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2013热刺vs切尔西:2019年中國云計算相關的光網絡投資機遇分析[圖]

2019年09月29日 13:13:55字號:T|T

热刺足球场 www.uqilnk.com.cn     一、云計算相關的光網絡投資有望率先復蘇

    云化環境帶給網絡極大的復雜性。數據中心的出現,主要目的在于整合IT資源,提高IT資源的利用率。而云計算是一種按需分配IT資源的新模式,其依賴的虛擬化技術,則通過一虛多的方式進一步提高硬件資源的利用率,因此現在的傳統數據中心正在紛紛進行云化。云化帶來的結果是租戶隨時可以按需購買、動態擴展相應的資源規模,而相應的租戶網絡也需要隨之動態變化,這對云數據中心的網絡運維提出了非常高的要求。SDN的出現恰到好處地應對了這個挑戰,SDN通過分離控制面和數據面,能夠集中地對云數據中心的網絡進行靈活細粒度的管理和控制。但是SDN技術的引入,也帶來了一些新的問題。

數據來源:公開資料整理

    相關報告:智研咨詢發布的《2019-2025年中國云計算行業市場供需預測及發展前景預測報告

    1、雖然軟件定義解決了動態組網的問題,但是網絡邏輯變得更復雜了。因為網絡虛擬化之后,物理網絡之上還多了一層虛擬化的網絡,網絡的邏輯拓撲隨著租戶規模增長、資源動態變更而愈發復雜化。這個時候一旦出現網絡故障,很難快速地發現并定位問題。

    2、另外一個挑戰是監控方面。傳統的Netflow、sFlow、IPFIX等網絡監控方案是基于采樣的,在性能上有缺陷。在OvS里集成的這些技術是基于Per-packet中斷和netlink上報實現的,性能上有瓶頸而無法滿足云網監控的需求;另外它支持的域也是有限的,對于虛擬化網絡來說,很多關鍵的以及感興趣的網絡數據它都沒有。

    3、第三個缺陷是對虛擬化的網絡分析是不充分的。首先它沒法按需進行靈活的、細粒度的數據采集,傳統網絡只需要五元組數據就可以了,而虛擬化網絡里的租戶五元組信息可能是一樣的;傳統網絡的控制和轉發沒有剝離,無法通過控制面來定義要采集什么樣的流量;對流的描述方式還是傳統的五元組,沒法描述虛擬化網絡里多元組信息,比如帶tunnel封裝的和帶VLAN封裝的信息,因為相同IP對應的可能是不同的租戶。對于Overlay的一些包和IP分片的處理也有局限。

    4、此外,虛擬化使得云數據中心網絡的物理邊界消失了。原來基于物理邊界的南北向安全防護,一旦通過租戶授權繞過,那么內網之間就是無安全防護的。

    因此在云數據中心,內網節點之間應該是零信任的。

    云計算根本上是提供計算、存儲和網絡能力。因此,數據中心中的核心設備主要有服務器、存儲設備和網絡設備,并通過光網絡實現互聯,然后統一承載在IDC機房中。云基礎設施部署的順序如下:IDC交付(基建->機電)—>光網絡(光纖連接器->交換機、光??椋?mdash;>服務器和存儲。

    數據中心互聯(DataCenterInterconnect,DCI)將成為光網絡設備需求的主要驅動力。目前,全球數據中心互聯設備的年銷售額已超過30億美元,使得互聯網內容和云提供商成為設備供應商一個重要的細分市場。

    數據中心互聯設備開支正對光網絡設備市場產生著重大的影響,尤其是在北美市場,因為該區域許多互聯網和云提供商都有連接超大規模數據中心的大型網絡。

    互聯網內容提供商(ISP)和網絡中立(Carrier-Neutral)提供商為了數據中心互聯正大量投資建設數據中心基礎設施,其中包括光傳輸。尤其是100G設備的出貨量在互聯網內容和網絡中立市場上正在強勁增長。

    網絡設備商已經意識到這一點。諸如ADVA、阿爾卡特朗訊、BTI系統、Ciena、思科和Infinera等公司已經鎖定了北美數據中心互聯市場。其中,阿爾卡特朗訊和Ciena在該區域市場一直是比較強勁的廠商,而Infinera則是該領域增長最快的廠商。在北美數據中心互聯市場增長比較強勁的廠商還有ADVA和BTI系統。

