網路內容供應商領航帶動光學系統市場需求攀升，加上矽光學與板上光學系統的技術標準化影響，預估今年100G收發器出貨量將大幅成長；頻寬更高的400G解決方案，也已蓄勢待發，將在今年內上市。
網路內容供應商(Internet Content Provider, ICP)為求擴張雲端及數位服務，對於頻寬的需求越來越高。這樣的需求即將獲得滿足，數家供應商將在2016年開始出貨100G收發器，有助於網路內容供應商提升資料中心之間與內部的連網品質。但終端用戶的胃口可不會就此打住，元件廠商預計也將在2016年開始推出400G的零件。
雖然光學元件市場充斥無數大好機會，但由於利潤極低，加上市場過於飽和，競爭激烈，此產業仍處於動盪狀態，預計到了2016年仍舊無法改善。
有鑑於此，各廠商皆開始尋求替代架構及商業模式。矽光學相關產品的利潤成長以及板上光學系統(On-board Optics)的標準化，是兩塊相當值得關注的領域，對於改善光學元件供應商的收益，將能夠帶來相當正面影響。
2016年100G收發器大量出貨
100G收發器自2011年開始出貨，但針對高收益所量身打造的產品才剛面世；數間供應商將在2016年開始大量出貨。目前已有業者的100G收發器擴大出貨量。圖1是Ovum針對100G模組市場的營收預測，以及數據通訊(Datacom)、都會網路的高密度分波多工(Dense Wave Division Multiplexing, DWDM)和廣域網路(Wide Area Networks, WANs)客戶端此三塊領域的年出貨量估算。都會網路DWDM以及WAN端的營收已略有成長，但數據通訊才是近期不可錯失的大好機會。
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| 圖1 2015年數據通訊與都會網路100G收發器和廣域網、都會網路客戶端的營收預測 |
數據通訊高速收發器的市場由網路內容供應商(ICP)主導，他們建造資料中心存放數十萬台伺服器，與25G和100G介面開關相連，像是博通(Broadcom)、Mellanox與Cavium等廠商現在皆已提供此介面開關。此外，網路內容供應商網路在每個資料中心也需要數十萬個收發器。
超大型資料中心更進一步刺激單模與多模收發器的需求，此領域大部分的營收來自於支援500公尺到2公里距離的收發器。但供應商主要面對的挑戰，在於500公尺到2公里收發器之中光學系統的多元選擇，而這也會進一步驅動產品多樣化(Product Fragmentation)發展。
滿足低功耗/低成本 CFP2-ACO需求大增
都會網路數據段(Network Segment)對於低成本、低功耗介面的需求極為關鍵，CFP2類比同調光學模組(CFP2–Analog Coherent Optical, ACO)介面便是滿足這項需求的誘人解決方案之一，也因此眾多廠商皆規劃在2016年開始出貨。CFP2-ACO的設計包含了傳輸所需的光學系統，而數位訊號處理器等重要電子系統則置於印刷電路板上。
都會網路網路市場中的各式解決方案一般而言會不斷提升效能，最終進入長程應用的範圍，是此市場目前最主流的發展趨勢。圖1顯示都會網路與長程應用收發器可望帶來的預期營收，預估在2020年整體市場可望達到10億美元。雖然CFP2-ACO才剛進入市場，但前景相當值得期待。
Oclaro與富士通光學元件(Fujitsu Optical Components)目前皆已開始出貨CFP2-ACO設備。Ovum預期未來還會有更多廠商加入，但產品數量的成長速度並不會太快。
CFP2-ACO也具備進軍資料中心互連市場的理想條件。由於某些資料中心間的距離很短，加上需求規模可觀，未來供應商可能還是得開發出全新的收發器解決方案，才有助於此應用市場的長期發展。但就短期來看，CFP2-ACO還是資料中心互連最理想的入門設備。
廣域網路中的客戶端設備互連已為100G插入式收發器帶來不少營收。此塊市場從CFP的外型架構(Form Factor)開始發展，隨後CFP2與CFP4也加入行列，尺寸分別只有原先CFP的一半和四分之一。原先收發器設計的距離僅有10公里，因此WAN客戶端設備的價格偏高，雖然需求沒有中斷，但其他領域的需求量相較之下更大。
光子積體助攻 100G矽光子學迎商機
光子積體(Photonic Integration)有助於滿足低成本、低功耗、小尺寸等條件，也因此對於100G收發器的需求能為矽光技術供應商帶來絕佳機會。眾供應商已利用此項新技術研發出供資料中心內部連網以及長程同調傳輸(Coherent Transmission)使用之產品。
矽光子學仍處於早期發展階段，但對研發光學產品來說，是相當理想的入門技術。現有的矽晶圓代工廠能協助打造出多種光學功能，設備廠商也因此有機會能設計與生產自家的光學元件，可望大大降低進入市場的門檻。
接下來五年，以矽光子學為基礎的100G客戶端光學系統將可望帶來13億美元的營收，但其中只有33%能進入收發器貿易商的口袋，當考慮到這點時，收發器廠商自行生產光學元件的理由便顯得更加明確。
