Wat is het doel van een optische transceiver?
Dec 23, 2025|
Veel mensen zijn misschien niet bekend met de term 'optische zendontvanger'. Maar elke keer dat je op TikTok surft, videogesprekken voert of bestanden opslaat in de cloudopslag, werkt dit kleine apparaat stilletjes achter de schermen.
Ik heb meer dan tien jaar in de telecommunicatie-industrie gewerkt, vanaf het moment dat ik met 1G SFP-modules werkte tot ik nu de wereld rondreis om 400G- en 800G-oplossingen te promoten, waarbij ik uit de eerste hand getuige ben geweest van de explosieve groei van de industrie. Vandaag zal ik het hebben over waar optische transceivers eigenlijk voor worden gebruikt, in een poging het in eenvoudige bewoordingen uit te leggen en jargon te vermijden.
Laten we eerst eens kijken wat een optische transceiver is
Een optische zendontvanger, in de industrie doorgaans een "optische module" genoemd, is in wezen een signaalomzetter.
Uw thuisrouter, bedrijfsswitch en datacenterservers werken allemaal op elektrische signalen. Maar elektrische signalen hebben een groot probleem:-ze reizen niet ver. Met koperen kabels kan een 10G-signaal slechts 30-50 meter afleggen voordat het kapot gaat, en het is extreem gevoelig voor interferentie; zelfs een draaiende motor in de buurt kan problemen veroorzaken.
Optische signalen zijn verschillend. Theoretisch kunnen optische signalen in single{1}} glasvezel honderden kilometers afleggen, met een absurd grote bandbreedte; een enkele vezel zo dun als een mensenhaar kan tientallen terabytes aan gegevens tegelijkertijd verzenden.
Maar hier is het probleem: apparaten kunnen geen optische signalen verwerken.
Daarom hebben we optische modules nodig als "vertalers":
Bij verzending:elektrische signalen omzetten in optische signalen en deze naar de glasvezel sturen.
Bij ontvangst:de optische signalen in de glasvezel weer omzetten in elektrische signalen die de apparaten kunnen verwerken-zo eenvoudig is het.
Datacenters – de grootste consumenten van optische modules
Laat ik beginnen met enkele concrete cijfers. Vorig jaar had ik de gelegenheid om het datacenter van een toonaangevende cloudprovider in Zhangbei te bezoeken. Het operationele en onderhoudspersoneel vertelde me dat hun campus meer dan 500.000 optische modules had, en dat ze er om verschillende redenen elke maand een paar honderd vervingen; reserveonderdelen lagen als kleine bergen in het magazijn opgestapeld.
En dit was maar één campus. Het gecombineerde totaal van verschillende grote binnenlandse fabrikanten overschrijdt gemakkelijk de tien miljoen optische modules die in gebruik zijn.
Servertoegang
In reguliere datacenters is elke server tegenwoordig uitgerust met minimaal twee 25G- of 100G-netwerkpoorten, die allemaal optische modules vereisen. Een rack met 40 servers zou alleen al voor die serverlaag 80 optische modules nodig hebben.
Sommige mensen vragen zich af: "Waarom gebruiken we niet gewoon koperkabels voor korte afstanden?"
Er bestaat inderdaad zo'n oplossing, genaamd DAC (Direct Connect Copper Cable), die inderdaad goedkoop en effectief is binnen 3 meter. Het werkt echter niet verder dan 3 meter vanwege ernstige signaalverzwakking. Datacenterbekabeling is zelden netjes; het gaat vaak om bochten en bochten, waarbij 5 of 10 meter vrij gebruikelijk is. In dergelijke gevallen zijn optische modules essentieel.
Spine-Leaf Interconnect-architectuur
De meeste fatsoenlijke datacenters gebruiken nu een Spine-Leaf-architectuur. Leaf-switches beheren de servertoegang, terwijl Spine-switches de oost-west-verkeersdoorsturing afhandelen.
