在过去的十年中,光产业的结构快速转变。光系统和子系统供应商已经舍弃从光模块到整机都由自己包办的垂直集成结构,转而从外部提供商获得光学子系统和模块。那些将他们所有或部分的光器件部门剥离的系统供应商包括:北电网络、Marconi(卖给了Bookham技术公司)、阿尔卡特和康宁公司(卖给了Avanex)。
除了存在这种改变,光学模块供应商之间还发生了大量的合并。最近有名的案例包括:Finisar收购了英飞凌公司的关键知识产权、JDSU获得了E2O、Triquint收购了杰尔系统公司的光学模块业务(随后卖给了CyOptics)、Tyco完全退出了模块市场。
不仅如此,大量的模块生产任务也被输出到亚洲远东地区的合同制造商。事实上,光学模块市场逐渐进入到一种类似膝上型电脑的情况,即大量的亚洲合同制造商在组装或生产几乎所有整个产业的光学模块。
随着竞争供应商的模块组装成本逐渐趋向一致,供应商现在期望进一步降低其模块的成本,特别是光组件(OSA)和集成电路的成本。
图1:随着在MMF上传播距离的变长,色散对信号脉冲及其眼图的影响情况。
本文简单地探讨当前光产业面临的挑战,并强调OSA和IC供应商在推动产业满足这些挑战上所扮演的重要作用。
自己生产还是外包？
随着供应商几年之前意识到垂直集成不是实现他们利益目标的最佳策略,今天光学模块供应商在OSA和IC上面临类似的挑战。尽管公司内部的光学能力,特别是发射源传统上被认为对成功至关重要,越来越多的新厂商可以向模块供应商提供可行的选择。像Acasia、Archom、ASIP、Hana、Hymite、Intexys、Modulight和Truelight都在争相为模块供应商提供OSA,或者成为满足电、光和机械方面定制规格的合同制造商。这些主流的OSA供应商或者立足在远东,或者在远东地区生产OSA来降低成本。
Finisar最近收购了Honeywell的光器件事业部,这意味着除了其它光器件外,该公司还有效控制了产业内的短波(SW)发射源。因此,现在那些没有内部的光学技术能力的模块生产商比什么时候都急于获得一个可行的光学器件或者OSA的开放供应源。
由于OSA简单的功能性,它们之间难以实现差异化。对于数据速率低于10Gbps的设计,外部OSA提供商主要在成本上竞争。在更高的数据速率上,通过利用全新的封装或者选择特定的发射器和光电检测器来提供更高性能,以实现差异化。然而,随着这些专业的OSA供应商不断强化他们的10Gbps设计并扩大产能,供应商之间的这种性能差异化正在减少,并再次使低成本成为主要的目标。
随着OSA逐渐成为产业所需的普通产品,关注焦点逐渐转向模块内部的IC。类似OSA,传统上IC一直以来都从公司内部获取。能自己提供IC的公司包括:安捷伦、Finisar、Intel和JDSU。这种策略对于那些具有非常高销售收入的市场领导者来说是有意义的,或者当供应商希望实现专有的电-光技术以获取技术优势时也是有意义的。然而,对于任何其它的情况,内部提供IC并不具有规模经济效益。
硅集成的创新使得竞争IC提供商能通过更高的功能和减少器件数量来提供差异化。此外,通过在多个客户之间来平摊生产、测试和额外的开销,外部的IC提供商可以比自己内部提供IC更具成本优势。还应该注意到,公司自己内部IC设计团队仅限于设计在模块的物理介质相关(PMD)光接口上的模拟IC。将PMD连接到电子子系统的物理介质接入(PMA)IC很少成为公司内部IC团队的关注点。这主要是因为PMA设计将要求内部设计组支持一个庞大的、具备模拟、混合信号和数字设计技巧的团队。为最大化节省成本,模块供应商需要来自单个IC提供商的PMD和PMA产品,而不是混合采用来自多个供应源的IC。
采用外部现成的OSA和IC是使收益最大化的关键。因此,对于模块提供商、OSA和IC器件提供商来说,形成战略伙伴关系来解决新市场条件下的技术和商业挑战非常重要。
新市场,新挑战
然而,单靠更低成本的模块并不能确保利润。供应商需要发现更大批量的市场。尽管电信市场最近几年增长很小,数据通信、PON和存储市场却处于繁荣时期。表2显示了预测将快速增长的两种应用。该表预测了光纤信道(FC)存储市场和10Gbps以太网(10GbE)市场所需的光模块总量。这个表还显示了4Gbps SW FC模块和用于10GbE的300米多模光纤模块(MMF)的市场总量。正如表中的数据显示,300米10GbE和4Gbps FC应用的数量会快速增长,将分别占到大部分的FC和10GbE市场。
存储:对于存储应用,最近人们见证了在2Gbps FC技术标准完成后,FC系统几乎一夜之间从1Gbps转变到2Gbps。因为存储是大批量、成本敏感的应用,系统供应商向模块提供商施压,以期望在不增加成本的情况下使性能倍增。模块提供商在过去能够相对较快地满足这种挑战,因为提高的数据速率并没有将OSA和IC的技术边界推到他们现有的1Gbps能力之外。