    其他區域市場的光網絡設備需求也將保持上揚。中國是繼北美之后的第二大光網絡設備市場。

    在數據中心ICT設備資本投入中,服務器占比最高,超過60%,而交換機和光???、光纖連接器占比在15%在實際部署中,云廠商傾向于在IDC交付后將光網絡一次性部署完畢,而服務器則按需上架,類似于先把房屋的硬裝完成,然后再按需購買家具家電等。因此,云計算中,光網絡的投資要領先于服務器。

數據中心ICT設備資本投入結構

數據來源:公開資料整理

    數據中心光??樾棖罅咳【鲇詵衿髁亢屯縭樟脖?。從全球數通光??槭諧」婺#ǜ軴VUM)和服務器出貨量增速來看,二者波動節奏高度匹配。同時,可觀測到在上一輪云基礎設施的衰退周期,數通光??槭諧≡鏊儆?5Q3見底,而服務器出貨量增速于16H1見底,數通光??榱煜確衿?個季度見底。

    本輪云計算設施需求調整,光??櫚髡蒼纈詵衿?,全球數通光??榱匪罩菪翊詞杖爰ナ竊?8Q2,18Q4收入同比環比均大幅下滑,而全球服務器出貨量見頂在18Q3,服務器龍頭浪潮信息增速從18Q4開始下滑。

全球服務器出貨量及增

數據來源:公開資料整理

    本輪云基礎設施市場調整始于18Q2,亞馬遜率先開始去庫存,18H2其他云廠商相繼下修服務器或光??樾棖籩敢?;谷歌從18Q3開始調整,至今年上半年需求依然寡淡;Facebook此前19年100GCWDM4的采購指引為400萬只,后下調到100萬只以內;阿里從18年雙十一后開始需求疲弱,服務器采購量也出現較大回落;騰訊19年光網絡采購金額同比有較大下滑,服務器采購量亦大幅壓縮。

    2019Q2數通光??樾棖蠡厴?。到2019Q2,經過四個季度的庫存出清,亞馬遜光??樾棖蠡厴?,阿里也開始恢復拉貨,Facebook追加可觀規模的訂單,數據中心需求回暖。全球數通光??榱匪罩菪翊吹ゼ徑仁杖朐詿?018Q2的13.9億下滑至2019Q1的8.4億后,強勁回升至2019Q2的11億以上。預計2019Q3底或Q4谷歌100G需求亦有望逐步恢復,數據中心光網絡需求反轉趨勢確立,預計服務器、存儲出貨量也有望逐步見底。

電信和數通光??榧徑仁諧」婺#ò僂蠣澇?br />

數據來源:公開資料整理

中際旭創季度收入(億元)

數據來源:公開資料整理

    二、4400G相關的光???、光纖連接器以及IDC投資機遇

    1、數據中心光網絡向400G迭代,開啟新一輪升級周期

    400G交換機芯片已逐步成熟。2017年12月,博通推出StrataXGSTomahawk3系列芯片產品,Tomahawk3系列基于50GPAM4SerDes技術,以支持基于單芯片實現12.8Tbps(32x400G,64x200G或128x100)的交換和路由設備的大批量部署,與現有解決方案相比,可降低75%的每端口成本和40%的每端口功率。

    2018年10月博通宣布已完成該系列產品功能、性能和可靠性認證,可以轉入正式量產。

    2019年為400G元年,2020年有望放量。服務器生態迭代取決于intelCPU演進,光網絡生態演進取決于博通交換芯片,二者在服務器CPU和交換機芯片分別處于壟斷地位。一般來說,從某一代交換芯片的推出到對應速率的光??榭擠帕?,需要2-3年時間。2014年,博通推出首款32x100GStrataXGSTomahawk交換芯片,2年后,也就是2016年下半年,100G光??榭擠帕?。預計400G市場將遵循100G市場同樣的邏輯,博通Tomahawk3芯片于2017年12月推出,2018年10月量產,因此2019年400G將逐步啟動,2020年有望放量。

