400G光模塊放量在即，相關(guān)數(shù)通設(shè)備成為主戰(zhàn)場

據(jù)中國移動采購與招標(biāo)網(wǎng)顯示，中國移動于近日發(fā)布了2020-2021年SPN設(shè)備新建部分集采項目：項目分布28個省份，SPN設(shè)備采購規(guī)模達(dá)145663端。本次28個省份的SPN設(shè)備集采，表明中國移動開始在全國范圍內(nèi)普及面向5G承載與回傳的SPN網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)。SPN實現(xiàn)了IP分組網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)TDM網(wǎng)絡(luò)的融合，支持低時延和網(wǎng)絡(luò)切片；在接入層采用50GE光模塊，在匯聚層和核心層采用200GE光模塊組網(wǎng)。對于電信光模塊制造商以及供應(yīng)商來說，將迎來一個全新的增量市場。

所以我們需要思考，在5G流量再爆發(fā)中，光模塊的產(chǎn)業(yè)演進(jìn)路徑如何？站在當(dāng)前時點，市場擔(dān)心光通信同質(zhì)化競爭嚴(yán)重，會影響產(chǎn)品毛利率進(jìn)而拖累業(yè)績增長，但我們看到，5G對數(shù)通設(shè)備、400G、MPO連接器、高頻高速材料等提出新的要求，流量爆發(fā)下的數(shù)據(jù)密度革命即將到來，新產(chǎn)品、新市場的出現(xiàn)將極大提振盈利能力，優(yōu)秀企業(yè)在產(chǎn)品能力、渠道能力、成本管控等方面的競爭優(yōu)勢將進(jìn)一步體現(xiàn)，從而拉開業(yè)績差距。因此，不必過分擔(dān)心同質(zhì)化競爭而忽略了5G的大機(jī)遇，在全球5G放量的前夕，光通信仍是最確定的方向。

光模塊必然增長

當(dāng)前，全球主要國家正在積極參與5G的商用化。運營商正在全速部署下一代網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，為2020年及以后的5G服務(wù)做好準(zhǔn)備。4K/8K高清視頻、直播、視頻會議、VR/AR等大帶寬的持續(xù)發(fā)酵醞釀，NB-IoT等技術(shù)引發(fā)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)新一輪增長，海量移動設(shè)備的接入，應(yīng)用端的發(fā)展正指向著流量的大爆發(fā)。在當(dāng)下5G應(yīng)用尚未大規(guī)模興起的情況下，依靠高清視頻、AR/VR 等既有業(yè)務(wù)，韓國在5G推出半年的時間點，實現(xiàn)了流量近3倍增長（DOU從約8G到25G），結(jié)合近期不斷涌現(xiàn)的新型應(yīng)用（如一夜爆紅的AI視頻換臉ZAO），預(yù)計在5G時代隨著高寬帶應(yīng)用的逐步落地，流量的爆發(fā)將會是數(shù)十倍的量級。

在新應(yīng)用尚未爆發(fā)情況下，韓國KT 5G人均流量實現(xiàn)3倍增長（GB）

根據(jù)Synergy Research 數(shù)據(jù)顯示，2018年年底全球超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心數(shù)量已經(jīng)達(dá)到430個，美國占據(jù)其中40%。超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心的增長勢頭不減，公司收入每年平均增長24％，而資本支出增長則超過40％——其中大部分用于建設(shè)和裝備數(shù)據(jù)中心。據(jù)思科預(yù)測，2021年全球數(shù)據(jù)中心流量將增長到每年20.5ZB，且95%的數(shù)據(jù)中心流量將是云流量。在即將到來的5G時代，流量的爆發(fā)將匯聚成數(shù)字海嘯。過去幾年，海外云廠商經(jīng)歷了從需求爆發(fā)到去庫存的周期輪回，但隨著5G到來，數(shù)據(jù)中心的需求增長仍是確定性的。近期市場擔(dān)心四季度海外能否起量也僅是短期維度的壓制因素，隨著2020年5G整體起量，大型數(shù)據(jù)中心是不可或缺的基礎(chǔ)設(shè)施。