今天,从2Gbps到4Gbps FC的转换对模块供应商提出了类似的进度和成本要求,但是对2Gbps硬件的性能要求更具挑战性。OSA和IC提供商再次解决了这种挑战,以帮助模块供应商实现他们所要求的目标。
以Phyworks公司为例,这是一家英国的无晶圆厂IC提供商,该公司最近发布了其用于小外形尺寸模块的4Gbps FC IC方案(PHY1070/75)。通过选择一种创新的电路架构,Phyworks能够在现有方案的基础上,为模块供应商提供差异化、减少成本的方案,而同时不会牺牲性能。使客户实现增值的关键架构选择是在单个收发器芯片中集成传统上分离的接收后置放大器和激光驱动器IC功能。通过减少芯片数量为客户增加的好处是更简单的模块制造和更有效的生产测试。
数据通信:表1表明300米MMF将占10Gbps市场的主要部分。这种应用与企业光纤骨干网有关,这些骨干网络主要是通过MMF将边缘交换机连接到汇聚交换机。当前,大多数连接到边缘交换机的用户使用数据速率为100Mbps的快速以太网(FE)铜线,但是大多数新的PC和膝上电脑实际上采用1Gbps千兆以太网端口。为了利用网络边缘这种增长的客户端能力,并避免光纤骨干网的传输瓶颈,安装的MMF必须能支持10Gbps信令。
然而,MMF的数据速率性能受到模色散现象的影响,这种现象导致当信号脉冲在MMF中传播时产生“扩散”,如图1所示。这降低了链接的错误率性能,在极端的情况下,能导致接收到的波形的眼图完全封闭。
有两种解决这种色散问题的方案:一是采用具有低色散特性的高带宽MMF来取代已安装的光纤骨干网络；二是可以采用电子技术来解决传统光纤的色散效应。在这两种方案中,由于成本的问题,铺设新光纤的方案对于企业IT经理来说是不可行的。在可以预见的未来中,已铺设的低带宽光纤将继续是所有现有基础设施的重要组成部分。因此,电子色散消减技术将用来使企业实现从它们的传统光纤骨干网络向10Gbps容量转换。
目前,IEEE的10GBASE-LX4标准是解决这种问题的方法。自从色散效应成为影响数据速率的因素以来,LX4通过发送4个光复用的3Gbps数据路径,而不是一个10Gbps串行信号减轻了这些效应。然而,由于LX4固有的光学、热和机械复杂性,影响到了企业网络对低成本的要求,因此,针对模色散的替代电子解决方案仍然具有吸引力。
目前,寻找一种具有成本效益的LX4替代方案消耗了大量的研发精力,IEEE正在进行相关的标准化工作。这种新提案的IEEE标准称为10GBASE-LRM,将依赖在电子色散补偿(EDC)方面的IC技术创新来解决色散挑战。LRM标准可望在2005年后期到2006年的早期得到批准。
表1:高增长应用领域的两个实例。
由于企业网络固有的成本敏感性,OSA供应商在帮助提供一种成功的LRM解决方案方面也在发挥着他们的作用。不管OSA模块的数据率或者模块的外形尺寸怎样,它一般占到总模块成本的30~40%,因此在这个应用中,OSA是降低成本的重要关注领域。
对于4Gbps FC的案例,通过认真地就集成、工艺和制造做出选择,EDC IC和OSA供应商有机会向模块供应商提供高性能、具有成本竞争力的方案。对于IC来说,通过集成EDC功能与已有的PMA功能(例如接收重定时序),IC供应商能够将色散补偿仅仅作为一种增值特性提供。对于OSA和接收光组件(ROSA),通过采用大面积、低电容光电探测器等,可以避免需要用到复杂而昂贵的聚焦光学器件。同样,为了获得理想的EDC,在ROSA中需要采用一个高度线性的互阻抗放大器(TIA)IC。EDC IC供应商应该提供一个适合EDC的TIA,以实现一个组合的接收IC方案。
通过模块、OSA以及IC供应商之间的有效协作,像前面强调的存储和数据通信的挑战都能正面地成功解决。这种伙伴关系的至关重要的方面是IC和OSA供应商要在模块客户的评估和产品设计阶段提供支持。
战略伙伴关系随着光产业竞争性越来越强,上市时间的压力让OSA、IC和模块供应商之间的合作更加紧密。然而,一直以来IC和OSA供应商对模块客户的支持一般就到评估板为止。今天,器件供应商在对他们的客户提供支持上更加成熟,IC和OSA供应商正在意识到他们不能仅仅给客户提供评估板。最近,很少的一部分IC供应商实际上开发出采用他们自己的IC和控制固件以及客户指定OSA的完全适合MSA的参考设计。这对于模块制造商来说,具有明显的上市时间和成本好处,减少了OSA和IC提供商从产品生产到实现收入的时间。
图3显示了Phywork公司的4Gbps FC SFP参考设计的一个实例。这个实例的设计和固件是根据客户的电子、机械和光学规范来开发的,已经成功进入批量生产。
同时,这样的支持在成本和时间上是非常大的资源开销,IC和OSA供应商并不想成为垂直集成模块制造商。这种详尽支持的目标只不过是使器件和模块供应商的商业机会最大化。
作者:Chet Babla
产品经理
Phyworks公司
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