博通交換機芯片演進和光??櫚墓?br />

數據來源:公開資料整理

    從10G迭代到40G經歷了5年,從40G升級到100G經歷了4年,100G于2016年下半年起量,隨著博通Tomahawk3于2018年底轉入正式量產,2019年迎來400G元年。1)Google最早于2007年采購10GSFP+光???,真正放量在2010年;2)40G??楸曜莢繚?010年已發布,出貨始于2012年,2014年放量;3)2016Q3,北美云廠商開始開始從10G/40G平臺向25G/100G平臺升級,100G光??樾棖笸?,2016年全球100GQSFP28光??槌齷趿砍?0萬只,其中一半以上于2016年第4季度出貨。

服務器和交換機端口速率演

數據來源:公開資料整理

    OSFP和QSFP-DD將是400G光??櫓饕牧教醴庾骯娓衤廢?。

    10G光??橐許FP封裝規格為主,40G、100G光??櫸直鷚訯SFP+、QSFP28封裝規格為主,對于400G光??檳殼壩?種封裝規格路線,分別是CFP8、OSFP、QSFP-DD和COBO。各封裝規格在大?。ň齠ń涌諉芏齲?、散熱(決定功耗)、兼容性和可實現性封面各有優劣,各封裝規格各有支持陣營。各封裝規格優劣如下:

    1)CFP8:CFP8利用成熟的25G組件,通過16*25G可快速實現400G的推出和量產,然而代價是需較大的物理尺寸來容納16通道的電、光元件,意味著犧牲端口密度,在四種封裝規格中,CFP8體積最大,端口密度最低,同時由于電、光組件多,功耗也是最大,且成本高,由于相對較大的物理尺寸,CFP8的散熱良好。

    2)OSFP:OSFP(OctalSmallFormFactorPluggable),Octal即八進制的意思,即8*50G的方案,25G的激光器經PAM4高階調制實現50G光信號。OSFP集成了散熱器,支持??樽罡叩?5w的功耗;OSFP比CFP8尺寸要小不少,但比100G時代的QSFP封裝要大,不能向下兼容,且需重新設計PCB以及Hostingcage,雖比QSFP-DD要大,OSFP仍然可支持單板32個接口密度;此外,OSFP封裝支持400GZR,并且向上支持800G。

    3)QSFP-DD:DD指的是“DoubleDensity”,QSFP-DD是在QSFP封裝的基礎上拓展,增加了一排電接口,大小和QSFP一致,只是在長度上做了擴展,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,但散熱是較大的挑戰,激光器易因散熱不均或不及時而失效,或需7nmCMOS工藝應用以緩解該問題,此外QSFP-DD比較難支持400GZR和超400G。

    4)COBO:COBO(ConsortiumforOn-BoardOptics),即板載光???,直接把光??櫓糜詰グ逕?,散熱問題極大緩解,同時不像前述封裝規格接口密度受限,但問題在于非熱插拔,板上任何一個光??槭?,需取出單板,管理運營不便。

    數據中心光??櫚難≡裰饕劑懇韻錄父鲆蛩?,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,不會是數據中心的選擇;COBO非熱插拔,管理運營不便,僅微軟在主推,獨木難支;OSFP和QSFP-DD將是400G主要的兩條封裝規格路線。OSFP相對QSFP-DD更成熟,對于急于部署400G的廠商來說更傾向于OSFP,如谷歌、Arista;QSFP-DD在單板密度和功耗方面都優于OSFP,但需單路100GPAM4技術,更難實現,主推廠商有亞馬遜、Facebook、阿里、思科、華三等。

    光??樘嶸淼姆椒ㄓ辛街?,1)提高每個通道的比特速率,2)增加通道數。提升比特速率有兩個方法,1)直接提升波特率,2)保持波特率不變,使用更高的調制編碼格式。在千兆、萬兆時期,技術瓶頸還沒到,直接就可以提升波特率,但到了10G以上,無論是電還是光,提升波特率變得越來越難。10G到40G,提升的是通道數。從40G到100G,提升的是單通道的波特率(10G->25G)。而從100G到400G:1)16*25G方案體積大,功耗高,將不會是選擇;2)如果使用4通道或8通道,則單通道比特率需達到100G或50G,而激光器做到100G波特率有瓶頸,50G可實現,但也有難度,因而還需要更高的調制方式,即PAM4。總而言之,光不足,電來補,電芯片價值占比提升。

