โมดูลออปติคัลทำงานในอุปกรณ์ส่งสัญญาณ

 

โมดูลออปติคัลในอุปกรณ์ส่งสัญญาณจะแปลงสัญญาณไฟฟ้าเป็นสัญญาณออปติคัลสำหรับการส่งข้อมูลผ่านสายเคเบิลใยแก้วนำแสง จากนั้นแปลงสัญญาณกลับไปเป็นสัญญาณไฟฟ้าที่ปลายรับสัญญาณ เครื่องรับส่งสัญญาณแบบเสียบปลั๊กได้-เหล่านี้จัดการการสื่อสารแบบสองทิศทางผ่านส่วนประกอบภายในเฉพาะที่เรียกว่า TOSA และ ROSA

 

 

สถาปัตยกรรมหลักของโมดูลออปติคอล

 

ในระดับฮาร์ดแวร์ โมดูลออปติคัลประกอบด้วยระบบย่อยหลักสามระบบที่ทำงานพร้อมกัน ชุดประกอบย่อย-ออปติคัลของเครื่องส่งสัญญาณ (TOSA) เป็นที่เก็บเลเซอร์ไดโอดที่สร้างพัลส์แสงแบบมอดูเลตที่สอดคล้องกับข้อมูลไบนารี ชุดประกอบย่อย-แสงของตัวรับ (ROSA) มีตัวตรวจจับแสงที่จะแปลงสัญญาณแสงที่เข้ามากลับไปเป็นกระแสไฟฟ้า ระหว่างส่วนประกอบเหล่านี้จะมีแผงวงจร PCBA ซึ่งทำหน้าที่จัดการการประมวลผลสัญญาณ เวลา และการควบคุมพลังงานอัตโนมัติ

เลเซอร์ไดโอดภายใน TOSA ทำงานบนหลักการเกณฑ์ขั้นต่ำ- โดยจะปล่อยแสงเฉพาะเมื่อกระแสไปข้างหน้าเกินค่าเกณฑ์ที่กำหนด (Ith) โมดูลสมัยใหม่ใช้ไดโอดเลเซอร์แบบป้อนกลับแบบกระจาย (DFB-LD) แทนที่จะเป็นประเภท Fabry-Pérot รุ่นเก่า เนื่องจากเลเซอร์ DFB ผลิตสเปกตรัมความยาวคลื่นแคบ โดยทั่วไปจะมีศูนย์กลางที่ 1310 นาโนเมตรสำหรับอัปสตรีมหรือ 1490 นาโนเมตรสำหรับการส่งแบบดาวน์สตรีม วงจรควบคุมกำลังอัตโนมัติจะตรวจสอบเอาต์พุตผ่านโฟโตไดโอด และปรับกระแสของไดรฟ์เพื่อรักษาระดับพลังงานแสงที่สม่ำเสมอ ซึ่งโดยทั่วไปจะวัดในหน่วย dBm

ในด้านรับ ROSA ใช้โฟโตไดโอด PIN หรือโฟโตไดโอดถล่ม (APD) ที่จับคู่กับเครื่องขยายสัญญาณทรานส์อิมพีแดนซ์ (TIA) ไดโอด PIN ทำงานที่แรงดันไฟฟ้าต่ำกว่าและราคาถูกกว่า ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานในระยะสั้น- ตัวรับ APD สร้างอิเล็กตรอนต่อโฟตอนมากขึ้น ทำให้ได้รับอัตราความไวที่สูงขึ้น- ซึ่งเป็นกำลังแสงขั้นต่ำที่จำเป็นในการรักษาอัตราความผิดพลาดบิตที่ยอมรับได้ TIA จะแปลงโฟโตปัจจุบันที่อ่อนแอให้เป็นสัญญาณแรงดันไฟฟ้าทันที ซึ่งขั้นตอนของแอมพลิฟายเออร์ในเวลาต่อมาจะปรับรูปร่างใหม่และทำให้เท่ากันก่อนที่จะส่งต่อไปยังอุปกรณ์เครือข่าย

 

กลไกการแปลงสัญญาณ

 

