian giá đỡ máy chủ hơn. Những giải pháp này không hiệu quả về mặt chi phí và dẫn đến sự gia tăng về mặt hình học về độ phức tạp của kiến ​​trúc mạng.

Di chuyển từ 100G sang 400G là cách tiết kiệm chi phí hơn để tăng thêm băng thông vào trung tâm dữ liệu, đồng thời giảm độ phức tạp của kiến ​​trúc mạng.

Dự báo thị trường của mô-đun quang tốc độ 400G trở lên

Theo dự đoán của Light Counting về các sản phẩm liên quan đến 400G và 800G, dòng SR/FR là sản phẩm tăng trưởng chính cho các trung tâm dữ liệu và trung tâm Internet:

Dự đoán mô-đun quang tốc độ 400G sẽ được triển khai quy mô vào năm 2023 và sẽ chiếm phần lớn doanh thu bán hàng của mô-đun quang (tốc độ 40G trở lên) vào năm 2025:

Dữ liệu bao gồm tất cả các trung tâm dữ liệu ICP và doanh nghiệp

Tại Trung Quốc, Alibaba, Baidu, JD, Byte, Kwai và các nhà sản xuất Internet lớn trong nước khác, mặc dù kiến ​​trúc hiện tại của trung tâm dữ liệu của họ vẫn bị chi phối bởi các cổng 25G hoặc 56G, nhưng kế hoạch thế hệ tiếp theo đều hướng tới kết nối điện tốc độ cao dựa trên 112G SerDes. giao diện.

Với sự tiến bộ không ngừng của khoa học công nghệ, mạng 5G đã trở thành một trong những chủ đề nóng trong lĩnh vực truyền thông ngày nay. Công nghệ 5G sẽ không chỉ cung cấp cho chúng ta tốc độ truyền dữ liệu nhanh hơn mà còn hỗ trợ nhiều kết nối hơn giữa các thiết bị, từ đó tạo ra nhiều khả năng hơn cho các thành phố thông minh, xe tự hành và Internet of Things trong tương lai. Tuy nhiên, đằng sau mạng 5G còn có rất nhiều công nghệ và thiết bị hỗ trợ chủ chốt, một trong số đó là module quang.

Mô-đun quang có băng thông cao hơn sẽ được sử dụng để kết nối DU và AAU của trạm gốc từ xa 5G RF. Trong kỷ nguyên 4G, BBU là đơn vị xử lý băng cơ sở của các trạm gốc, trong khi RRU là đơn vị tần số vô tuyến. Để giảm tổn thất truyền dẫn giữa BBU và RRU, kết nối cáp quang, còn được gọi là sơ đồ truyền dẫn thuận, thường được sử dụng. Trong kỷ nguyên 5G, mạng truy cập không dây sẽ hoàn toàn dựa trên đám mây, với mạng truy cập không dây tập trung (C-RAN). C-RAN cung cấp giải pháp thay thế mới và hiệu quả. Các nhà khai thác có thể hợp lý hóa số lượng thiết bị cần thiết cho mỗi trạm cơ sở di động thông qua C-RAN và cung cấp các chức năng như triển khai đám mây CU, ảo hóa tài nguyên vào nhóm và khả năng mở rộng mạng.

Đường truyền 5G phía trước sẽ sử dụng các mô-đun quang có dung lượng lớn hơn. Hiện tại, các trạm gốc 4G LTE chủ yếu sử dụng mô-đun quang 10G. Đặc tính phổ tần số cao và băng thông cao của 5G, cùng với việc sử dụng công nghệ MassiveMIMO, yêu cầu giao tiếp mô-đun quang băng thông cực rộng. Hiện tại, C-RAN đang cố gắng giảm tốc độ giao diện CPRI bằng cách di chuyển lớp vật lý của DU sang phần AAU, từ đó giảm nhu cầu về mô-đun quang băng thông cao và cho phép mô-đun quang 25G/100G đáp ứng yêu cầu truyền băng thông cực cao của truyền thông "tần số cao" 5G trong tương lai. Do đó, trong việc xây dựng các trạm cơ sở khung C-RAN trong tương lai, các mô-đun quang 100G sẽ có tiềm năng lớn.

Triển khai trạm gốc 5G

Tăng số lượng: Trong sơ đồ trạm gốc truyền thống với một DU duy nhất kết nối 3 AAU, cần có 12 mô-đun quang; Thông qua hình thái học, nhu cầu về mô-đun quang trạm gốc của công nghệ tiếp cận tần số sẽ tăng thêm. Chúng tôi giả định rằng trong sơ đồ này, cần có một DU duy nhất kết nối 5 AAU,20 mô-đun quang.

Bản tóm tắt:

Theo LightCounting, trong số 10 nhà cung cấp mô-đun quang học hàng đầu toàn cầu năm 2010, chỉ có một nhà sản xuất trong nước là Thiết bị Viễn thông Vũ Hán. Năm 2022, số lượng nhà sản xuất Trung Quốc trong danh sách tăng lên 7, trong đó Zhongji Xuchuang và Coherent đứng đầu; Các nhà sản xuất Trung Quốc đã tăng thị phần trong lĩnh vực linh kiện và mô-đun quang học từ 15% năm 2010 lên 50% vào năm 2021.

Hiện tại, mô-đun quang học trong nước gồm ba Jiji Xuchuang, Tianfu Communications và New Yisheng, giá trị thị trường đạt 140 tỷ nhân dân tệ, 60 tỷ nhân dân tệ, 55 tỷ nhân dân tệ, trong đó Zhongji Xuchuang dẫn đầu về giá trị thị trường vượt xa ngành công nghiệp mô-đun quang học toàn cầu trước đây Coherent đầu tiên (giá trị thị trường gần đây khoảng 63 tỷ nhân dân tệ), chính thức là người anh em đầu tiên trên thế giới.

Sự tăng trưởng bùng nổ của các ứng dụng mới nổi như 5G, AI và trung tâm dữ liệu đang đứng trước nguy cơ và tương lai của ngành công nghiệp mô-đun quang trong nước là có thể thấy trước.