Hva er formålet med en optisk sender/mottaker?
Dec 23, 2025|
Mange mennesker er kanskje ukjent med begrepet "optisk transceiver". Men hver gang du surfer på TikTok, foretar videosamtaler eller lagrer filer i skylagring, jobber denne lille enheten stille bak kulissene.
Jeg har jobbet i telekommunikasjonsindustrien i over ti år, fra først å jobbe med 1G SFP-moduler til nå å reise verden rundt for å promotere 400G- og 800G-løsninger, og være vitne til industriens eksplosive vekst. I dag skal jeg snakke om hva optiske transceivere faktisk brukes til, og prøve å forklare det i enkle termer og unngå sjargong.
Først, la oss forstå hva en optisk transceiver er
En optisk transceiver, vanligvis kalt en "optisk modul" i bransjen, er i hovedsak en signalomformer.
Hjemmeruteren, firmasvitsjen og datasenterserverne kjører alle på elektriske signaler. Men elektriske signaler har et stort problem-de reiser ikke så langt. Med kobberkabler kan et 10G-signal bare reise 30-50 meter før det bryter sammen, og det er ekstremt utsatt for forstyrrelser; selv en nærliggende motor som kjører kan forårsake problemer.
Optiske signaler er forskjellige. Teoretisk sett kan optiske signaler i enkelt-modusfiber reise hundrevis av kilometer, med en absurd stor båndbredde; en enkelt fiber så tynn som et menneskehår kan overføre titalls terabyte med data samtidig.
Men her er problemet: enheter kan ikke behandle optiske signaler.
Det er derfor vi trenger optiske moduler som "oversettere":
Ved sending:konvertere elektriske signaler til optiske signaler og sende dem inn i fiberen.
Ved mottak:konvertere de optiske signalene i fiberen tilbake til elektriske signaler for enhetene å behandle-så enkelt er det.
Datasentre – de største forbrukerne av optiske moduler
La meg starte med noen konkrete tall. I fjor hadde jeg muligheten til å besøke en ledende skyleverandørs datasenter i Zhangbei. Drifts- og vedlikeholdspersonalet fortalte meg at deres enkeltcampus hadde over 500 000 optiske moduler, og de byttet ut flere hundre hver måned av ulike årsaker; reservedeler lå stablet opp som små fjell på lageret.
Og dette var bare ett campus. Den samlede summen av flere store innenlandske produsenter overstiger lett ti millioner optiske moduler i drift.
Servertilgang
I vanlige datasentre i dag er hver server utstyrt med minst to 25G eller 100G nettverksporter, som alle krever optiske moduler. Et rack som inneholder 40 servere vil kreve 80 optiske moduler bare for det serverlaget.
Noen spør: "Hvorfor ikke bare bruke kobberkabler for korte avstander?"
Det finnes faktisk en slik løsning, kalt DAC (Direct Connect Copper Cable), som faktisk er billig og effektiv innen 3 meter. Den fungerer imidlertid ikke lenger enn 3 meter på grunn av kraftig signaldemping. Datasenterkabling er sjelden ryddig; det innebærer ofte vendinger, med 5 eller 10 meter som ganske vanlig. I slike tilfeller er optiske moduler avgjørende.
Spine-Leaf Interconnect Architecture
De fleste anstendige datasentre bruker nå en Spine-Leaf-arkitektur. Bladbrytere administrerer servertilgang, mens Spine-brytere håndterer trafikkvideresending mot øst-vest.
Avstanden mellom bladet og ryggraden varierer fra ti til et par hundre meter, og er vanligvis 100G eller høyere, med store produsenter som allerede går over til 400G.
I følge data fra LightCounting tidlig i 2024, er 100G optiske moduler fortsatt den største kategorien innen datasenterforsendelser, men 400G opplever en forbløffende vekst, og øker med nesten 80 % fra år-til-år.
Jeg føler at innen 2025 vil 400G bli standarden for nybygde datasentre.
Data Center Interconnect (DCI)
Store selskaper har vanligvis flere datasentre i en by, som krever høyhastighets-sammenkobling for datasynkronisering og katastrofegjenoppretting.
DCI-avstander innenfor samme by er vanligvis 10-80 kilometer. Tidligere ble 100G LR4 og ER4 brukt for dette scenariet, men nå blir 400G ZR i økende grad tatt i bruk. ZR er en sammenhengende optisk modul, i stand til å operere på avstander på 80 kilometer eller enda lenger, med en enkeltbølgelengde på 400G, som er veldig kraftig.