กระบวนการแปลงโฟโตอิเล็กทริคเกิดขึ้นในหน่วยนาโนวินาที เมื่ออุปกรณ์เครือข่ายส่งข้อมูลไฟฟ้าไปยังโมดูล ชิปไดรเวอร์ของ PCBA จะประมวลผลสัญญาณและปรับเลเซอร์ไดโอดที่อัตราตั้งแต่ 1.25 Gbps ถึง 800 Gbps ขึ้นอยู่กับข้อกำหนดเฉพาะของโมดูล เลเซอร์แปลงความผันผวนของแรงดันไฟฟ้าเป็นพัลส์แสงเปิด-ปิดอย่างรวดเร็ว- ระดับสัญญาณสูงแสดงถึงเลขฐานสอง 1 ระดับต่ำแสดงถึง 0 ในการเข้ารหัส NRZ แบบดั้งเดิม

พัลส์แสงเหล่านี้เดินทางผ่านสายเคเบิลไฟเบอร์ออปติกโดยมีการลดทอนน้อยที่สุดเนื่องจากคุณสมบัติการหักเหของแกนแก้ว ไฟเบอร์โหมดเดี่ยว-ที่ทำงานที่ความยาวคลื่น 1550 นาโนเมตรมีการสูญเสียน้อยที่สุด ประมาณ 0.2 เดซิเบลต่อกิโลเมตร ทำให้สัญญาณเดินทางได้ 40-80 กม. โดยไม่ต้องขยายสัญญาณ มัลติไฟเบอร์ไฟเบอร์ที่ความยาวคลื่น 850 นาโนเมตรรองรับแบนด์วิดท์ที่สูงขึ้นในระยะทางที่สั้นกว่า โดยทั่วไปคือ 100-300 เมตร เนื่องจากแกนกลางที่กว้างกว่าช่วยให้มีเส้นทางแสงได้หลายเส้นทาง ซึ่งในที่สุดจะทำให้เกิดการกระจายตัวของโมดอล

ที่จุดหมายปลายทาง เครื่องตรวจจับแสงของ ROSA จับโฟตอนและปล่อยอิเล็กตรอนตามสัดส่วนของพลังงานแสงที่ได้รับ ข้อกำหนดความไว-แสดงเป็นค่า dBm ลบ เช่น -18dBm บ่งบอกว่าสัญญาณอ่อนแค่ไหนที่เครื่องรับยังสามารถถอดรหัสได้ ความไวที่ดีขึ้นช่วยให้ระยะการส่งข้อมูลยาวขึ้น หลังจากการแปลงโฟโตปัจจุบัน วงจรการตัดสินใจจะเปรียบเทียบระดับแรงดันไฟฟ้ากับเกณฑ์เพื่อสร้างสัญญาณดิจิตอลที่สะอาดขึ้นใหม่ เพื่อชดเชยสัญญาณรบกวนที่สะสมระหว่างการส่งสัญญาณ

 

มัลติเพล็กซ์แบบแบ่งความยาวคลื่น

 

โมดูลออปติคัลสมัยใหม่จะเพิ่มความจุของไฟเบอร์ด้วยการแบ่งมัลติเพล็กซ์ความยาวคลื่น (WDM) โดยที่ช่องข้อมูลหลายช่องอยู่ร่วมกันบนความถี่ออปติคอลที่ต่างกัน โมดูล Coarse WDM (CWDM) แยกช่องสัญญาณ 20 นาโนเมตรในสเปกตรัม 1270-1610 นาโนเมตร รองรับความยาวคลื่น 8-18 ต่อไฟเบอร์ โมดูล Dense WDM (DWDM) บรรจุช่องสัญญาณห่างกันเพียง 0.4-0.8 นาโนเมตรในแถบ C-band (1530-1565 นาโนเมตร) ทำให้สามารถรับสัญญาณได้ 40-96 ช่องบนเส้นเดียว

โมดูล BiDi (แบบสองทิศทาง) แสดงถึงการประยุกต์ใช้หลักการ WDM อันงดงาม ด้วยการใช้ความยาวคลื่นที่แตกต่างกันสำหรับฟังก์ชันการส่งและรับ-คู่ปกติ 1310nm/1550nm หรือ 1270nm/1330nm-โมดูล BiDi บรรลุการสื่อสารดูเพล็กซ์เต็มรูปแบบ-บนเส้นใยเดียวแทนที่จะเป็นสองเส้น ตัวกรอง WDM ภายในจะแยกความยาวคลื่น: ตัวกรองไดโครอิก 45- องศาสะท้อนความยาวคลื่นที่ส่งไปยังไฟเบอร์ ขณะเดียวกันก็ส่งความยาวคลื่นรับไปยังเครื่องตรวจจับแสง การออกแบบ BOSA (Bi-Directional Optical Sub{-Assembly) นี้ช่วยลดต้นทุนโครงสร้างพื้นฐานของไฟเบอร์ลงครึ่งหนึ่ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งมีประโยชน์สำหรับการปรับใช้ไฟเบอร์-ไปยัง-ที่บ้าน