全球云數(shù)據(jù)中心流量增長（單位：ZB）

首先大型云廠商在即將到來的5G時代，以及云進(jìn)程的進(jìn)一步深入加速，大型云廠商數(shù)據(jù)規(guī)模越來越大，數(shù)據(jù)中心內(nèi)部東西向流量已然占據(jù)主導(dǎo)地位，更適于數(shù)據(jù)中心內(nèi)部數(shù)據(jù)交互的扁平胖寬的葉脊架構(gòu)已成為數(shù)據(jù)中心的首選。葉脊架構(gòu)使得數(shù)據(jù)中心規(guī)模變得更大、更扁平化，這使得整個數(shù)據(jù)中心需要更多的交換機(jī)，交換機(jī)之間也需要更快的傳輸速率以及更高的光纖覆蓋率來滿足內(nèi)部海量流量的互通。

交換機(jī)之間連接都需要高端光模塊來完成，葉脊架構(gòu)所需高速光模塊數(shù)量巨大。對于有1000個機(jī)柜（單機(jī)柜30臺服務(wù)器）的大型數(shù)據(jù)中心，總出口帶寬1T，單服務(wù)器帶寬10G，采用傳統(tǒng)三層架構(gòu)，核心層交換機(jī)4個，匯聚層交換機(jī)20個，接入層交換機(jī)2000個。則核心層與匯聚層之間40G/100G高速光模塊 4*20*2=160個。同樣規(guī)模下采用葉脊架構(gòu)的數(shù)據(jù)中心，需要的葉交換機(jī)數(shù)量在300個左右（單臺葉交換機(jī)下行連接100臺服務(wù)器），則下行帶寬 100*10G=1000G，為了保證收斂比，上行帶寬約為330G，如果采用40G光模塊，則對應(yīng)脊交換機(jī)8個，則需要的高速光模塊是300*8*2=4800個；如果用100G光模塊，則對應(yīng)脊交換機(jī)4個，則需要的高速光模塊是300*4*2=2400個。對比可知，葉脊架構(gòu)所需的高速光模塊數(shù)量是傳統(tǒng)三層架構(gòu)的15-30倍。對大型和超大型數(shù)據(jù)中心而言，隨著機(jī)柜和服務(wù)器數(shù)量增加，整體結(jié)構(gòu)將更趨于大型化和復(fù)雜化，對應(yīng)的葉脊架構(gòu)下所需高速光模塊的數(shù)量是巨大的，且數(shù)據(jù)中心規(guī)模越大，需求的加速度越大。

100G會有較長的生命力，隨著400G的啟動會逐步放緩，400G元年啟動。參考Facebook基于葉脊網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)基礎(chǔ)的fabric網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，可以看到對于大型數(shù)據(jù)中心來說，為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心內(nèi)部東西向流量的通信，在二維葉脊架構(gòu)基礎(chǔ)上，進(jìn)行了三維拓展，實現(xiàn)了一個立體的結(jié)構(gòu)，使得整個數(shù)據(jù)中心的拓展延申性得到了維度級的提高。通過fabric架構(gòu)，F(xiàn)acebook可以從容的應(yīng)對整個數(shù)據(jù)中心內(nèi)部東西向流量的爆發(fā)帶來的通信難題，通過構(gòu)建了一個互通性極強(qiáng)的立體結(jié)構(gòu)，既保證了數(shù)據(jù)中心東西向數(shù)據(jù)通信的暢通，又保證了其大型數(shù)據(jù)中心規(guī)模的可拓展性，使得整個數(shù)據(jù)中心更具生命力。

