云数据中心市场是最近比较火的一个话题,微信就是一个很好的例子。早些年,光通信需求主要来自于电信、移动等系统服务商。最近几年,云数据中心服务商在投资上已经即将达到电信服务商投资水平。预计到2018或2019年,云数据中心上的投资额会和电信的投资额持平,甚至赶超。因此,光通信以及光通信器件增长的主要动力来自于云数据中心。

然而,云数据中心市场对于光学器件的要求和传统的电信级别有所区别。与传统器件相比,用于云数据中心的器件需要有五大特点:密度上升、功率下降、成本下降、速度上升、集成度更高。从全球数据中心的市场走势来看,对模块的速率要求也会越来越提高。

云数据中心的这五大需求相互矛盾,光通信器件/解决方案供应商怎么破?!光通信产品完整覆盖接入网市场、无线回传市场、数据中心市场、城域网市场及长途传输市场等5个应用方向的MACOM,告诉记者该公司有三项重要技术予以应对——EFT和SAEFT这两大技术可以让激光器以半导体工艺的方式大批量生产和对准,并大幅降低生产成本;PAM-4调制技术可以在即将到来的400G光网络传输中将四路降到一路,而且不再需要光复用。

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最近的数据需求类似90年代手机的需求,呈现井喷式增长

MACOM公司光学解决方案销售总监Kevin Cheng(郑冠伦)向记者介绍,在今后几年中,对单一端口,100G模块的需求量会以每年近54%的速度增长,而且随后将有更高速率的200G、400G模块在市场上出现。

市场对数据的需求永无止境。比如,微信一开始只是用于文字传输,后来做语音传输,再后来做视频传输,技术的数据量越来越大。从这个例子可以看出,无论是在中国还是在全球市场,对数据的需求无比巨大。因此,我们需要有相应的技术去支持。

他指出,最近的数据需求类似90年代我们对手机的需求——那个时候手机从无到有,是一个爆发式、井喷式的增长。因此,我们对数据的技术支持也会是一个井喷式的增长。同时,无论是在国内市场上还是在全球市场上,数据需求都是如此。

从该公司的技术角度来说,无论是GaAs、InP、CMOS的平台,还是比较火的硅光平台,该公司都有技术支撑。同时,MACOM还有一些适应数据中心市场需求的特殊技术,例如针对于硅光激光器的端面刻蚀技术(EFT),针对硅光平台和激光的对准技术等等。

他表示,MACOM产品会集中在更好的支持高速率的应用上,像多通道100G或者单通道100G,包括以后200G、400G的产品上,该公司都会实现支持。

收购Applied Micro,市场增长50%,并获得PAM-4重要技术

去年底,MACOM收购了Applied Micro公司,从其获得了一项部署400G光网络的关键技术——PAM-4。MACOM高级市场总监马晓明(Tracy Ma)来自Applied Micro,她告诉记者,两家公司的并购是完全互补的。“Applied Micro的数模混合和PAM-4 DSP等产品有效扩展了MACOM的模拟和光电的业务。这一并购使MACOM的总市场增长了50%。同时更重要的是,这也使MACOM可以给客户提供一个更完整的解决方案。”马总监表示。

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有了Applied Micro的PAM-4 DSP芯片,MACOM就可以提供和优化对应整个光模块的器件。Applied Micro其他产品也都广泛应用到数据中心的交换机和路由器中。

“现在100G模块的解决方案基本是4路25G/28G NRZ解决方案,另外一种即将量产的是基于PAM-4的100G的解决方案。无论是这两个当中哪个解决方案,MACOM都可以提供‘从交换芯片到光纤’的解决方案。”马总表示。

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数据中心最关心的就是成本和功率。“功率在一定程度上也会间接影响运营成本。更重要的是,数据中心在基础设施上受到最大可提供功耗的限制,所以在增加容量时还要保持不增加功耗。”她强调,“在速率和容量不断升高的同时,每比特的成本和功率就一定要降低。数据中心大概每隔两年会升级一次,下一个重大转型就是从100G升级到400G。特别是在数据中心互联网络上,400G会从上往下开始渗入。”

现在100G的解决方案是4×25G的解决方案,而实现400G则需要每条线路上升到100G,因此除了成本和功耗,还要在技术上克服挑战。

PAM-4就是用来克服这些挑战。NRZ技术只能在一个符号上传一个比特;PAM-4是高阶的调制方式,一个符号可以传两个比特,马总介绍。PAM-4有效提高了传输容量,而它的信号速率没有成倍增加。因此,PAM-4就成为实现尤其是400G的一个必不可少的并具有很高成本效率的技术。