ออพติคัลมัลติเพล็กเซอร์ที่ปลายส่งสัญญาณจะรวมช่องสัญญาณความยาวคลื่นหลายช่องเข้าด้วยกันโดยใช้ตัวกรองฟิล์มบาง-หรือตะแกรงท่อนำคลื่นแบบอาร์เรย์ ที่ฝั่งรับ อุปกรณ์แยกส่งสัญญาณจะแยกสัญญาณคอมโพสิตกลับไปเป็นช่วงความยาวคลื่นแต่ละช่วง โดยนำแต่ละสัญญาณไปยังเครื่องตรวจจับแสงที่แยกจากกัน สถาปัตยกรรมนี้ปรับขนาดแบนด์วิดท์โดยไม่ต้องเรียกใช้ไฟเบอร์เพิ่มเติม-โมดูล 100G QSFP28 จริงๆ แล้วส่งช่องสัญญาณ 25G สี่ช่องในแบบคู่ขนาน ไม่ว่าจะข้ามสี่เส้นใยแยกกันหรือสี่ความยาวคลื่นบนไฟเบอร์เส้นเดียว

 

 

ฟอร์มแฟคเตอร์และมาตรฐานอินเทอร์เฟซ

 

บรรจุภัณฑ์ทางกายภาพจะกำหนดวิธีที่โมดูลเชื่อมต่อกับอุปกรณ์ส่งสัญญาณ มาตรฐาน Small Form-factor Pluggable (SFP) ที่พัฒนาผ่านข้อตกลงหลาย-แหล่งที่มา มีขนาดประมาณ 13 มม. × 8.5 มม. และรองรับอัตราตั้งแต่ 100 Mbps ถึง 10 Gbps โมดูล SFP28 ใช้ขนาดที่เหมือนกัน แต่รองรับ 25 Gbps ผ่านอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และออปติกที่ได้รับการปรับปรุง โมดูลเหล่านี้เสียบเข้ากับ-แผงแผงด้านหน้าที่มีขั้วต่อไฟเบอร์ LC ทำให้สามารถ-สับเปลี่ยนได้โดยไม่ต้องปิดอุปกรณ์โฮสต์

เพื่อความเร็วที่สูงกว่า แพคเกจ QSFP (Quad Small Form-factor Pluggable) มีช่องสัญญาณอิสระสี่ช่องในพื้นที่ขนาดใหญ่กว่าเล็กน้อย QSFP+ จัดการ 40G ผ่านเลน 4×10G ในขณะที่ QSFP28 บรรลุ 100G โดยใช้เลน 4×25G มาตรฐาน QSFP-DD (ความหนาแน่นสองเท่า) เพิ่มช่องทางไฟฟ้าเป็นสองเท่าเป็นแปดช่อง รองรับ 400G พร้อมการส่งสัญญาณ PAM4 8×50G แต่ละเจเนอเรชั่นจะรักษาความเข้ากันได้แบบย้อนหลังในซ็อคเก็ตเดียวกัน แม้ว่าจะใช้ความเร็วต่ำกว่าก็ตาม

โมดูล CFP (Centum form-factor Pluggable) กำหนดเป้าหมาย-โทรคมนาคมระยะไกลมากกว่าศูนย์ข้อมูล CFP ดั้งเดิมรองรับ 100G โดยใช้เลนไฟฟ้า 10×10G แต่รุ่น CFP2 และ CFP4 ต่อมาได้ลดขนาดบรรจุภัณฑ์ลงเหลือครึ่งหนึ่งและสี่ตามลำดับ OSFP (Octal Small Form-factor Pluggable) เกิดขึ้นสำหรับแอปพลิเคชัน 400G-800G ที่ต้องการพลังงานส่วนเกินมากกว่าที่ QSFP-DD มีให้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานซิลิคอนโฟโตนิก

