AI算力的橋梁——流量膨脹助推800G光模塊加速落地

電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/梁浩斌）英偉達(dá)今年以來股價漲幅超過200%，這足以說明在AI算力需求下對GPU等算力硬件的需求到底會有多大。而除了GPU之外，在數(shù)據(jù)中心的AI訓(xùn)練中，AI服務(wù)器集群對于數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾室笠蚕喈?dāng)高，隨著數(shù)據(jù)中心規(guī)模的增大，新的架構(gòu)也對光模塊的使用量有了指數(shù)級的增長。

光模塊的速率在過去10年間發(fā)展迅速，在2015年之前，數(shù)據(jù)中心光模塊普遍以10G和40G為主；2016年開始，25G和100G光模塊開始部署；2019年100G光模塊已經(jīng)實現(xiàn)廣泛應(yīng)用，200G和400G產(chǎn)品開始出貨；到2022年，200G和400G產(chǎn)品已經(jīng)大規(guī)模部署，800G光模塊開始進(jìn)入量產(chǎn)導(dǎo)入階段。

為什么需要800G光模塊？

首先光模塊在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用，主要是用于數(shù)據(jù)傳輸，通常在數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域，會將數(shù)據(jù)中心外部用戶與內(nèi)部服務(wù)器之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)稱為南北向流量；而數(shù)據(jù)中心與數(shù)據(jù)中心之間，以及數(shù)據(jù)中心與內(nèi)部服務(wù)器之間互相傳輸?shù)臄?shù)據(jù)被稱為東西向流量。

隨著數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)容量的增大，根據(jù)思科的預(yù)測，2021年東西向流量會占到總體數(shù)據(jù)中心流量的85%，其中數(shù)據(jù)中心內(nèi)部服務(wù)器流量占71.5%，數(shù)據(jù)中心之間的流量占13.6%。但要注意的是，這個預(yù)測是在AI大模型熱潮之前所進(jìn)行的，因此自2022年底ChatGPT引爆的AI大模型市場后，東西向流量以及數(shù)據(jù)中心內(nèi)部服務(wù)器流量的占比仍將會進(jìn)一步提高。

數(shù)據(jù)中心計算規(guī)模，以及東西向流量的不斷膨脹，數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)也在不斷變化。而在傳統(tǒng)的三層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，服務(wù)器與服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)交換，需要經(jīng)過接入交換機(jī)、匯聚交換機(jī)以及核心交換機(jī)才能完成，這給匯聚交換機(jī)以及核心交換機(jī)帶來了巨大的工作壓力。

圖源：HPE Aruba

如果按照傳統(tǒng)三層拓?fù)浼軜?gòu)繼續(xù)擴(kuò)大服務(wù)器集群規(guī)模，那么則需要在核心層和匯聚層部署極高性能的設(shè)備，設(shè)備成本會顯著增加。那么這個時候就有了新的葉脊拓?fù)浼軜?gòu)出現(xiàn)了，它在傳統(tǒng)的三層拓?fù)浼軜?gòu)上進(jìn)行了扁平化，變成了兩層架構(gòu)。

其中葉交換機(jī)相當(dāng)于傳統(tǒng)三層架構(gòu)中的接入層交換機(jī)，與服務(wù)器直接進(jìn)行連接。脊交換機(jī)相當(dāng)于核心層交換機(jī)，但脊交換機(jī)與葉交換機(jī)直接連接，并且一臺脊交換機(jī)需要與所有葉交換機(jī)進(jìn)行連接。

所以葉交換機(jī)的數(shù)量取決于交換機(jī)下行端口數(shù)量，同時葉交換機(jī)的上行端口數(shù)量又取決于脊交換機(jī)的數(shù)量。

葉脊架構(gòu)大大提高了服務(wù)器之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)男剩耶?dāng)服務(wù)器數(shù)量需要擴(kuò)展時，只需增加脊交換機(jī)數(shù)量，加強(qiáng)了數(shù)據(jù)中心的擴(kuò)展性。唯一的問題是，相比傳統(tǒng)三層拓?fù)浼軜?gòu)，葉脊架構(gòu)所需的端口數(shù)量同樣大大增加。相應(yīng)地，服務(wù)器與交換機(jī)都需要更多的光模塊來進(jìn)行光纖通信。

從需求量來看，按照國泰君安證券的數(shù)據(jù)，以1000個機(jī)柜的中大型數(shù)據(jù)中心計算，傳統(tǒng)三層拓?fù)浼軜?gòu)中，大約需要128000個10G光模塊、160個40G光模塊和8個100G光模塊；葉脊架構(gòu)下，這個數(shù)據(jù)中心需要的光模塊數(shù)量則為120000個10G、4800個40G、32個100G。

對于大量應(yīng)用到GPU的AI訓(xùn)練而言，在英偉達(dá)DGX H100服務(wù)器中，集成了8顆H100 GPU，僅計算和存儲網(wǎng)絡(luò)對應(yīng)的需求約為12個800G光模塊、18個400G光模塊。