    隨著博通Tomahawk3芯片轉量產,云廠商和互聯網巨頭將向下一代光網絡平臺演進,對于下一代光網絡平臺所使用的光???,無非以下四種選擇:1)繼續用100G、2)切換到200G、3)切換到2*200G、4)切換到4*100G。
谷歌選擇OSFP封裝,采用2*200G,基于單路50PAM4技術,多模選擇400GSR8,單模選擇400G2xFR4,2022年或向2*400G升級。亞馬遜選擇QSFP-DD封裝,采用4*100G,基于單路100GPAM4技術,選擇100GDR1和400GDR4(DR4BreakoutDR1)。Facebook推出F16平臺,延長100G生命周期,以200G為過渡(基于單路50GPAM4技術)。阿里選擇QSFP-DD封裝,服務器接入將采用100GSFP-DDAOC,基于單路50GPAM4技術;交換機互聯多模選擇400GSR8/SR4.2,單模選擇400GDR4(超500m場景采用FR4,預計占比較低),基于單路100GPAM4技術。騰訊選擇QSFP-DD,多模采用400GSR8/SR4.2,單模選擇400GDR4,基于單路100GPAM4技術。

    2019年為400G元年,開啟新一輪升級周期。

    谷歌已于2018H2小批量采購400G,2019下半年將開始起量;亞馬遜19Q3測試400G平臺,將于19Q4或20H1啟動400G部署;Facebook將于20H1小批量采購200G;阿里、騰訊或于20H2逐步向400G升級。預測2019全球400G光??槌齷趿拷锏?0萬只,2020年將進一步放量,或達到120萬只以上。100G庫存調整于2019Q1見底,將逐步恢復,2019年全球數通100G需求疲軟,2020年在400G放量的情況下,100G需求量同比有望實現較高增長。預測,2019年大型數據中心光??椴曬航鴝罱魷?%的同比下滑,預測從2020到2024將重回增長,需求主力來自100GDR1、200G、2x200G和400GDR4等。

數通光??槭諧」婺Tげ猓ò僂蠣澇?br />

數據來源:公開資料整理

100G需求量預測(百萬美元)

數據來源:公開資料整理

    2、400G光??椋汗誄提繞?,蘇州旭創獨占鰲頭

    目前在亞馬遜,400GDR4蘇州旭創是唯一測試通過的廠商,DR1除了蘇州旭創外,還有鴻騰精密,而AAOI、索爾思、Finisar、劍橋科技、新易盛等或測試中或待測試。而在谷歌400G2XFR4僅蘇州旭創可出貨,400GSR8則有蘇州旭創和CloudLight,而光迅科技、新易盛、聯特等在測試中。對于400G而言,由于引入PAM4,各廠商??榧淶幕ネㄐ愿?,集中度可能進一步提升。

    光??櫸庾笆衾投薌筒?,日美廠商沒有競爭優勢,電信級玩家如Oclaro、Lumentum在100G中后期即退出100GCWDM4的競爭,Oclaro和Lumentum合并后將OclaroJapan數通光??櫸庾耙滴癜敫私G趴萍?,預計未來日美廠商將聚焦高端產品和核心芯片,封裝將進一步向中國和東南亞轉移。

    數通100G主力玩家為蘇州旭創、Finisar、intel和AOI,Finisar和AOI具備25GDFB激光器能力,在芯片上有一定優勢,而到400GDR4/FR4非硅光方案需使用50GEML激光器,Finisar和AOI均不具備EML激光器能力,失去芯片優勢。創業公司如Kaiam和ColorChip在100G中前期有一定份額,由于缺乏量產能力和成本競爭力已經面臨破產或出售。

    國內廠商崛起,蘇州旭創獨占鰲頭。蘇州旭創在100G全球市占率第一,目前唯一具備400G單模量產能力,中前期市占率有望超過50%,獨占鰲頭;國內廠商如光迅科技、新易盛、華工正源、聯特,100G時期產品落后第一梯隊2-3年,基本無緣份額分配,400G差距顯著縮小,有望斬獲一定份額。

    100G硅光:PSM4有競爭優勢,CWDM4已實現量產。

    在數據中心100G各產品品類中,PSM4和CWDM4目前有硅光方案,PSM4主要是Luxtera、Intel、Mellanox等,CWDM4主要是Intel、Macom,Mellanox是硅光領域的重要參與者之一,已于18年初中止硅光業務,Macom至今沒能向市場投放樣品,Luxtera和intel有出貨是真正量產的兩家。