อินเทอร์เฟซทางไฟฟ้าระหว่างโมดูลและบอร์ดโฮสต์พัฒนาจากการส่งสัญญาณ NRZ แบบธรรมดาไปจนถึงโปรโตคอลที่ซับซ้อน ข้อมูลจำเพาะของอินเทอร์เฟซทางไฟฟ้าทั่วไป (CEI) จะกำหนดพารามิเตอร์ทางไฟฟ้า เช่น การสวิงของแรงดันไฟฟ้า อิมพีแดนซ์ และความทนทานต่อความกระวนกระวายใจ โมดูล 400G สมัยใหม่ใช้การเข้ารหัส PAM4 (การมอดูเลตแอมพลิจูดพัลส์ระดับ 4-) ​​โดยที่แต่ละสัญลักษณ์มี 2 บิตแทนที่จะเป็น 1 ซึ่งเพิ่มปริมาณงานเป็นสองเท่าโดยไม่เพิ่มอัตรารับส่งข้อมูล โดยทั่วไปการเชื่อมต่อไฟฟ้าจะใช้ช่องทางอนุกรมความเร็วสูงที่ 25 Gbps หรือ 50 Gbps ซึ่งตรงกับความสามารถของ ASIC ของสวิตช์โฮสต์

 

บูรณาการอุปกรณ์ส่งกำลัง

 

โมดูลออปติคอลอาศัยอยู่หลายตำแหน่งภายในเครือข่ายการส่งสัญญาณ ในสวิตช์แร็คระดับบนสุด-ของ-ศูนย์ข้อมูล โมดูล 25G SFP28 เชื่อมต่อเซิร์ฟเวอร์เพื่อสลับแฟบริค จัดการการรับส่งข้อมูลตะวันออก-ตะวันตกระหว่างโหนดประมวลผล ที่ชั้นกระดูกสันหลัง โมดูล 100G QSFP28 หรือ 400G QSFP-DD จะรวบรวมอัปลิงก์ สำหรับการเชื่อมต่อระหว่างศูนย์ข้อมูลซึ่งครอบคลุมระยะทาง 2-80 กม. โมดูลแบบเสียบได้ที่สอดคล้องกัน เช่น 400ZR จะใช้รูปแบบการปรับขั้นสูงและการประมวลผลสัญญาณดิจิทัลเพื่อเพิ่มความจุไฟเบอร์ให้สูงสุด

อุปกรณ์โทรคมนาคมปรับใช้โมดูลออปติคัลทั่วทั้งส่วนการเข้าถึง รถไฟใต้ดิน และระยะไกล- ในเครือข่าย 5G fronthaul โมดูล 25G CWDM เชื่อมต่อหน่วยวิทยุระยะไกลกับยูนิตพูลแบบกระจาย ซึ่งมักจะทำงานในสภาพแวดล้อมกลางแจ้งที่รุนแรงโดยมีพิกัดอุณหภูมิที่ขยาย (-40 องศาถึง +85 องศา ) เครือข่ายเมโทรใช้โมดูล DWDM เพื่อสร้างออปติคัลเมชที่ยืดหยุ่น โดยที่การเพิ่ม-ดรอปมัลติเพล็กเซอร์ (ROADM) ที่กำหนดค่าใหม่ได้จะกำหนดเส้นทางความยาวคลื่นแบบไดนามิกตามความต้องการของการรับส่งข้อมูล ระบบขนส่งทางไกล-ผสมผสานโมดูลเชื่อมโยงกันกำลังสูงเข้ากับเครื่องขยายสัญญาณแบบออปติคัลที่เว้นระยะห่างทุกๆ 80-100 กม. เพื่อเอาชนะการสูญเสียไฟเบอร์