De afstand tussen de Leaf en Spine varieert van tientallen tot een paar honderd meter, en is over het algemeen 100G of hoger, waarbij grote fabrikanten al overstappen op 400G.
Volgens gegevens van LightCounting begin 2024 zijn optische modules van 100G nog steeds de grootste categorie in datacenterverzendingen, maar maakt 400G een verbazingwekkende groei door, met een stijging van bijna 80% op jaarbasis-op-jaar.
Ik denk dat 400G in 2025 de standaard zal worden voor nieuw gebouwde datacenters.
Datacenterinterconnect (DCI)
Grote bedrijven hebben doorgaans meerdere datacenters in een stad, waardoor een hoge-interconnectie nodig is voor gegevenssynchronisatie en noodherstel.
DCI-afstanden binnen dezelfde stad bedragen doorgaans 10-80 kilometer. Voorheen werd voor dit scenario 100G LR4 en ER4 gebruikt, maar nu wordt 400G ZR steeds vaker toegepast. ZR is een coherente optische module die kan werken op afstanden van 80 kilometer of zelfs langer, met een 400G met enkele golflengte, die zeer krachtig is.
Vorig jaar wilde een klant een directe 400G-verbinding tot stand brengen tussen twee datacenters die 60 kilometer uit elkaar liggen. Aanvankelijk was het plan om traditionele DWDM-apparatuur te gebruiken, wat enkele miljoenen yuan zou hebben gekost. Later schakelden ze over op een directe verbinding met 400G ZR optische modules, waardoor de kosten met meer dan de helft werden verlaagd en het onderhoud aanzienlijk werd vereenvoudigd. Dit is een bewijs van de voordelen van technologische vooruitgang.
AI-clusters – de populairste trend van de laatste tijd
Modellen op grote- schaal zijn de afgelopen twee jaar populair geworden en de netwerkbandbreedtevereisten voor trainingsclusters zijn ronduit krankzinnig.
NVIDIA's DGX H100-server, met 8 GPU's per machine en elke GPU uitgerust met een 400G Ethernet-poort, vereist acht 400G optische modules per machine. Het opzetten van een cluster van tienduizenden GPU's zou astronomische kosten voor optische modules tot gevolg hebben.
Het gerucht gaat dat een grote fabrikant honderden miljoenen vooruitbetaald heeft aan zijn leveranciers om de productiecapaciteit van 800G optische modules veilig te stellen.
Persoonlijk ben ik van mening dat de vraag naar AI te snel is gekomen en dat de toeleveringsketen voor optische modules voortdurend krap is geweest. Het meest directe bewijs is dat de aandelenkoersen van verschillende toonaangevende fabrikanten van optische modules dit jaar omhoog zijn geschoten.
Netwerken van telecommunicatiebedrijven vormen een traditionele markt voor optische modules. Hoewel ze niet zo ‘sexy’ zijn als datacenters, is hun schaal stabiel.
5G transportnetwerk
5G-basisstations zijn onderverdeeld in drie niveaus: AAU, DU en CU. De verbindingen daartussen worden fronthaul, midhaul en backhaul genoemd.
Fronthaul (AAU tot DU) maakt meestal gebruik van 25G optische modules, met afstanden die over het algemeen niet groter zijn dan 20 kilometer. Dit segment stelt extreem hoge eisen aan latentie en synchronisatie, waarbij gebruik wordt gemaakt van het eCPRI-protocol, en ook de optische modules stellen enkele speciale eisen. Vorig jaar waren ze in een 5G-fronthaul-project met een provinciale mobiele operator zeer streng bij het testen van de latentie van de optische modules; Er zijn verschillende batches geretourneerd vanwege te hoge latentie. Kwaliteitscontrole is cruciaal bij telecomprojecten.
Midhaul en backhaul maken gebruik van optische modules met hogere snelheden, waaronder 50G en 100G, en over veel langere afstanden, mogelijk tientallen kilometers.