可以看出，葉脊架構(gòu)下數(shù)據(jù)中心所需的高速率光模塊數(shù)量成指數(shù)級增加，隨著數(shù)據(jù)中心的規(guī)模擴(kuò)大，特別是AI大模型訓(xùn)練的需求下，GPU服務(wù)器更高的傳輸速率需求，讓800G光模塊加快了落地的速度。

光模塊玩家加速布局

GPU作為AI算力基座，以英偉達(dá)為首的廠商已經(jīng)供不應(yīng)求，此前有消息稱訂單能見度已經(jīng)排至2024年。在GPU的需求確定性強(qiáng)的情況下，光模塊市場也必然會跟隨得到上漲空間。

在800G光模塊領(lǐng)域，目前全球頭部廠商基本上都在加緊布局。根據(jù)Lightcounting的數(shù)據(jù)，2022年全球光模塊供應(yīng)商Top 10中，中際旭創(chuàng)、華為海思、光迅科技、海信、新易盛、華工科技等中國廠商分列第1、4、5、6、7、8名，占據(jù)前十中的6個名額。另外四名分別是與中際旭創(chuàng)并列第一的Coherent（II-VI收購Coherent后合并命名）、排名第三的思科、排名第九的英特爾以及排名第十的索爾思光電。

中際旭創(chuàng)早在2020年底就推出了業(yè)界首個800G可插拔OSFP和QSFP-DD800系列光模塊，包括4x100Gx2和8x100G兩種架構(gòu)方案；2022年在OFC2022現(xiàn)場展示基于自主設(shè)計硅光芯 800G可插拔 OSFP2*FR4和QSFP-DD 800G DR8+硅光光模塊；2023年3月，公司于OFC展會上推出全球首款1.6T光模塊。

近期中際旭創(chuàng)表示，公司800G光模塊已在2023年上半年逐步起量，已向海外重點客戶持續(xù)交付與GPU相配套的800G產(chǎn)品，但更多的客戶需求和訂單交付預(yù)計會在2023年下半年以及2024年。

Coherent今年3月也展示了基于200G單通道的800G/1.6T收發(fā)器，公司在一季度財報會議上表示800G光模塊的出貨正在加速，預(yù)計從24年開始呈現(xiàn)指數(shù)級增長。

光迅科技在OFC 2023首次展出基于50GBd VCSEL技術(shù)的800G QSFP-DD800 SR8光模塊。不過光迅科技近期表示，目前800G產(chǎn)品已小批量出貨，但銷售占公司總體營收比例不高，預(yù)計今年800G光模塊的量不會很大。

同在OFC 2023上，海信寬帶推出了業(yè)內(nèi)首款800G QSFP-DD BiDi SR4.2光模塊產(chǎn)品，同時展示其他基于PAM4碼型的800G系列光模塊產(chǎn)品，包括800G QSFP-DD SR8/AOC，800G OSFP SR8/AOC，800G OSFP 2xFR4/DR8和800G QSFP-DD 2xFR4/DR8等產(chǎn)品，已具備完備的產(chǎn)品陣列。

新易盛在2021年就推出了其800G光模塊產(chǎn)品組合，包括基于EML和SiPh的解決方案，產(chǎn)品組合由AOC和SM光模塊組成，有OSFP和QSFP－DD800兩種外形尺寸，傳輸距離覆蓋30m-2km。OFC 2023上新易盛展示了最新的基于薄膜鈮酸鋰調(diào)制器TFLN技術(shù)的800G OSFP DR8，配合5nm DSP以及集成的TIA實現(xiàn)11.2W的業(yè)界領(lǐng)先功耗水平。近期公司表示，部分800G光模塊產(chǎn)品已實現(xiàn)小批量出貨。

華工科技子公司華工正源去年發(fā)布了800G硅光模塊系列產(chǎn)品，數(shù)據(jù)中心側(cè)涵蓋800G DR8 SiPh/2*FR4/SR8/DR8等，采用OSFP封裝，模塊全溫功耗小于15W。華工科技在近期的投資者交流中表示，目前公司800G光模塊已與北美頭部客戶進(jìn)行了良好的溝通和對接，并向客戶進(jìn)行了產(chǎn)品送樣，預(yù)計出貨量將在23年下半年快速增長。

小結(jié)

800G光模塊在GPU訂單需求的確定性環(huán)境下，將會從今年下半年開始進(jìn)入大規(guī)模出貨階段。作為AI算力的橋梁，800G光模塊隨著數(shù)據(jù)中心的規(guī)模擴(kuò)大，AI訓(xùn)練的需求持續(xù)增長，市場規(guī)模增速以及落地速度將持續(xù)加速。而布局較早的玩家，也能夠更早享受到算力需求帶來的市場紅利。