การติดตั้งทางกายภาพต้องได้รับความเอาใจใส่อย่างระมัดระวังต่องบประมาณด้านพลังงานแสง จุดเชื่อมต่อแต่ละจุด-การประกบไฟเบอร์ แผงแพทช์ ตัวเชื่อมต่อ-ทำให้เกิดการสูญเสียการแทรก โดยทั่วไปคือ 0.3-0.5 dB การคำนวณงบประมาณลิงก์จะลบการสูญเสียทั้งหมดออกจากกำลังส่งเพื่อตรวจสอบว่ากำลังรับนั้นเกินความไวด้วยระยะขอบที่เพียงพอ โดยปกติคือ 3-5 dB เกินข้อกำหนดโอเวอร์โหลดของเครื่องรับ นั่นคือกำลังแสงสูงสุดก่อนความอิ่มตัว อาจทำให้เกิดข้อผิดพลาดบิตได้ ดังนั้นอาจจำเป็นต้องใช้ตัวลดทอนแสงแบบแปรผันในการเชื่อมต่อแบบสั้นกับตัวส่งสัญญาณที่ทรงพลัง

 

เทคนิคการปรับขั้นสูง

 

เพื่อผลักดันให้เกิน 100G ต่อความยาวคลื่น โมดูลออปติคอลจึงใช้รูปแบบการมอดูเลตที่ซับซ้อน การเปิด-การปิดคีย์ (OOK) แบบดั้งเดิมจะเข้ารหัสข้อมูลว่ามีหรือไม่มีแสง เฟสดิฟเฟอเรนเชียล-shift keying (DPSK) เข้ารหัสข้อมูลในเฟสออปติคัล ซึ่งต้องใช้การตรวจจับอินเทอร์เฟอโรเมตริก แต่มีความไวดีกว่า 3 dB เฟสการสร้างพื้นที่สี่เหลี่ยมจัตุรัส-shift keying (QPSK) ใช้สถานะสี่เฟสเพื่อส่ง 2 บิตต่อสัญลักษณ์

การตรวจจับที่สอดคล้องกันปฏิวัติการส่งข้อมูลระยะไกล-โดยการตรวจจับทั้งแอมพลิจูดและเฟสของสนามแสง เลเซอร์ออสซิลเลเตอร์เฉพาะที่ผสมกับสัญญาณที่ได้รับ และตัวตรวจจับแสงที่สมดุลจะแยกออกมาใน-ส่วนประกอบเฟสและสี่เหลี่ยมจัตุรัส จากนั้นตัวประมวลผลสัญญาณดิจิทัลจะใช้อัลกอริธึมการปรับสมดุลเพื่อชดเชยการกระจายตัวของสีและการกระจายของโหมดโพลาไรเซชันที่สะสมเป็นระยะทางหลายร้อยกิโลเมตร โมดูลเชื่อมโยงกัน 400G สมัยใหม่ใช้การมอดูเลต 16QAM หรือ 64QAM ซึ่งบรรจุ 4-6 บิตต่อสัญลักษณ์ในสถานะโพลาไรซ์แบบคู่

การก้าวกระโดดไปสู่โมดูล 800G และ 1.6 Tbps ในปี 2024-2025 ผสมผสานความก้าวหน้าหลายประการเข้าด้วยกัน การรวมซิลิคอนโฟโตนิกส์ช่วยลดจำนวนส่วนประกอบโดยการสร้างเลเซอร์ โมดูเลเตอร์ และตัวตรวจจับบนชิปตัวเดียว Linear Pluggable Optics (LPO) ขจัดพลังงาน-ตัวจับเวลา DSP ที่หิวโหยจากโมดูล-การเข้าถึงที่สั้น ซึ่งลดการใช้พลังงานจาก 15W เหลือ 6W Co-Packaged Optics (CPO) วางกลไกออพติคัลไว้บนสวิตช์ ASIC โดยตรง ซึ่งช่วยลดปัญหาคอขวดของ SerDes ทางไฟฟ้า โมดูล 1.6T เริ่มต้นที่เข้าสู่การผลิตใช้เลน 8×200G พร้อมสัญญาณไฟฟ้า PAM4 106 Gbps

 

ข้อมูลจำเพาะด้านประสิทธิภาพและการทดสอบ

 

เอกสารข้อมูลโมดูลระบุพารามิเตอร์ที่สำคัญหลายประการ กำลังแสงเอาท์พุตที่วัดเป็น dBm หรือ mW บ่งบอกถึงความแรงในการส่ง-ค่าโดยทั่วไปอยู่ในช่วงตั้งแต่ -10dBm ถึง +4dBm ขึ้นอยู่กับข้อกำหนดในการเข้าถึง อัตราส่วนการสูญเสียจะเปรียบเทียบความแตกต่างของพลังงานแสงระหว่างสถานะไบนารี 1 และ 0 อัตราส่วนที่สูงกว่า 8.5 dB ช่วยให้มั่นใจได้ถึงความแตกต่างของสัญญาณที่ชัดเจน ความไวของตัวรับจะกำหนดกำลังอินพุตขั้นต่ำสำหรับอัตราข้อผิดพลาดบิตที่ระบุ โดยทั่วไปคือข้อผิดพลาด 1×10⁻¹² ต่อบิต