    對于PSM4而言,4通道并行,分立方案采用4個同波長的激光器,4收4發,Luxtera硅光方案則只采用一個大功率CW激光器,然后分四路,由硅基調制器調制出速率,18年Luxtera已經斬獲PSM4主要市場份額。

    對于CWDM4而言,4個激光器波長不同,通過波分復用器合分波,1收1發,硅光在CWDM4同樣需要4個激光器,同時CWDM4所需的波分復用器用硅光做存在溫飄問題,硅光做CWDM4有一定技術瓶頸,成本優勢存疑,intel于18Q3開始批量出貨。

    400G:硅光在DR4有競爭優勢,傳統方案不會被完全顛覆。

    在400GOSFP,單通道50G,基于25GVcsel、25GDFB、25GEML激光器,PAM4調制,預計主要將是分立方案。

    400GQSFP-DD,單通道100G,基于50GEML或者硅基調制器,PAM4調制,硅光在4*100G會用應用場景,尤其是500m場景的DR4(相當于PSM4)。對于2km的FR4(相當于CWDM4),硅光在100G存在的波分復用器溫飄、良率問題外,由于引入PAM4調制,多出光功率需求,硅光的損耗問題也將凸顯,硅光在2kmFR4能否突破仍存疑;對于短距離100m以內的連接,可能采用基于25GVcsel激光器的400GSR8或AOC。

    3、400G連接器:MTP/MPO連接器高密化,價值量提升

    MTP/MPO光纖連接器為多芯光纖連接器,一般有8芯、12芯、16芯、24芯、32芯等不同芯數,相較于LC/SC/FC型光纖連接器,具有更高的密度。超大規模數據中心中,動輒數十萬臺服務器集群,使用MTP/MPO連接器,有利于節省布線空間和成本,提高網絡維護靈活性和便利性典型的大型數據中心布線架構,包括接入、匯聚和主干三段,以采用100GCWDM4光??橛糜誚換換チ氖葜行奈?,其接入段需采用LC-LC的短跳線(2芯),一端連接CWDM4???,另一端連接LC-MTP/MPO的轉接??楹校ū熱?個LC轉接成1個12芯的MTP,相當于匯聚段),轉接??楹械腗TP連接頭再連接主干光纖連接器(比如由12個12芯MTP組成的144芯的主干光纖連接器),最終將72個光??楹罅擁?2根LC-LC光纖連接器匯聚到了一根144芯的光纜,大大節約了布線空間,更加簡潔、便利。

    400G光纖連接器將是100G芯數的2倍甚至4倍。100G光??櫓髁Σ防嘈臀猄R4和CWDM4,所需光纖連接器分別為8芯多模MTP/MPO連接器和2芯單模LC連接器。400G目前看主力產品類型將是SR8、DR4和2xFR4,所需光纖連接器分別為16芯多模MTP/MPO連接器、8芯單模MTP/MPO連接器和2根2芯單模LC連接器。400G多模光??樗褂玫牧悠鶻?00G的2倍,而單模,若為DR4則是4倍,若為2xFR4將是2倍。以上為接入段所需光纖連接器的芯數變化,對于匯聚段和主管段而言,芯數也同樣要提高。

100G和400G主力產品所使用光纖連接器比較

數據來源:公開資料整理

    對于MTP/MPO連接器而言,核心工藝環節為穿纖和研磨,隨著芯數的提高,工藝難度將大幅提升,要保證8芯MTP連接器8個光纖端面研磨的一致性,與保證16芯MTP連接器16個光纖端面研磨的一致性相比,其難度不可同日而語,預計400G光纖連接器價值量較100G將大幅提升,同時競爭門檻也將提高。

    綜上,隨著云計算基礎設施投資回暖,云計算發展提速,建議關注以下三個領域的投資機會:

    一是光???,尤其是400G高速光??榧笆ü庀肆悠?,建議關注中際旭創、新易盛、太辰光;

    二是IDC,具備優勢資源儲備的公司受益將較為明顯,建議關注寶信軟件、光環新網、奧飛數據;

    三是網絡設備,包括紫光股份、星網銳捷、浪潮信息等。

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