I fjor ønsket en klient å etablere en 400G direkte forbindelse mellom to datasentre 60 kilometer fra hverandre. I utgangspunktet var planen å bruke tradisjonelt DWDM-utstyr, som ville ha kostet flere millioner yuan. Senere byttet de til en direkte forbindelse med 400G ZR optiske moduler, noe som kuttet kostnadene med mer enn halvparten og forenklet vedlikeholdet betraktelig. Dette er et vitnesbyrd om fordelene ved teknologisk fremskritt.
AI-klynger – den hotteste trenden nylig
Store-modeller har blitt populære de siste to årene, og kravene til nettverksbåndbredde for treningsklynger er rett og slett vanvittige.
NVIDIAs DGX H100-server, med 8 GPUer per maskin og hver GPU utstyrt med en 400G Ethernet-port, krever åtte 400G optiske moduler per maskin. Å sette opp en klynge på titusenvis av GPU-er vil resultere i astronomiske kostnader for optiske moduler.
Det ryktes at en stor produsent forhåndsbetalte hundrevis av millioner til sine leverandører for å sikre 800G optisk modul produksjonskapasitet.
Personlig føler jeg at etterspørselen etter AI har kommet for raskt, og den optiske modulens forsyningskjede har vært konsekvent stram. Det mest direkte beviset er at aksjekursene til flere ledende optiske modulprodusenter har skutt i været i år.
Teleoperatørnettverk er et tradisjonelt marked for optiske moduler. Selv om de ikke er like "sexy" som datasentre, er skalaen deres stabil.
5G transportnettverk
5G-basestasjoner er delt inn i tre nivåer: AAU, DU og CU. Forbindelsene mellom dem kalles fronthaul, midhaul og backhaul.
Fronthaul (AAU til DU) bruker oftest 25G optiske moduler, med avstander som vanligvis ikke overstiger 20 kilometer. Dette segmentet har ekstremt høye krav til latens og synkronisering, ved bruk av eCPRI-protokollen, og de optiske modulene har også noen spesielle krav. I fjor, i et 5G-fronthaul-prosjekt med en provinsiell mobiloperatør, var de veldig strenge med latenstesting av de optiske modulene; flere batcher ble returnert på grunn av for lang ventetid. Kvalitetskontroll er avgjørende i telekomprosjekter.
Midhaul og backhaul bruker optiske moduler med høyere hastigheter, inkludert 50G og 100G, og over mye lengre avstander, potensielt titalls kilometer.
Toppen av 5G-distribusjon har faktisk passert, men 6G er i forforskning, så det er fortsatt muligheter senere.
Metropolitan Area Networks (MANs) og ryggradsnettverk
Metropolitan area networks (MANs) er først og fremst nettverkene som drives av operatører i byer, som samler forskjellig tilgangstrafikk og sender den opp til stamnettet.
Stamnettverket er et-langdistanseoverføringsnettverk som spenner over byer og provinser, og bærer nesten all internettrafikk. Stamnettverk må bruke DWDM-systemer, og stappe dusinvis eller til og med hundrevis av bølgelengder inn i en enkelt optisk fiber, hver bølgelengde kjører på 100G eller 400G.
De optiske modulene som brukes i dette området er de mest teknologisk avanserte, først og fremst sammenhengende optiske moduler, og er dyre; en enkelt modul kan lett koste titusenvis av yuan. For å være ærlig har ryggradsnettverksvirksomheten høye fortjenestemarginer, men volumet er lite, og kundebasen er begrenset til noen få operatører, noe som gjør relasjoner avgjørende.
Krav til optisk modul for bedriftsnettverk
Litt større bedrifter vil garantert trenge å føre fiberoptiske kabler mellom kontorbygg. Det mest ekstreme eksemplet jeg har sett er nettverket til en bilfabrikkcampus. Fabrikkområdet er så stort at noen bygninger er tre eller fire kilometer fra hverandre, og krever 10G LR eller til og med ER optiske moduler.
Bedriftskunder er generelt pris-sensitive. Optiske moduler fra produsenten av originalutstyr (OEM) er for dyre, så de fleste vil velge-kompatible tredjepartsmoduler. Så lenge du finner en pålitelig leverandør, fungerer kompatible moduler generelt uten problemer. Det finnes imidlertid unntak. Noen store statseide-foretak og finansinstitusjoner krever bruk av OEM-moduler i sine anskaffelsesprosesser, selv om de er to eller tre ganger dyrere. Samsvarskrav er der; det er ingen vei utenom det.