ความแม่นยำของความยาวคลื่นในการใช้งานมีความสำคัญในระบบ WDM โดยที่ช่องสัญญาณต้องจัดเรียงภายใน ±0.1 นาโนเมตรของความถี่กลาง ความทนทานต่อการกระจายตัวของสี-วัดเป็น ps/nm-บ่งชี้ว่าความยาวคลื่น-รูปแบบการหน่วงเวลาขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นที่โมดูลสามารถจัดการได้ก่อนที่จะเกิดข้อผิดพลาด โมดูลมัลติโหมดระบุข้อกำหนดแบนด์วิธโมดอลที่มีประสิทธิภาพขั้นต่ำ โดยมีหน่วยเป็น MHz·km ซึ่งจำกัดระยะการส่งข้อมูลสูงสุดตามประเภทไฟเบอร์ (OM3, OM4, OM5)

ความเสถียรของอุณหภูมิส่งผลต่อความยาวคลื่นเลเซอร์และกำลังเอาท์พุต โมดูลเกรดเชิงพาณิชย์-ใช้งานได้ตั้งแต่ 0 องศาถึง +70 องศา ในขณะที่รุ่นอุตสาหกรรมใช้งานได้ตั้งแต่ -40 องศาถึง +85 องศา เครื่องทำความเย็นแบบเทอร์โมอิเล็กทริกจะรักษาอุณหภูมิเลเซอร์ใน-โมดูลความยาวคลื่นที่มีการควบคุม ซึ่งกินไฟ 1-3 วัตต์ แต่รับประกันว่าการเคลื่อนตัวของความยาวคลื่นจะต่ำกว่า 0.01 นาโนเมตร/องศา การตรวจสอบการวินิจฉัยแบบดิจิทัล (DDM) ให้-การวัดและส่งข้อมูลทางไกลแบบเรียลไทม์ผ่านอินเทอร์เฟซ I2C ทั้งอุณหภูมิ แรงดันไฟฟ้า กระแสไบแอส กำลังส่ง และรับการบำรุงรักษาเชิงคาดการณ์ที่เปิดใช้งานพลังงาน

 

แนวโน้มตลาดและทิศทางในอนาคต

 

ตลาดตัวรับส่งสัญญาณแบบออปติคัลมีมูลค่าถึง 13.6 พันล้านดอลลาร์ในปี 2567 และคาดว่าจะมีมูลค่าถึง 25 พันล้านดอลลาร์ภายในปี 2572 โดยได้รับแรงหนุนจากการสร้างศูนย์ข้อมูล AI เป็นหลัก โมดูล 400G และ 800G มากกว่า 20 ล้านชิ้นถูกจัดส่งในปี 2567 โดยคาดว่าการจัดส่ง 800G จะเพิ่มขึ้น 60% ในปี 2568 เนื่องจากไฮเปอร์สเกลเลอร์ใช้ออปติกเหล่านี้สำหรับการเชื่อมต่อระหว่าง GPU กลุ่มที่มากกว่า-มากกว่า 400-Gbps เติบโตที่ 16.3% CAGR เนื่องจากคลัสเตอร์การฝึกอบรม AI ต้องการความหนาแน่นของแบนด์วิดท์ที่ไม่เคยมีมาก่อน

ศูนย์ข้อมูลคิดเป็น 61% ของรายได้จากโมดูลออปติคอลในปี 2567 โดยขยายตัวที่ CAGR 14.9% จนถึงปี 2573 การเปลี่ยนจากลิงก์ 100G เป็น 400G เร่งตัวขึ้นในปี 2566-2567 และการปรับใช้ 800G เริ่มต้นอย่างจริงจังที่ Google, Amazon และ Microsoft โมดูล 1.6 Tbps แรกเข้าสู่การทดลองภาคสนามในช่วงปลายปี 2024 โดยตั้งเป้าหมายการเปิดตัวเชิงพาณิชย์ใน H2 2025 ด้วยราคาเริ่มต้นประมาณ 2,000 ดอลลาร์ ลดลงเหลือประมาณ 1,500 ดอลลาร์ตามขนาดการผลิต

