中国云计算相关的光网络投资机遇分析

中国云计算相关的光网络投资机遇分析

一、云计算相关的光网络投资有望率先复苏

云化环境带给网络极大的复杂性。数据中心的出现，主要目的在于整合IT资源，提高IT资源的利用率。而云计算是一种按需分配IT资源的新模式，其依赖的虚拟化技术，则通过一虚多的方式进一步提高硬件资源的利用率，因此现在的传统数据中心正在纷纷进行云化。云化带来的结果是租户随时可以按需购买、动态扩展相应的资源规模，而相应的租户网络也需要随之动态变化，这对云数据中心的网络运维提出了非常高的要求。SDN的出现恰到好处地应对了这个挑战，SDN通过分离控制面和数据面，能够集中地对云数据中心的网络进行灵活细粒度的管理和控制。但是SDN技术的引入，也带来了一些新的问题。

1、虽然软件定义解决了动态组网的问题，但是网络逻辑变得更复杂了。因为网络虚拟化之后，物理网络之上还多了一层虚拟化的网络，网络的逻辑拓扑随着租户规模增长、资源动态变更而愈发复杂化。这个时候一旦出现网络故障，很难快速地发现并定位问题。

2、另外一个挑战是监控方面。传统的Netflow、sFlow、IPFIX等网络监控方案是基于采样的，在性能上有缺陷。在OvS里集成的这些技术是基于Per-packet中断和netlink上报实现的，性能上有瓶颈而无法满足云网监控的需求；另外它支持的域也是有限的，对于虚拟化网络来说，很多关键的以及感兴趣的网络数据它都没有。

3、第三个缺陷是对虚拟化的网络分析是不充分的。首先它没法按需进行灵活的、细粒度的数据采集，传统网络只需要五元组数据就可以了，而虚拟化网络里的租户五元组信息可能是一样的；传统网络的控制和转发没有剥离，无法通过控制面来定义要采集什么样的流量；对流的描述方式还是传统的五元组，没法描述虚拟化网络里多元组信息，比如带tunnel封装的和带VLAN封装的信息，因为相同IP对应的可能是不同的租户。对于Overlay的一些包和IP分片的处理也有局限。

4、此外，虚拟化使得云数据中心网络的物理边界消失了。原来基于物理边界的南北向安全防护，一旦通过租户授权绕过，那么内网之间就是无安全防护的。

因此在云数据中心，内网节点之间应该是零信任的。

云计算根本上是提供计算、存储和网络能力。因此，数据中心中的核心设备主要有服务器、存储设备和网络设备，并通过光网络实现互联，然后统一承载在IDC机房中。云基础设施部署的顺序如下：IDC交付（基建->机电）—>光网络（光纤连接器->交换机、光模块）—>服务器和存储。

数据中心互联（DataCenterInterconnect，DCI）将成为光网络设备需求的主要驱动力。目前，全球数据中心互联设备的年销售额已超过30亿美元，使得互联网内容和云提供商成为设备供应商一个重要的细分市场。

数据中心互联设备开支正对光网络设备市场产生着重大的影响，尤其是在北美市场，因为该区域许多互联网和云提供商都有连接超大规模数据中心的大型网络。

互联网内容提供商（ISP）和网络中立（Carrier-Neutral）提供商为了数据中心互联正大量投资建设数据中心基础设施，其中包括光传输。尤其是100G设备的出货量在互联网内容和网络中立市场上正在强劲增长。

网络设备商已经意识到这一点。诸如ADVA、阿尔卡特朗讯、BTI系统、Ciena、思科和Infinera等公司已经锁定了北美数据中心互联市场。其中，阿尔卡特朗讯和Ciena在该区域市场一直是比较强劲的厂商，而Infinera则是该领域增长最快的厂商。在北美数据中心互联市场增长比较强劲的厂商还有ADVA和BTI系统。

其他区域市场的光网络设备需求也将保持上扬。中国是继北美之后的第二大光网络设备市场。

在数据中心ICT设备资本投入中，服务器占比最高，超过60%，而交换机和光模块、光纤连接器占比在15%在实际部署中，云厂商倾向于在IDC交付后将光网络一次性部署完毕，而服务器则按需上架，类似于先把房屋的硬装完成，然后再按需购买家具家电等。因此，云计算中，光网络的投资要领先于服务器。