PAM-4每个符号可以传递两个比特,所以它能够有效降低传输速率,同时降低对带宽的要求。PAM-4的实现需要非常高性能的模拟电路。它要比NRZ高效,需要数字信号处理技术来解决。

因此,Applied Micro在其上研发了高性能的模拟电路和数字信号处理来面对这种数据中心挑战。

另外,现在100G是4×25G的CWDM4架构。她透露:“现在大家也听说我们一些竞争对手也出了PAM-4的产品,但它实际是两路的——把四路减到两路。因为它是多波长的应用,所以它需要进行光复用。”Applied Micro的产品是实现单波长的PAM-4解决方案。这样就把四路降到一路,而且不再需要光复用。因此,这对100G来说也降低了成本和功耗。

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EFT和SAEFT技术:让激光器可以以半导体的方式大批量生产

光波网络组件业务副总裁兼总经理Vivek Rajgarhia着重介绍了该公司激光器中的两个关键技术——EFT和SAEFT专利技术。MACOM激光器制作采用的是端面蚀刻技术(EFT)。采用这种技术,MACOM的激光器可以在晶圆的层面上实现测试和组装。

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传统的激光器生产采取的是划片镀膜的方式(CFT)。这种技术因为步骤相对复杂,所以不易实现大规模生产,而且成本也很难控制。

“端面蚀刻技术是在晶圆级别上把激光器的端面蚀刻好,并进行镀膜。这时在晶圆上就能看到一个个完整的激光器了。因此在整个晶圆上就可以实现每一个芯片的测试——这和传统的半导体工业上的芯片级测试道理一样。”Rajgarhia谈道。

采用这种方法,就可以实现大规模的激光器生产,有利于降低成本,而且也容易制作出更高性能的激光器。“正是因为采用了这种技术,MACOM作为通信用InP激光器的生产厂商,全球排名第一。”Rajgarhia说,“像接入网市场上的激光器的大规模需求,基本上一半以上市场是由MACOM在提供激光器。”现在,该公司正在把其在接入网市场上的成功经验借鉴到云通信的市场上。

同时,该公司还有硅光平台。MACOM现在同时具有了硅光平台和激光器技术。

Rajgarhia进一步表示,采用端面蚀刻技术,对端面控制非常好。“MACOM激光器芯片是在晶圆级上做测试,所以如果有良率上的损失,就可以极早发现,把损失控制住。相对来说,它在良率损失控制上比传统的工艺要更好一些。”Rajgarhia说。

硅光这个概念在数据中心上的应用非常火爆,但是硅光技术本身有一个很大的技术难点。“因为激光器采用的是InP技术,硅光是CMOS技术,如何把这两者有机地结合在一起,实现对准,这是业界的一个难题。”Rajgarhia指出。

“传统方法采用的是主动对准方式——把激光器打开,通过对准另一端看具体有多少功率进去。这实际上是一种成本比较高的封装方式。因为不打开激光器,就没有设备能对出光功率进行监控,从而知道耦合良率好坏。”他解释道。

MACOM的端面蚀刻技术和其硅光平台组合在一起可以实现一种自对准技术,即SAEFT。MACOM将这种产品称作L-PIC(L是激光器的意思,PIC是含激光器的硅光平台)。

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这种自对准是一种被动的对准方式,不需要把激光器打开。“MACOM因为能够刻蚀激光器,所以能在激光器的一端将其刻蚀成类似于中国传统建筑的榫卯结构,在另一端将其刻蚀成一个相对的结构。”MACOM公司首席应用工程师Erick Yang(杨石泉)解释说,“这个刻蚀是用半导体工艺进行的,它的精度是亚微米量级,非常准确。这两个结构配合在一起,就跟传统建筑工艺上的榫卯一样,准精度非常高,良率也非常高。”

“而传统的划片方式,其端面就像刀切一样是平的。拿两个平行结构相对齐,就不知道它的具体位置在哪里。因此,MACOM的自对准技术可以大大降低装配成本。”

另外,Rajgarhia透露,MACOM另一个最近在发表的创新性技术是其光学组件TOSA和ROSA。不像传统的TOSA、ROSA采取电路短版的组装方式,MACOM把这个TOSA、ROSA做成一个表面贴装的方式。这样其在组装的时候能够像IC一样贴装到电路板上,从而大大减小组装成本。

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