โมดูลโฟโตนิกส์ซิลิคอนจับตลาดได้ประมาณ 10% ของตลาด 800G ใน H2 2024 โดยมีการคาดการณ์การเจาะที่ 20-30% ภายในปี 2568 เทคโนโลยีนี้จัดการกับข้อจำกัดในการจัดหาเลเซอร์สำหรับส่วนประกอบ EML และ VCSEL ที่จำเป็นในโมดูลทั่วไป -ออปติคัลแบบแพ็คเกจยังคงอยู่ในการพัฒนา โดย Nvidia ร่วมมือกันในโซลูชัน CPO โดยมีเป้าหมายเพื่อการผลิตในปริมาณเริ่มต้นภายในปี 2026 ออปติคัลแบบเสียบได้เชิงเส้นได้รับแรงผลักดันในปี 2024 สำหรับการปรับใช้-พลังงานที่จำกัด แม้ว่าความท้าทายในการส่งข้อมูลทางไกลยังคงมีอยู่

การเปิดตัว 5G กระตุ้นความต้องการโมดูลออปติคัลโทรคมนาคม โดยมีตัวรับส่งสัญญาณ 25G SFP28 CWDM ที่ติดตั้งในตู้กลางแจ้งซึ่งเผชิญกับสภาวะอุณหภูมิสูงจัด รายรับด้านทัศนศาสตร์ Fronthaul สูงถึงประมาณ 630 ล้านดอลลาร์ในปี 2568 โดยมีการจัดส่งอุปกรณ์กลางสาย 50G PAM4 จำนวน 10 ล้านเครื่อง ผู้ดำเนินการย้ายจากจุด-ไปยัง-จุด backhaul ไปยัง x-สถาปัตยกรรมแบบตาข่ายแบบลากโดยใช้โมดูลเกรดอุตสาหกรรม 10G ถึง 100G- ที่ตรงตามสัญญาเวลาแฝงที่เข้มงวด

 

คำถามที่พบบ่อย

 

อะไรคือความแตกต่างระหว่างโมดูลออปติคัลโหมดเดี่ยว-และมัลติโหมด?

โมดูลโหมดเดี่ยว-ทำงานที่ความยาวคลื่น 1310 นาโนเมตรหรือ 1550 นาโนเมตรบนเส้นใยหลักขนาด 9μm ซึ่งรองรับระยะทางตั้งแต่ 2 กม. ถึง 80 กม. ขึ้นไป โมดูลมัลติโหมดใช้ความยาวคลื่น 850 นาโนเมตรบนเส้นใยหลักขนาด 50μm หรือ 62.5μm ซึ่งจำกัดไว้ที่ 100-550 เมตร ขึ้นอยู่กับแบนด์วิดท์ โหมดเดี่ยว-ช่วยให้เข้าถึงได้นานกว่าแต่มีค่าใช้จ่ายมากกว่า มัลติโหมดให้ต้นทุนที่ต่ำกว่าสำหรับระยะทางสั้นๆ เช่น การเชื่อมต่อภายในแร็ค

โมดูลความเร็วที่แตกต่างกันสามารถทำงานในพอร์ตสวิตช์เดียวกันได้หรือไม่

พอร์ตที่ออกแบบมาสำหรับโมดูลความเร็วสูง-มักจะยอมรับรูปแบบที่ช้ากว่าแต่ประสิทธิภาพลดลง โดยทั่วไปพอร์ต 25G SFP28 สามารถรันโมดูล 10G SFP+ ที่ความเร็ว 10G และพอร์ต SFP+ ยอมรับโมดูล 1G SFP อย่างไรก็ตาม การกลับด้านไม่ทำงาน-คุณไม่สามารถเสียบโมดูล 25G เข้ากับพอร์ต 10G{13}} เท่านั้นได้ ปลายทั้งสองของลิงค์ไฟเบอร์ต้องตรงกับข้อกำหนดความเร็วและความยาวคลื่น