光模塊出貨量及生命周期預(yù)測（2018）

谷歌為了滿足帶寬需求，一般超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心會每2-3年對整體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進(jìn)行一次升級。參考Googe數(shù)據(jù)中心升級路線，谷歌在2013年第五代數(shù)據(jù)中心谷歌開始啟用40G，2016年下半年則開始大規(guī)模使用100G，以此類推 2019 年年底有望開啟 400G 規(guī)模商用。400G以太網(wǎng)技術(shù)的同步實施，在今后的數(shù)年內(nèi)將會繼續(xù)增長，成為交換芯片和網(wǎng)絡(luò)平臺上普遍采用的速度。與此同時，微軟、亞馬遜也于2019年陸續(xù)開展400G升級的前期工作，前期的送樣測試工作基本完成，400G升級進(jìn)展順利。

谷歌數(shù)據(jù)中心端口升級時間線

目前來看，北美主流云計算公司對于下一代產(chǎn)品升級的技術(shù)路線尚未形成統(tǒng)一，亞馬遜主張使用的是4x100G DR4，谷歌將由100G升到200G轉(zhuǎn)換至2x200G模塊的形式，主要使用2x200G SR8和FR8光模塊，F(xiàn)acebook則基于其新型F16架構(gòu)使用100G 光模塊實現(xiàn)帶寬升級，并計劃進(jìn)一步升級到200G，微軟則更多考慮 400G ZR可用于長距離互連區(qū)域性數(shù)據(jù)中心之后，再在數(shù)據(jù)中心內(nèi)部署400G，實現(xiàn)跨區(qū)域數(shù)據(jù)中心的超高速數(shù)據(jù)互通。流量的加速爆發(fā)，使得云廠商們勢必需要對現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心進(jìn)行升級改造或者新建更多的數(shù)據(jù)中心。這將大大提升數(shù)據(jù)中心對光通信器件、模塊及設(shè)備的使用及升級需求，而大型數(shù)據(jù)中心的結(jié)構(gòu)特點和高擴(kuò)展性，使得端口400G升級成為必經(jīng)之路。流量的大爆發(fā)將成為驅(qū)動400G光通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展升級的根源力量。

400G數(shù)通設(shè)備成為主戰(zhàn)場

早期數(shù)據(jù)中心的規(guī)模和需求并不大，一個數(shù)據(jù)中心所容納的服務(wù)器規(guī)模在百臺左右。隨著數(shù)據(jù)流量的不斷增加，數(shù)據(jù)中心容納的服務(wù)器從數(shù)千臺發(fā)展到如今的數(shù)十萬臺，規(guī)模越來越大。數(shù)據(jù)中心的技術(shù)也從最傳統(tǒng)的路由交換技術(shù)發(fā)展到虛擬化技術(shù)(NFV)、軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）和二者的結(jié)合（SDN/NFV），其架構(gòu)也從從經(jīng)典的三層架構(gòu)發(fā)展至今日主流的葉脊架構(gòu)。追本溯源，數(shù)據(jù)中心規(guī)模的擴(kuò)大、技術(shù)的演進(jìn)都是因需求端數(shù)據(jù)量不斷地增加而驅(qū)動的。在2008年以前，經(jīng)典數(shù)據(jù)中心架構(gòu)采用“核心-匯聚-接入”這種傳統(tǒng)的三層架構(gòu)，當(dāng)時大多數(shù)數(shù)據(jù)中心里的一個服務(wù)器對應(yīng)的就是一個應(yīng)用，按照功能不同被放置在固定的功能區(qū)域內(nèi)。

但隨著數(shù)據(jù)量的增長，服務(wù)器的數(shù)量越來越吃緊。服務(wù)器的虛擬化趨勢越來越強(qiáng)，“提高服務(wù)器利用率”、“充分發(fā)揮計算資源”成為主流聲音。

“核心-匯聚-接入”傳統(tǒng)三層架構(gòu)