数据中心光模块需求量取决于服务器量和网络收敛比。从全球数通光模块市场规模（根据OVUM）和服务器出货量增速来看，二者波动节奏高度匹配。同时，可观测到在上一轮云基础设施的衰退周期，数通光模块市场增速于15Q3见底，而服务器出货量增速于16H1见底，数通光模块领先服务器3个季度见底。

本轮云计算设施需求调整，光模块调整也早于服务器，全球数通光模块龙头苏州旭创收入见顶是在18Q2，18Q4收入同比环比均大幅下滑，而全球服务器出货量见顶在18Q3，服务器龙头浪潮信息增速从18Q4开始下滑。

本轮云基础设施市场调整始于18Q2，亚马逊率先开始去库存，18H2其他云厂商相继下修服务器或光模块需求指引；谷歌从18Q3开始调整，至今年上半年需求依然寡淡；Facebook此前19年100GCWDM4的采购指引为400万只，后下调到100万只以内；阿里从18年双十一后开始需求疲弱，服务器采购量也出现较大回落；腾讯19年光网络采购金额同比有较大下滑，服务器采购量亦大幅压缩。

2019Q2数通光模块需求回升。到2019Q2，经过四个季度的库存出清，亚马逊光模块需求回升，阿里也开始恢复拉货，Facebook追加可观规模的订单，数据中心需求回暖。全球数通光模块龙头苏州旭创单季度收入在从2018Q2的13.9亿下滑至2019Q1的8.4亿后，强劲回升至2019Q2的11亿以上。预计2019Q3底或Q4谷歌100G需求亦有望逐步恢复，数据中心光网络需求反转趋势确立，预计服务器、存储出货量也有望逐步见底。

二、4400G相关的光模块、光纤连接器以及IDC投资机遇

1、数据中心光网络向400G迭代，开启新一轮升级周期

400G交换机芯片已逐步成熟。2017年12月，博通推出StrataXGSTomahawk3系列芯片产品，Tomahawk3系列基于50GPAM4SerDes技术，以支持基于单芯片实现12.8Tbps（32x400G，64x200G或128x100）的交换和路由设备的大批量部署，与现有解决方案相比，可降低75%的每端口成本和40%的每端口功率。

2018年10月博通宣布已完成该系列产品功能、性能和可靠性认证，可以转入正式量产。

2019年为400G元年，2020年有望放量。服务器生态迭代取决于intelCPU演进，光网络生态演进取决于博通交换芯片，二者在服务器CPU和交换机芯片分别处于垄断地位。一般来说，从某一代交换芯片的推出到对应速率的光模块开始放量，需要2-3年时间。2014年，博通推出首款32x100GStrataXGSTomahawk交换芯片，2年后，也就是2016年下半年，100G光模块开始放量。预计400G市场将遵循100G市场同样的逻辑，博通Tomahawk3芯片于2017年12月推出，2018年10月量产，因此2019年400G将逐步启动，2020年有望放量。

从10G迭代到40G经历了5年，从40G升级到100G经历了4年，100G于2016年下半年起量，随着博通Tomahawk3于2018年底转入正式量产，2019年迎来400G元年。1）Google最早于2007年采购10GSFP+光模块，真正放量在2010年；2）40G模块标准早在2010年已发布，出货始于2012年，2014年放量；3）2016Q3，北美云厂商开始开始从10G/40G平台向25G/100G平台升级，100G光模块需求旺盛，2016年全球100GQSFP28光模块出货量超过70万只，其中一半以上于2016年第4季度出货。

OSFP和QSFP-DD将是400G光模块主要的两条封装规格路线。

10G光模块以SFP封装规格为主，40G、100G光模块分别以QSFP+、QSFP28封装规格为主，对于400G光模块目前有4种封装规格路线，分别是CFP8、OSFP、QSFP-DD和COBO。各封装规格在大小（决定接口密度）、散热（决定功耗）、兼容性和可实现性封面各有优劣，各封装规格各有支持阵营。各封装规格优劣如下：

1）CFP8：CFP8利用成熟的25G组件，通过16*25G可快速实现400G的推出和量产，然而代价是需较大的物理尺寸来容纳16通道的电、光元件，意味着牺牲端口密度，在四种封装规格中，CFP8体积最大，端口密度最低，同时由于电、光组件多，功耗也是最大，且成本高，由于相对较大的物理尺寸，CFP8的散热良好。