I bedriftsdatasentre er det også nødvendig med optiske moduler for å koble sammen servere og lagringsenheter.
Det er to hovedsystemer for lagringsnettverk: Fibre Channel (FC) og Ethernet. FC er en eldre protokoll, men den er fortsatt mye brukt i bransjer som finans og helsetjenester på grunn av dens stabilitet og pålitelighet.
FC optiske moduler har sine egne spesifikasjoner: 8G, 16G og 32G FC, og de kan ikke brukes om hverandre med Ethernet optiske moduler. De siste årene har NVMe-ofF-protokollen vunnet popularitet, ved å bruke Ethernet til å frakte lagringstrafikk, og FCs markedsandel blir gradvis erodert. Imidlertid vil denne prosessen gå veldig sakte fordi det eksisterende markedet er for stort.
Andre bruksområder for optiske moduler
Fabrikkmiljøene er tøffe, med høye nivåer av elektromagnetisk interferens og drastiske temperatursvingninger, som vanlige optiske moduler ikke tåler. Optiske moduler i industri-kvalitet krever et driftstemperaturområde på -40 grader til +85 grader, samt vibrasjons- og støtmotstand. Kostnaden er betydelig høyere enn vanlige optiske moduler, men industrikunder er ikke bekymret for ekstrakostnaden; de prioriterer stabilitet.
En venn som jobber med et stålverksprosjekt fortalte meg at vanlige brytere rett og slett ikke er brukbare for nettverksutstyret i nærheten av masovnene deres; de må bruke industrielt-utstyr med industrielle-optiske moduler, ellers vil nettverket overopphetes og krasje.
TV-stasjoner bruker også optiske moduler for å overføre videosignaler internt, men protokollen er litt annerledes; det er SDI over Fiber.
4K og 8K ultra-high-signaler har svært store båndbredder, og komprimering introduserer ventetid, noe som er uakseptabelt for direktesendinger. Derfor bruker kringkastingsbransjen ukomprimert overføring, noe som stiller svært høye krav til båndbredden til optiske moduler.
Militære optiske moduler er en helt annen verden, som krever ulike herdinger og sertifiseringer, og prisen er også i en helt annen liga-opprørende dyrt. Spesifikke detaljer er ikke praktisk å avsløre, men kort sagt, de tekniske barrierene er svært høye, og det er ikke mange aktører som kan gå inn på dette feltet.
Hvordan velge en optisk modul?
Etter å ha diskutert så mange bruksområder, hvordan velger du en optisk modul i faktisk arbeid?
SR: Innenfor 100 meter, bruk multimodusfiber
DR: 500 meter, enkelt-modusfiber
FR: 2 kilometer, enkelt-fiber
LR: 10 kilometer, enkelt-fiber
ER: 40 kilometer
ZR: 80 kilometer eller enda lenger.
La det være litt margin når du velger optiske moduler. For eksempel, hvis den målte avstanden er 800 meter, velger du
DR (500-meters spesifikasjon) er definitivt ikke nok; du må bruke FR.
Optiske multimodusmoduler kan bare brukes med multimodusfiber, og enkelt-optiske moduler kan bare brukes med enkelt-modusfiber. Velger du feil type vil ikke modulen lyse opp.
Multimode fiber har flere kvaliteter: OM1, OM2, OM3, OM4 og OM5. Jo høyere karakter, jo lengre støttet avstand. For øyeblikket er OM3 og OM4 mainstream. Enkelt-modusfiber er i utgangspunktet G.652, så du trenger ikke å bekymre deg for modellen.
Selv om optiske moduler har MSA-standarden, implementerer forskjellige utstyrsprodusenter fortsatt ulike metoder, så ikke alle er nødvendigvis kompatible. Cisco- og Huawei-utstyr har flere begrensninger på tredjeparts optiske moduler, og noen krever kommando-inngang for gjenkjenning. Arista og Mellanox er relativt mer åpne. For å være på den sikre siden, spør leverandøren om de har testet den på målenheten. Store kompatible optiske modulprodusenter har vanligvis kompatibilitetslister.
Optiske-høyhastighetsmoduler bruker stadig mer strøm. En 400G DR4-modul bruker 8-10W, mens en 400G ZR-modul kan nå 15-20W.