De piek van de implementatie van 5G is feitelijk voorbij, maar er wordt nog onderzoek gedaan naar 6G, dus later zijn er nog mogelijkheden.
Metropolitan Area Networks (MAN's) en backbone-netwerken
Metropolitan Area Networks (MAN's) zijn in de eerste plaats de netwerken die worden beheerd door vervoerders binnen steden, waarbij verschillende soorten toegangsverkeer worden samengevoegd en naar het backbone-netwerk worden gestuurd.
Het backbone-netwerk is een langeafstandstransmissienetwerk- dat steden en provincies omspant en vrijwel al het internetverkeer vervoert. Backbone-netwerken moeten gebruik maken van DWDM-systemen, waarbij tientallen of zelfs honderden golflengten in één enkele optische vezel worden gepropt, waarbij elke golflengte 100G of 400G bedraagt.
De optische modules die op dit gebied worden gebruikt, zijn de technologisch meest geavanceerde, voornamelijk coherente optische modules, en zijn duur; een enkele module kan gemakkelijk tienduizenden yuan kosten. Eerlijk gezegd heeft de backbone-netwerksector hoge winstmarges, maar het volume is klein en het klantenbestand is beperkt tot een paar vervoerders, waardoor relaties cruciaal zijn.
Vereisten voor optische modules voor bedrijfsnetwerken
Iets grotere bedrijven zullen zeker glasvezelkabels tussen kantoorgebouwen moeten aanleggen. Het meest extreme voorbeeld dat ik heb gezien is het netwerk van een autofabriekcampus. Het fabrieksterrein is zo groot dat sommige gebouwen drie of vier kilometer uit elkaar liggen, waardoor 10G LR of zelfs ER optische modules nodig zijn.
Enterprise-klanten zijn over het algemeen prijs-gevoelig. Optische modules van de Original Equipment Manufacturer (OEM) zijn te duur, dus de meesten zullen kiezen voor compatibele modules van derden-. Zolang u een betrouwbare leverancier vindt, werken compatibele modules over het algemeen zonder problemen. Er zijn echter uitzonderingen. Sommige grote staatsbedrijven-en financiële instellingen vereisen het gebruik van OEM-modules in hun inkoopprocessen, zelfs als deze twee of drie keer duurder zijn. Er zijn nalevingsvereisten; er is geen manier omheen.
In bedrijfsdatacenters zijn ook optische modules nodig om servers en opslagapparaten met elkaar te verbinden.
Er zijn twee hoofdsystemen voor opslagnetwerken: Fibre Channel (FC) en Ethernet. FC is een ouder protocol, maar wordt vanwege de stabiliteit en betrouwbaarheid nog steeds veel gebruikt in sectoren als de financiële sector en de gezondheidszorg.
FC optische modules hebben hun eigen specificaties: 8G, 16G en 32G FC, en ze kunnen niet door elkaar worden gebruikt met optische Ethernet-modules. De afgelopen jaren is het NVMe-oF-protocol aan populariteit gewonnen, waarbij Ethernet wordt gebruikt om opslagverkeer te vervoeren, en het marktaandeel van FC wordt geleidelijk uitgehold. Dit proces zal echter erg langzaam verlopen omdat de bestaande markt te groot is.
Andere toepassingen van optische modules
Fabrieksomgevingen zijn zwaar, met hoge niveaus van elektromagnetische interferentie en drastische temperatuurschommelingen, waar gewone optische modules niet tegen kunnen. Optische modules van industriële-kwaliteit vereisen een bedrijfstemperatuurbereik van -40 graden tot +85 graden, evenals trillings- en schokbestendigheid. De kosten zijn aanzienlijk hoger dan die van gewone optische modules, maar industriële klanten maken zich geen zorgen over de extra kosten; zij geven prioriteit aan stabiliteit.