儘管如此，圖2顯示100G所帶來的營收已足以對商用矽光技術研發商產生不小幫助。此外，400G需要更高程度的整合，對於矽光技術供應商來說更是不可錯失的良機。
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| 圖2 2020年100G收發器與矽光子學的總體收入 |
2016年400G收發器登場
在廣域電信(Telecom)與數據通訊(Datacom)市場中，400G的初次登場將會是2016最值得期待的發展。電信方面的發展稍微超前，已開始有產品出貨，其它有助於電信與數據通訊改善成本、效能與複雜性的新產品也將會接著推出。由電子技術支援的光學系統也運用在此兩大市場中，對於具備電子長處的光學技術廠商來說是一大優勢。
過去10G技術運用開關鍵控(On-off-keying)資料編碼機制，為光波長或光訊號上的資料編碼。而因為符號率(Symbol Rate)是最主要的手段，若要追求更高的資料速率，便需要更快的電子系統(圖3)。
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| 圖3 符號率與光學位元率間的換算關係 |
在100G光通訊，電信與數據通訊採用不同的調變方式(圖4)。電信使用雙極化四相相移鍵控光傳輸訊號(Dual Polarization-Quadrature Phase Shift Keying, DP-QPSK)。符號率只有25Gbaud，但每個符號有四個位元，包括兩個極化(Polarization)狀態，以及極化狀態中的兩個相位(Phase)。電子系統在接收器端運用數位訊號處理，從累積的耗損中還原訊號。
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| 圖4 主流光通訊調變方式 |
數據通訊採用使用25Gbaud的兩種不同方案：一種使用四個波長(CWDM4、100GBase-LR4、CLR4、OpenOptics)，另一種則使用單一波長搭配四條傳輸通道(Lane)或光纖(100GBase-SR4與PSM4)。
數據通訊400G客戶模組即將面世
在國際電機電子工程師學會(IEEE)決定針對500公尺、2,000公尺以及10公里的4階脈衝振幅調變(Pulse-Amplitude Modulation Four-level, PAM4)技術進行標準化之際，數據通訊市場選擇了電子輔助之光學系統。圖5繪出根據不同距離所研發的技術選擇。
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| 圖5 400G數據通訊標準的傳輸距離比較 |
在電信方面，減少數據通訊中的光學部件數量，並藉此壓低成本一直都是目標之一。使用50Gbaud實現400G傳輸是最終目標，因為只需使用包括雷射和接收器的四條光學通道。
前板密度問題可望解決
每當資料速率升級時，必然會面臨以下問題：如何在機架(Rack Unit, RU)上安裝最多收發器，而400G當然也不例外。在10G之下，48SFP+的收發器能安置在單機架設備的前板上，提供480Gbit/s的速度。但CFP，也就是100G首個收發器外型架構，僅能提供400G聚合密度(Aggregate Density)(圖6)。所以儘管每列的頻寬皆能以十倍數增加，設備容量卻不增反減，顯然是無法接受的狀況。
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| 圖6 前板密度的各種因素形式 |
現在機架市場的主流規格已轉型到QSFP28，能為3.2Tbit/s機架聚合頻寬提供目前最高32個埠口的密度。在100G技術推出後五年，前板密度才終於提升到這個水準。
400G發展已經起步，預計也會經歷100G初引入時所面臨的相同情況。目前CFP8被認為是400G最有希望的候選技術，但只能提供4.8Tbit/s，或是100G的1.5倍頻寬，而每列的頻寬能以四倍數成長。由此看來，業界還需再加把勁。
機板貼裝光學系統進軍市場
微軟(Microsoft)和思科(Cisco)正透過機板貼裝光學系統集團(Consortium for Board Mounted Optics, COBO)推動機板貼裝光學系統的標準化，也有超過五十個產業代表表達參與意願，預計標準化流程將會在2016年有明顯進展。
此架構目標在於將收發器從前板移除，並將光學系統置入印刷電路板。此舉可帶來以下優勢：
此架構的缺點之一在於，對於終端用戶來說這並非按需付費(Pay-as-you-grow)的服務。若是光學系統有任何缺失，整塊機板可能都需要淘汰，成本代價不低，需要更妥善的計畫以及可靠度才能突破此限制。2016年預期將能見到COBO標準化的長足進展。
(本文作者為Ovum通訊零組件業務負責人)