交換機(jī)在整個數(shù)據(jù)中心的結(jié)構(gòu)中占據(jù)重要的位置，它是整個數(shù)據(jù)中心的骨架。交換機(jī)的升級對于數(shù)據(jù)中心整體升級來說具有指導(dǎo)性意義。對于400G密度升級而言，交換機(jī)需先升級至支持400G型號的產(chǎn)品，再至上而下的對光模塊、布線等進(jìn)行逐一升級。自17年博通 400G 交換機(jī)芯片送樣后，400G交換機(jī)展順利，18年思科、Arista、Junpier等主流交換機(jī)廠商爭相發(fā)布400G交換機(jī)產(chǎn)品，到19年已能提供豐富的400G系列產(chǎn)品，而國內(nèi)的數(shù)通廠商如新華三、銳捷也于19年陸續(xù)推出400G交換機(jī)產(chǎn)品，交換機(jī)率先實現(xiàn)了400G高密度轉(zhuǎn)發(fā)。

主流1RU交換機(jī)交換機(jī)升級路線圖，整個行業(yè)正向12.8T支持400G升級

從交換機(jī)與光模塊的相關(guān)性看，400G在2019年底迎來了規(guī)模商用。一般來說從交換芯片推出到光模塊開始放量要有2-3年的時間，而且通常會有一個快速放量的過程。100G光模塊的市場在首款32X100G交換芯片開始送樣是在2014年，2016年100G的光模塊開始規(guī)模上量。以此類推，2017年底博通 32X400G Tomahawk3芯片開始送樣，預(yù)計到2020年400G有望迎來規(guī)模商用，結(jié)合流量爆發(fā)加速，這一過程有望更加迅速。

400G光模塊放量在即

根據(jù)Ovum預(yù)測，2016-2020年全球光器件市場總體保持10%增長，2020年銷售超過122億美元，其中數(shù)據(jù)中心占比超過40%。2015年全球數(shù)通光模塊市場空間26億美元，預(yù)計2020年達(dá)到50億美元，年復(fù)合增速15%。根據(jù)Lightcounting 想干預(yù)測，2018-2020年全球400G光模塊市場規(guī)模將分別達(dá)到0.56億美元，2.8億美元和7.2億美元，400G市場在未來幾年將迅速擴(kuò)大。

數(shù)通光模塊收入預(yù)測（億美元）

2018年我國云計算整體市場規(guī)模達(dá)962.8億元，增速39.2%。其中公有云市場規(guī)模達(dá)到437億元，相比2017年增長65.2%，預(yù)計2019-2022年仍將處于快速增長階段，到2022年市場規(guī)模將達(dá)到1731億元。私有云市場規(guī)模達(dá)525億元，較2017年增長23.1%，預(yù)計未來幾年將保持穩(wěn)定增長，到2022年市場規(guī)模將達(dá)到1172億元。

根據(jù)LC的數(shù)據(jù)分析，2020年數(shù)據(jù)中心光模塊市場重新增長的原因是有新的競爭者加入。當(dāng)前的大型云數(shù)據(jù)中心市場中，亞馬遜，阿里，F(xiàn)acebook，谷歌和微軟占據(jù)了65%的市場，對這一市場格局有望發(fā)起挑戰(zhàn)的最大希望來自中國。除了已經(jīng)進(jìn)入前五名的阿里，百度、騰訊、金山云、青云、UCloud 等公司也有望加入其中，還有潛在的可能加入競爭的公司如今日頭條。同樣被LightCounting看好的還有印度的公有云市場，這個未來的世界人口第一大國也將是云市場的重中之重，全球地緣摩擦的加劇將刺激如印度等國家自建云服務(wù)，這些都將成為光模塊發(fā)展的催化劑。

中國公有云市場規(guī)模及增速

在過去5年中，我們看到100G崛起給國內(nèi)廠商帶來的機(jī)遇，而在過去兩年中，隨著海外需求增長放緩，市場將目光重新聚焦于400G。雖然100G仍將是未來一段時間的里程碑式產(chǎn)品，但對成本控制能力的要求會越來越高，需以此來抵消產(chǎn)品價格的下降。而400G方興未艾，雖然在放量時點上存在一定分歧，但從今年Google等龍頭廠商的需求看，2020-2022年有望進(jìn)入黃金期。