5G时代25G光模块将是一个产业的爆发力

随着光通信行业的发展和技术进步，带宽需求不断提升，通信设备制造商和通信运营商,将不断加大对,光通信网络和设备投入，从而带动光模块行业的发展。全球光模块市场保持稳定增长。根据咨询机构Ovum的数据，2015-2021年全球光通信市场规模呈现增长趋势。2017年，全球光通信市场规模达到101亿美元，并始终保持快速增长，预计都2020年市场规模达到166亿美元，预测的未来三年复合增长率达到18%。

光通信技术的发展离不开里程碑式的光电子器件技术突破，上世纪70年代，半导体激光器和低损耗光纤的出现开启光纤通信的大门，80年代的DFB激光器技术，90年代的掺铒光纤放大器(EDFA)技术，2000年的密集波分复用技术，2010年的相干通信技术都推动着光通信系统，按传输容量每十年翻1000倍的速度快速发展

那么，未来对于光模块产业而言会有怎样的发展特征?又呈现出怎样的发展趋势呢?亨通光网技术总监徐虎做了一番专业技术分析。

未来三年，光模块技术产业发展将呈现出高速率、集成化、大带宽、小尺寸、低功耗等几大特征。

(一)高速率

在不同的应用领域，光收发模块会兼顾性能与成本的方式，提升速率与容量。

1、在传送网领域

目前100Gb/s DP-QPSK技术已经成熟，并成为传送网主流;而新技术及应用也不仅聚焦于干线，逐渐向城域网下沉、延伸。未来几年，城域网和数据中心将是增长最快的细分市场。

在超100Gb/s方面，400Gb/s/1Tb/s技术发展平稳，编码级数、比特率进一步提升，调制码型多样化，除了最初的DP-QPSK、DP-8QAM和DP-16QAM之外，DP-32QAM和DP-64QAM等码型也逐渐加入竞争队列。目前看，多种码型并存的现状并没有改变，尚无绝对优势的传输码型。

2、在数据通信领域

随着带宽流量的爆发式增长，以太网接口速率发展速度远远超过了光电子器件物理带宽的发展速度，空分复用(PSM)、波分复用(CWDM、LAN-WDM、4WDM)、以及高阶调制(PAM-4)逐渐成为趋势。

目前，100Gb/s光模块主要采用QSFP28封装形式，400 Gb/s光收发模块的封装形式，由于实现难度大，而且不同厂商联盟的势均力敌，主要集中在OSFP 和 QSFP-DD两大多源协议上。

3、在光纤接入网领域

在无源光网络(PON)领域，技术路线大致分为GPON和EPON两类。随着FTTx的不断普及以及4K/8K视频、虚拟现实/增强现实等高带宽需求的业务应用不断兴起，用户对接入带宽的需求不断提高。

4、在4G/5G承载网领域

不同于以前3G 和 4G移动通信，5G移动通信技术不仅仅是升级换代，更是未来数字世界的驱动平台和物联网发展的基础设施，将真正创建一个全联接的新世界。为了适应大带宽、低时延和海量连接业务，对5G承载网在带宽、容量、时延和组网灵活性方面提出了新的需求。5G承载网架构分为前传、中传、回传三部分。

5G回传网络中，核心层与汇聚层线路侧带宽范围在100Gb/s~600Gb/s之间。面向5G接入层设备客户接口需10GbE/25GbE，网络接口带宽大于25Gb/s。5G中传网络中，传输带宽接近回传网络要求。5G前传网络中，采用eCPRI接口，带宽在25Gb/s以内。

以一个大型城域网为例，5G 基站数量 12000 个，带宽收敛比取 6:1。核心层的带宽需求在初期就将超过 6Tb/s，成熟期将超过 17Tb/s。因此，在 5G 传送承载网的接入、 汇聚层需要引入 25Gb/s、50Gb/s 速率接口， 而核心层则需要引入 100Gb/s 及以上速率的接口。

(二)集成化

为了满足市场对低功耗、低成本、高密度和高可靠性的需求，学术界、产业界加大了对光子集成、光电集成与硅基光子集成技术工艺的关注与投入。光电子器件、模块供应商通过集成可以降低封装、耦合等制造成本;运营商用户可以通过集成降低设备功耗、机房占用面积、以及系统开通等运营成本。

目前国内的研发单位有中科院半导体所、微电子所、华为、光迅、上海信及等机构和企业，技术研究和产业化上与国外还存在较大差距。光子集成器件位于光电子器件产业中的顶部，是整个光通信产业发展的核心部分，我们应抓住这一技术变革契机，布局人才储备，注重基础工艺平台建设与技术积累，推进光子集成核心技术的研发与突破，从而大幅度提升我国光电子器件国产化水平和创新能力。