Hvis alle de optiske modulene er installert i en bryter, kan det totale strømforbruket være flere hundre watt, noe som utgjør en utfordring for varmespredningen. Husk å ta dette inn i designet ditt, for å unngå overbelastning av datasenterets kjølesystem.
800G-moduler er for tiden etterspurt, med noen modeller med leveringstid på tre til fire måneder. Hvis et prosjekt har en stram tidsplan, er det viktig å sikre forsyninger på forhånd.
Feilsøking av optiske moduler
Start med det enkleste: Er den optiske modulen koblet til på en sikker måte? Er den fiberoptiske kabelen riktig tilkoblet? Ikke le, noen hører faktisk ikke et "klikk" når de kobler til den fiberoptiske kabelen og tror den er riktig tilkoblet når den ikke er det. Sjekk så fiberpolariteten. For doble-fiberforbindelser bør senderen (Tx) kobles til mottakeren (Rx); koble dem omvendt vil forhindre at den lyser opp. Hvis det fortsatt ikke fungerer, bruk en optisk effektmåler for å måle sende- og mottakseffekten for å se om en av de optiske modulene er defekt.
Denne situasjonen er mer komplisert og kan ha mange årsaker:
Utilstrekkelig mottatt optisk kraft (høyt fibertap, skitne kontakter)
Overdreven bøyning av fiberen (spesielt enkelt-modusfiber; en for-liten bøyeradius vil forårsake lett lekkasje)
Et problem med selve den optiske modulen
Et problem med porten
Spor koblingen for å se hvilket segment av fiberen som er defekt. Hvis du fortsatt ikke finner problemet, kan du prøve å erstatte den optiske modulen, fiberen eller porten-ved å bruke elimineringsprosessen.
La oss snakke om noen teknologitrender
800G og 1,6T:
400G er for tiden mainstream, mens 800G allerede ser masseproduksjon. I 2024 nådde forsendelsesvolumet av 800G optiske moduler to til tre millioner enheter.
1.6T er også under utvikling, og små-batchforsendelser begynte i 2025. Hastighetsforbedringen er latterlig rask.
Silisiumfotonik har vært hypet i mange år.
For å være ærlig tror jeg personlig at det har blitt-overmarkedsført. Teoretisk sett kan silisiumfotonik redusere kostnadene og øke integrasjonen, men i faktisk masseproduksjon har ikke utbyttespørsmål blitt fullstendig løst. Videre kan ikke silisium-baserte materialer brukes til å lage lasere; de må fortsatt blandes og integreres med III-V-gruppemateriale.
Dette er selvfølgelig bare min mening; mange i bransjen er uenige. Intel og Cisco fremmer sterkt silisiumfotonikk, og de må ha sine grunner.
Dette konseptet er mer radikalt: det pakker den optiske motoren og byttebrikken direkte sammen. Fordelen er en betydelig reduksjon i strømforbruk og en økning i båndbreddetetthet. Ulempen er at den optiske modulen ikke kan byttes enkeltvis; hvis en feiler, kan det hende at hele brettet må skiftes ut.
Store selskaper som Google og Meta promoterer sterkt CPO, og faktiske distribusjoner forventes i 2025 eller 2026. Hvorvidt det vil bli mainstream er fortsatt usikkert. Vedlikeholdskolleger gruer seg til CPO: hvordan erstatter du den hvis den mislykkes? Bør hele systemet tas ut av drift?
Endelig
Kjerneideen er enkel: optiske transceivere er hjørnesteinen i moderne kommunikasjonsnettverk, med ekstremt brede bruksområder.
Fra ditt hjemmebredbånd ONU til ryggradsnettverket til teleoperatører; fra bedriftskontornettverk til hyperskala datasentre; fra 5G-basestasjoner til AI-treningsklynger-finnes optiske moduler overalt.
Denne industrien er ikke glamorøs, og de tekniske barrierene er ikke like skremmende som de i chipindustrien, men styrken ligger i dens jevne, kontinuerlige vekst. AI-bølgen har gitt bransjen et betydelig løft. Hvis du er en nettverksingeniør, datasenterdriftsingeniør eller bare interessert i kommunikasjonsindustrien, er det definitivt verdt å bruke litt tid på å lære om optiske moduler. Jo lenger du jobber med dette feltet, jo mer vil du sette pris på dette.