เหตุใดโมดูลออปติคัลจึงมีความยาวคลื่นต่างกัน

การเลือกความยาวคลื่นจะปรับสมดุลระหว่างระยะทาง ต้นทุน และคุณลักษณะของเส้นใย ความยาวคลื่น 850 นาโนเมตรทำงานได้ดีกับ-เลเซอร์ VCSEL ที่คุ้มค่าสำหรับการเชื่อมต่อแบบมัลติโหมดสั้นๆ ความยาวคลื่น 1310 นาโนเมตรมีการกระจายน้อยที่สุดในไฟเบอร์โหมดเดี่ยว-สำหรับระยะทางรถไฟใต้ดิน ความยาวคลื่น 1550 นาโนเมตรถึงจุดลดทอนต่ำสุดในไฟเบอร์ ทำให้สามารถรับส่งข้อมูลระยะไกล-ได้ ระบบ WDM ใช้ระยะห่างของความยาวคลื่นที่แม่นยำในการมัลติเพล็กซ์หลายช่องสัญญาณบนไฟเบอร์เส้นเดียว

อุณหภูมิส่งผลต่อประสิทธิภาพของโมดูลออปติคัลอย่างไร

ความยาวคลื่นเลเซอร์จะเบี่ยงเบนไปประมาณ 0.1 นาโนเมตรต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ 10 องศา โดยไม่มีการระบายความร้อน กำลังเอาต์พุตจะแตกต่างกันไป 3-5% ตลอดช่วงอุณหภูมิการทำงาน ความไวของตัวรับจะลดลงเล็กน้อยที่อุณหภูมิสุดขั้ว โมดูลเชิงพาณิชย์ระบุการทำงาน 0-70 องศา โมดูลอุตสาหกรรมขยายได้ถึง -40 องศาถึง +85 องศาโดยใช้เครื่องทำความเย็นแบบเทอร์โมอิเล็กทริกและส่วนประกอบที่มีความทนทานมากขึ้น การวินิจฉัยแบบดิจิทัลจะติดตามอุณหภูมิแบบเรียลไทม์เพื่อคาดการณ์ความล้มเหลวก่อนที่จะเกิดขึ้น

---

ประเด็นสำคัญ

โมดูลออปติคัลทำการแปลงโฟโตอิเล็กทริกผ่านเครื่องส่งสัญญาณ TOSA โดยใช้เลเซอร์ไดโอด และเครื่องรับ ROSA โดยใช้เครื่องตรวจจับแสง

ความยาวคลื่นหลายรายการสามารถแบ่งปันเส้นใยเดี่ยวผ่านเทคโนโลยี CWDM หรือ DWDM โดยมีโมดูล BiDi ช่วยให้สามารถสื่อสารแบบสองทิศทางบนเส้นเดียวได้

ปัจจัยรูปแบบตั้งแต่ SFP ถึง QSFP-DD รองรับความเร็วตั้งแต่ 1G ถึง 800G โดยโมดูล 1.6T จะเข้าสู่การผลิตในปี 2025

ตลาดมีมูลค่าสูงถึง 13.6 พันล้านดอลลาร์ในปี 2567 โดยได้แรงหนุนจากศูนย์ข้อมูล AI ที่ใช้งานโมดูล 400G และ 800G ในขนาดที่ไม่เคยมีมาก่อน

ซิลิคอนโฟโตนิกส์และออปติกแบบบรรจุภัณฑ์ร่วม-เป็นตัวแทนของวิวัฒนาการขั้นถัดไป การปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้พลังงานและความหนาแน่นของการบูรณาการ

---

แหล่งข้อมูล

รายงานส่วนประกอบทางแสงของ Cignal AI - มกราคม 2025 (cignal.ai)

รายงานตลาดเครื่องรับส่งสัญญาณแสง Mordor Intelligence - มิถุนายน 2025 (mordorintelligence.com)

การศึกษาโมดูลออปติคอลการวิจัยตลาดเกี่ยวกับความรู้ความเข้าใจ - กันยายน 2024 (cognitivemarketresearch.com)

เครื่องรับส่งสัญญาณแสง Yole Group สำหรับรายงาน Datacom - พฤษภาคม 2024 (yolegroup.com)

การอัปเดตส่วนประกอบออปติคัล IEEE 802.3 - ตุลาคม 2024 (ieee802.org)