(三)大宽带

提供更优的信道资源是提供光通信容量的主要技术手段之一。超低损耗大有效面积光纤的产业化，多芯、少模光纤通信技术的学术研究都是近些年的热点，在光电子器件领域，也在围绕优化光纤传输性能不断优化光放大器、光纤连接器与光背板等。

(四)小尺寸

更小的光器件、模块尺寸有助于系统设备商缩小整机尺寸、提高面板的带宽密度，有利于运营商用户减少机房占用面积，节约运维经费等。

以光收发模块为例，从早期的1x9、GBIC、SFP，Xenpak、X2，到现在XFP、SFP+、SFP28、QSFP+、QSFP28以及CFPx系列，可以明显看出，模块的封装尺寸逐渐变小。相同速率封装变小，或是同样封装速率提升。目前，线路侧100GGb/s相干光模块已经从最初的5吋x7吋固定安装方式，向4吋x 5吋，进一步向CFP-DCO、CFP2-ACO封装形式及更低功耗演进。400Gb/s相干光收发模块的封装形式可能是CFP8-ACO、CFP2-DCO、OSFP或 QSFP-DD，参加下图。其中QSFP-DD的尺寸最为紧凑。客户端光模块从CFP封装形式向尺寸、功耗更小的CFP2形式切换，随着数据通信产业链的快速发展，未来客户侧封装形式会与数通模块逐渐统一，如QSFP28，或者400Gb/s OSFP、QSFP-DD封装形式。

模块发展趋势

随着人们对信息处理的需求不断增大，网络承载的数据流量不断攀升。根据Cisco和爱立信公司预测，全球互联网流量将从2016年每月80EB 增长到2022年 240EB，其中，无线移动流量的年复合增长率达到45%。

互联网流量必然带来光网络带宽需求的增长。根据Lightcounting公司测算模型，互联网流量的增长速率与光通信网络带宽的增长保持一致。

因此，未来光电子器件市场依然向好。咨询公司Ovum给出了2018-2021年光器件市场预测。其中数据通信市场需求的CAGR增长率最高，超过18%，2021年预计达到60.96亿美金，电信传输网市场需求CAGR增长率超过12%，2021年达到91.36亿美金。主要光电子器件的行业发展数据如下：

(一)电信传输网光收发模块

以DWDM(密集波分复用)线路侧光器件作为代表，与光网络系统发展趋势相同，100Gb/s光模块保持着最大的产业规模，2017年突破30亿美金，并稳定增长，200Gb/s光模块增长幅度最大，并将在2018年超过10Gb/s DWDM模块市场。

图2：DWDM线路侧不同速率光器件收入规模预测

(二)数据通信光收发模块

根据Cisco预测的超大规模数据中心数量增长情况，从2017年到2020年，全球将新增188个超大型数据中心，假设以每个数据中心20万平方英尺的规模计算(参照AWS全球30+个数据中心，总面积规模约为670万平方英尺)，则所需100Gb/s光收发模块将达近一亿只。而且，数据通信产品迭代速度快于传统光传输网络产品(亚马逊、谷歌和微软都曾表示他们计划三年左右升级一次光连接产品)，对高速光电器件/光收发模块的需求更加急迫。下图是咨询机构Lightcounting给出的数据通信光收发模块的发货情况(包括历史和预测数据)。其中100Gb/s数通光模块从2017年开始发货量增长迅速，与之相伴随的是40Gb/s的光模块发货量增长放缓并开始呈下降趋势。

图3：数据通信光收发模块数量增长预测

(三)PON光收发模块

到2017年中旬，全国光纤接入用户达2.28亿户，这其中绝大多数为GPON和EPON接入方式。而随着用户数据量的增加，用户体验要求的提升，高清电视，VR等应用的兴起，传统GPON和EPON网络已经难以满足需求。目前10G PON技术已经成熟，成本在逐渐降低，10G PON将成为接入网主流，预计2017～2022年10G PON的年平均增长率将达到 27%，并逐渐全面取代传统GPON和EPON。

(四)无线前传光收发模块

5G时代即将到来，预计到2022年，各运营商的5G网络将进入大规模建设的高峰期。基站天线从2*2MIMO向4*4MIMO升级，推动了基站光模块从以6Gbps/10Gbps为主向以10Gbps/25Gbps/50Gbps为主升级。根据Lightcounting数据，2017年之后无线前传市场需求逐年增大，且25Gb/s速率光收发模块需求量快速上升，到2022年细分市场规模超过7.1亿美金，其中以10Gb/s和25Gb/s速率为主。

图4：无线前传的光模块销售预测

总体上，全球光收发模块市场占据着光电子器件中的最大份额，而且根据Ovum数据，光收发模块市场规模仍将快速增长，预计到2022年增至110亿美元。25G光模块产业链应用逐步替代10G光模块成为主流，数据中心、无线网、接入网、传输网对25G光收发模块形成了需求合力，将是一个产业的爆发力。