2）OSFP：OSFP（OctalSmallFormFactorPluggable），Octal即八进制的意思，即8*50G的方案，25G的激光器经PAM4高阶调制实现50G光信号。OSFP集成了散热器，支持模块最高到15w的功耗；OSFP比CFP8尺寸要小不少，但比100G时代的QSFP封装要大，不能向下兼容，且需重新设计PCB以及Hostingcage，虽比QSFP-DD要大，OSFP仍然可支持单板32个接口密度；此外，OSFP封装支持400GZR，并且向上支持800G。

3）QSFP-DD：DD指的是“DoubleDensity”，QSFP-DD是在QSFP封装的基础上拓展，增加了一排电接口，大小和QSFP一致，只是在长度上做了扩展，因而QSFP-DD向下兼容100GQSFP28和40GQSFP+，支持最高到12w的功耗，尺寸比OSFP小，但散热是较大的挑战，激光器易因散热不均或不及时而失效，或需7nmCMOS工艺应用以缓解该问题，此外QSFP-DD比较难支持400GZR和超400G。

4）COBO：COBO（ConsortiumforOn-BoardOptics），即板载光模块，直接把光模块置于单板上，散热问题极大缓解，同时不像前述封装规格接口密度受限，但问题在于非热插拔，板上任何一个光模块失效，需取出单板，管理运营不便。

数据中心光模块的选择主要考量以下几个因素，1）接口密度（PortDensity）；2)功耗（PowerDissipation）；3）成本（cost/gigabit），追求高接口密度、低功耗以及低成本。CFP8功耗高，尺寸太大，不会是数据中心的选择；COBO非热插拔，管理运营不便，仅微软在主推，独木难支；OSFP和QSFP-DD将是400G主要的两条封装规格路线。OSFP相对QSFP-DD更成熟，对于急于部署400G的厂商来说更倾向于OSFP，如谷歌、Arista；QSFP-DD在单板密度和功耗方面都优于OSFP，但需单路100GPAM4技术，更难实现，主推厂商有亚马逊、Facebook、阿里、思科、华三等。

光模块提升带宽的方法有两种，1）提高每个通道的比特速率，2）增加通道数。提升比特速率有两个方法，1）直接提升波特率，2）保持波特率不变，使用更高的调制编码格式。在千兆、万兆时期，技术瓶颈还没到，直接就可以提升波特率，但到了10G以上，无论是电还是光，提升波特率变得越来越难。10G到40G，提升的是通道数。从40G到100G，提升的是单通道的波特率（10G->25G）。而从100G到400G：1）16*25G方案体积大，功耗高，将不会是选择；2）如果使用4通道或8通道，则单通道比特率需达到100G或50G，而激光器做到100G波特率有瓶颈，50G可实现，但也有难度，因而还需要更高的调制方式，即PAM4。总而言之，光不足，电来补，电芯片价值占比提升。

随着博通Tomahawk3芯片转量产，云厂商和互联网巨头将向下一代光网络平台演进，对于下一代光网络平台所使用的光模块，无非以下四种选择：1）继续用100G、2）切换到200G、3）切换到2*200G、4)切换到4*100G。

谷歌选择OSFP封装，采用2*200G，基于单路50PAM4技术，多模选择400GSR8，单模选择400G2xFR4，2022年或向2*400G升级。亚马逊选择QSFP-DD封装，采用4*100G，基于单路100GPAM4技术，选择100GDR1和400GDR4（DR4BreakoutDR1）。Facebook推出F16平台，延长100G生命周期，以200G为过渡（基于单路50GPAM4技术）。阿里选择QSFP-DD封装，服务器接入将采用100GSFP-DDAOC，基于单路50GPAM4技术；交换机互联多模选择400GSR8/SR4.2，单模选择400GDR4（超500m场景采用FR4，预计占比较低），基于单路100GPAM4技术。腾讯选择QSFP-DD，多模采用400GSR8/SR4.2，单模选择400GDR4，基于单路100GPAM4技术。