Een vriend die aan een staalfabriekproject werkt, vertelde me dat gewone schakelaars simpelweg niet bruikbaar zijn voor de netwerkapparatuur in de buurt van hun hoogovens; ze moeten apparatuur van industriële-kwaliteit gebruiken met optische modules van industriële-kwaliteit, anders raakt het netwerk oververhit en crasht.
TV-stations gebruiken ook optische modules om videosignalen intern uit te zenden, maar het protocol is iets anders; het is SDI via glasvezel.
4K- en 8K-signalen met ultra-hoge-definitie hebben zeer grote bandbreedtes, en compressie introduceert latentie, wat onaanvaardbaar is voor live-uitzendingen. Daarom maakt de omroepindustrie gebruik van ongecomprimeerde transmissie, wat zeer hoge eisen stelt aan de bandbreedte van optische modules.
Militaire optische modules zijn een compleet andere wereld, waarvoor verschillende verhardingen en certificeringen nodig zijn, en de prijs is ook in een heel andere klasse -schandalig duur. Specifieke details zijn niet gemakkelijk bekend te maken, maar kortom, de technische barrières zijn erg hoog en er zijn niet veel spelers die dit veld kunnen betreden.
Hoe kies je een optische module?
Hoe kies je, na zoveel toepassingen te hebben besproken, een optische module in de praktijk?
SR: Gebruik binnen een straal van 100 meter multimode glasvezel
DR: 500 meter, single-glasvezel
FR: 2 kilometer, single-glasvezel
LR: 10 kilometer, single-glasvezel
ER: 40 kilometer
ZR: 80 kilometer of zelfs langer.
Laat enige marge bij het selecteren van optische modules. Als de gemeten afstand bijvoorbeeld 800 meter is, kiest u
DR (500 meter-specificatie) is absoluut niet genoeg; je moet FR gebruiken.
Multimode optische modules kunnen alleen worden gebruikt met multimode glasvezel, en single-mode optische modules kunnen alleen worden gebruikt met single-mode glasvezel. Kies je het verkeerde type, dan licht de module niet op.
Multimode glasvezel heeft verschillende kwaliteiten: OM1, OM2, OM3, OM4 en OM5. Hoe hoger de helling, hoe langer de ondersteunde afstand. Momenteel zijn OM3 en OM4 de mainstream. Single-mode glasvezel is in principe G.652, dus u hoeft zich geen zorgen te maken over het model.
Hoewel optische modules de MSA-standaard hebben, implementeren verschillende fabrikanten van apparatuur nog steeds verschillende methoden, dus ze zijn niet allemaal noodzakelijkerwijs compatibel. Voor apparatuur van Cisco en Huawei gelden meer beperkingen voor optische modules van derden-, en sommige vereisen invoer-opdrachtregel voor herkenning. Arista en Mellanox zijn relatief meer open. Vraag voor de zekerheid aan de leverancier of deze het op het doelapparaat heeft getest. Grote fabrikanten van compatibele optische modules hebben doorgaans compatibiliteitslijsten.
Optische modules met hoge-snelheid verbruiken steeds meer stroom. Een 400G DR4-module verbruikt 8-10W, terwijl een 400G ZR-module 15-20W kan bereiken.
Als alle optische modules in een schakelaar zijn geïnstalleerd, kan het totale energieverbruik enkele honderden watts bedragen, wat een uitdaging vormt voor de warmteafvoer. Vergeet niet om hiermee rekening te houden in uw ontwerp, om overbelasting van het koelsysteem van het datacenter te voorkomen.
Er is momenteel veel vraag naar 800G-modules, waarbij sommige modellen een levertijd van drie tot vier maanden hebben. Als een project een strakke planning heeft, is het van essentieel belang om de bevoorrading vooraf veilig te stellen.
Problemen met optische modules oplossen
Begin met de eenvoudigste: is de optische module goed aangesloten? Is de glasvezelkabel correct aangesloten? Lach niet, sommige mensen horen eigenlijk geen "klik" bij het aansluiten van de glasvezelkabel en denken dat deze goed is aangesloten, terwijl dat niet het geval is. Controleer vervolgens de vezelpolariteit. Voor dubbele-glasvezelverbindingen moet de zender (Tx) worden aangesloten op de ontvanger (Rx); Als u ze omgekeerd aansluit, voorkomt u dat deze oplicht. Als het nog steeds niet werkt, gebruikt u een optische vermogensmeter om het zend- en ontvangstvermogen te meten om te zien of een van de optische modules defect is.
Deze situatie is ingewikkelder en kan vele oorzaken hebben:
Onvoldoende ontvangen optisch vermogen (hoog vezelverlies, vuile connectoren)
Overmatig buigen van de vezel (vooral single-mode-vezel; een te-kleine buigradius veroorzaakt lichtlekkage)
Een probleem met de optische module zelf
Een probleem met de haven
Traceer de link om te zien welk segment van de vezel defect is. Als u het probleem nog steeds niet kunt vinden, probeer dan de optische module, de glasvezel of de poort te vervangen-via het eliminatieproces.
Laten we het hebben over enkele technologische trends
800G en 1,6T:
400G is momenteel mainstream, terwijl 800G al massaproductie kent. In 2024 bereikte het verzendvolume van 800G optische modules twee tot drie miljoen eenheden.
1,6T is ook in ontwikkeling, en kleine-batchleveringen begonnen in 2025. De snelheidsverbetering is belachelijk snel.
Siliciumfotonica is al jaren een hype.
Eerlijk gezegd denk ik persoonlijk dat het te-op de markt is gebracht. Theoretisch kan siliciumfotonica de kosten verlagen en de integratie vergroten, maar bij daadwerkelijke massaproductie zijn de opbrengstproblemen nog niet volledig opgelost. Bovendien kunnen op silicium-gebaseerde materialen niet worden gebruikt om lasers te maken; ze moeten nog steeds worden gemengd en geïntegreerd met materialen uit de III-V-groep.
Dit is natuurlijk slechts mijn mening; Velen in de sector zijn het daar niet mee eens. Intel en Cisco maken veel reclame voor siliciumfotonica, en daar zullen vast hun redenen voor zijn.
Dit concept is radicaler: het verpakt de optische engine en de schakelende chip rechtstreeks samen. Het voordeel is een aanzienlijke vermindering van het energieverbruik en een toename van de bandbreedtedichtheid. Het nadeel is dat de optische module niet afzonderlijk kan worden vervangen; als er één faalt, moet mogelijk het hele bord worden vervangen.
Grote bedrijven als Google en Meta maken veel reclame voor CPO, en daadwerkelijke implementatie wordt verwacht in 2025 of 2026. Of het mainstream zal worden, is echter nog onzeker. Onderhoudscollega’s vrezen CPO: hoe vervang je hem als hij kapot gaat? Moet het hele systeem buiten gebruik worden gesteld?
Eindelijk
Het kernidee is simpel: optische zendontvangers vormen de hoeksteen van moderne communicatienetwerken, met extreem brede toepassingen.
Van uw breedband-ONU thuis tot het backbone-netwerk van telecomoperatoren; van bedrijfskantoornetwerken tot hyperscale datacenters; van 5G-basisstations tot AI-trainingsclusters-optische modules zijn overal.
Deze industrie is niet glamoureus en de technische barrières zijn niet zo intimiderend als die in de chipindustrie, maar de kracht ervan ligt in de gestage, voortdurende groei. De AI-golf heeft de industrie een flinke impuls gegeven. Als u een netwerkingenieur, datacenter-operations-ingenieur bent of gewoon geïnteresseerd bent in de communicatie-industrie, is het zeker de moeite waard om wat tijd te besteden aan het leren over optische modules. Hoe langer je in dit vakgebied werkt, hoe meer je dit gaat waarderen.