2019年为400G元年，开启新一轮升级周期。

谷歌已于2018H2小批量采购400G，2019下半年将开始起量；亚马逊19Q3测试400G平台，将于19Q4或20H1启动400G部署；Facebook将于20H1小批量采购200G；阿里、腾讯或于20H2逐步向400G升级。预测2019全球400G光模块出货量将达到30万只，2020年将进一步放量，或达到120万只以上。100G库存调整于2019Q1见底，将逐步恢复，2019年全球数通100G需求疲软，2020年在400G放量的情况下，100G需求量同比有望实现较高增长。预测，2019年大型数据中心光模块采购金额将出现5%的同比下滑，预测从2020到2024将重回增长，需求主力来自100GDR1、200G、2x200G和400GDR4等。

2、400G光模块：国内厂商崛起，苏州旭创独占鳌头

目前在亚马逊，400GDR4苏州旭创是唯一测试通过的厂商，DR1除了苏州旭创外，还有鸿腾精密，而AAOI、索尔思、Finisar、剑桥科技、新易盛等或测试中或待测试。而在谷歌400G2XFR4仅苏州旭创可出货，400GSR8则有苏州旭创和CloudLight，而光迅科技、新易盛、联特等在测试中。对于400G而言，由于引入PAM4，各厂商模块间的互通性更差，集中度可能进一步提升。

光模块封装属劳动密集型产业，日美厂商没有竞争优势，电信级玩家如Oclaro、Lumentum在100G中后期即退出100GCWDM4的竞争，Oclaro和Lumentum合并后将OclaroJapan数通光模块封装业务剥离给了剑桥科技，预计未来日美厂商将聚焦高端产品和核心芯片，封装将进一步向中国和东南亚转移。

数通100G主力玩家为苏州旭创、Finisar、intel和AOI，Finisar和AOI具备25GDFB激光器能力，在芯片上有一定优势，而到400GDR4/FR4非硅光方案需使用50GEML激光器，Finisar和AOI均不具备EML激光器能力，失去芯片优势。创业公司如Kaiam和ColorChip在100G中前期有一定份额，由于缺乏量产能力和成本竞争力已经面临破产或出售。

国内厂商崛起，苏州旭创独占鳌头。苏州旭创在100G全球市占率第一，目前唯一具备400G单模量产能力，中前期市占率有望超过50%，独占鳌头；国内厂商如光迅科技、新易盛、华工正源、联特，100G时期产品落后第一梯队2-3年，基本无缘份额分配，400G差距显著缩小，有望斩获一定份额。

100G硅光：PSM4有竞争优势，CWDM4已实现量产。

对于PSM4而言，4通道并行，分立方案采用4个同波长的激光器，4收4发，Luxtera硅光方案则只采用一个大功率CW激光器，然后分四路，由硅基调制器调制出速率，18年Luxtera已经斩获PSM4主要市场份额。

对于CWDM4而言，4个激光器波长不同，通过波分复用器合分波，1收1发，硅光在CWDM4同样需要4个激光器，同时CWDM4所需的波分复用器用硅光做存在温飘问题，硅光做CWDM4有一定技术瓶颈，成本优势存疑，intel于18Q3开始批量出货。

400G：硅光在DR4有竞争优势，传统方案不会被完全颠覆。

在400GOSFP，单通道50G，基于25GVcsel、25GDFB、25GEML激光器，PAM4调制，预计主要将是分立方案。

400GQSFP-DD，单通道100G，基于50GEML或者硅基调制器，PAM4调制，硅光在4*100G会用应用场景，尤其是500m场景的DR4（相当于PSM4）。对于2km的FR4（相当于CWDM4），硅光在100G存在的波分复用器温飘、良率问题外，由于引入PAM4调制，多出光功率需求，硅光的损耗问题也将凸显，硅光在2kmFR4能否突破仍存疑；对于短距离100m以内的连接，可能采用基于25GVcsel激光器的400GSR8或AOC。

3、400G连接器：MTP/MPO连接器高密化，价值量提升

MTP/MPO光纤连接器为多芯光纤连接器，一般有8芯、12芯、16芯、24芯、32芯等不同芯数，相较于LC/SC/FC型光纤连接器，具有更高的密度。超大规模数据中心中，动辄数十万台服务器集群，使用MTP/MPO连接器，有利于节省布线空间和成本，提高网络维护灵活性和便利性典型的大型数据中心布线架构，包括接入、汇聚和主干三段，以采用100G