雲端應用帶動了資料中心傳輸需求的成長，不僅是伺服器內部匯流排規格需要提升，伺服器之間的連線需求也必須同時兼顧，才能夠滿足高速傳輸與運算需求。
在資料中心內伺服器互連傳輸需求方面，以乙太網路(Ethernet)連線為主。由於人工智慧(AI)、物聯網(IoT)、高畫質影音等等應用持續發展之下，市場對於400GbE(400G Ethernet)的需求日益上升；正因如此，要看到市場規格由當今主流的100GbE進化到400GbE也指日可待。同時，訊號調變機制也必須從目前主流的不歸零編碼(NRZ)過度至四階脈衝振幅調變(PAM4)訊號傳輸。此技術進展縱然充滿挑戰，但也同時蘊藏龐大的商機。
高速傳輸勢不可擋 400GbE建設今年到位
安立知(Anritsu)業務暨技術支援部門專案副理王榆淙(圖1)指出，儘管目前已有模組廠商可以提供400GbE相關樣品，因應主要客戶驗證400GbE小型實驗性資料中心的建設需求，但是目前資料中心應用市場依然是以100GbE NRZ為主；400GbE相關建設預計將在2019年建置完成。由於市場需求的帶動，近年來傳輸介面的發展相當快速，除了當今市場正在朝400GbE全速前進之外，目前IEEE也已經開始討論800GbE的可行性。
根據調研單位Ovum的數據指出，200GbE與400GbE的光學元件皆正在穩定成長中，年複合成長率(CAGR)約90%。另外，具有雙倍傳輸容量的PAM4傳輸技術，將逐漸成為主流(圖2)。
Ovum分析師Ian Redpath表示，長距離的資料中心互連將持續發展，以支援資料中心內部的升級週期，市場主力也將逐漸由100GbE晉升為200GbE與400GbE。受此趨勢影響，市場也正在發生變化。賽靈思(Xilinx)有線IP行銷部門經理Amy Chang(圖3)也指出，目前業界正處於過渡時期，不僅是PCIe Gen5、CCIX將帶動產業變化，400GbE以及FlexE等各項關鍵介面技術的標準，也將在未來扮演重要角色，推動資料中心的轉型。
成本/功耗成400GbE推廣最大挑戰
Chang認為，市場若要採納400GbE主要將面臨三大挑戰：更低成本、更低耗電以及採用更高速的SerDes，這三者之間也將彼此相互影響。
資料中心不停的追求更高效能，促使業界發展出更快的介面速度。Chang指出，SerDes的高速序列介面是促成介面技術快速進展的關鍵，目前使用的SerDes技術為32GTps。賽靈思以及少數幾家供應商現在能透過三公尺以上的銅導線與光纖支援56 GTps的傳輸速度。
在未來三至五年，SerDes技術的鏈路速度將翻倍至112GTps，而賽靈思未來推出的Versal系列產品也將皆支援此速度。目前業界主流的SerDes世代支援25G NRZ，並需要16鏈路的25G通道來支援400GbE乙太網路解決方案。隨著業界開始廣泛採納56G PAM4收發器，400GbE技術的成本與耗電需求將逐漸下滑，而112G PAM4在幾年內也會跟進。
賽靈思是採用16×25G的介面及軟體矽閘極(Soft Silicon Gates)技術來展示400GbE方案的半導體廠商。並已於近期開始出貨新款可支援8×53G 400GbE IP的UltraScale+ 58G系列元件，而預計在2020年將隨後推出112G。
Chang進一步指出，由於各界需要更高的資料傳輸率，FlexE將透過現有的低成本實體層，承載這些更高的資料傳輸率。賽靈思已採用標準型低成本100GbE技術，在4×100GbE FlexE上達到400GbE的傳輸率。在未來，該公司目標是透過N×400Gb實體層運行更高的資料傳輸率(Terabit等級)。賽靈思將採用低成本的技術，來提供軟體IP促成更高的資料傳輸率。
資料中心互連 成光纖元件銷售最強驅動力
受到產業轉型、智慧型終端裝置、雲端服務及物聯網普及率增加影響，全球網路資料中心流量近年來一直保持高速成長。此趨勢也使得不同資料中心之間的互連需求增加，該趨勢同時將成為未來推動光纖元件市場的最強驅動力。
研究機構IHS Markit指出，資料中心互連(Data Center Interconnect, DCI)的應用需求，將會是推動光纖市場的重要驅動力，近年來，該應用領域是光通訊設備成長最快的。IHS Markit運輸網路高級研究總監Heidi Adams認為，資料中心互連領域已成為光纖最熱門的應用領域；有越來越多雲端服務供應商開始投資DCI市場，除了實現自有資料中心之間的互連之外，也能為企業提供DCI服務。
根據IHS Markit提供的數據指出，資料中心相關的光學傳輸設備市場在2018年上半已達到14億美元銷售額，與2017年同期相比成長了19%。其中，緊湊型資料中心互連(Compact DCI)設備的需求提升最為顯著，與2017年上半相比，2018年同期Compact DCI設備市場已成長了173%之多。IHS Markit預測，從2017年到2022年，DCI市場的總年複合成長率(CAGR)將成長15%，該成長率將會超過波長分波多工(Wavelength Division Multiplexing, WDM)市場。
矽光子技術將成關鍵 大廠紛併購搶市
佑勝光電總經理張裕忠(圖4)指出，目前在資料中心應用領域，無論是系統或是PCB板傳輸，技術都尚未能滿足高速運算(High Speed Computing, HSC)等級，儘管如此，高速運算絕對是一個趨勢，而若要達成高速運算則必須要由材料晉級才能做到。因此，矽光子技術(Silicon Photonics)則將成為大勢所趨。在未來，佑勝光電也將開發出矽光子光電轉換IC，以因應400GbE PAM4技術需求。
Redpath也提到，為因應400GbE市場需求，有越來越多的系統供應商開始併購零組件公司，來建構更多垂直整合的產業生態鏈，這也將為市場中許多獨立廠商帶來壓力。
例如，美國思科(Cisco)便在2018年底時發布新聞指出，將計畫以6.6億美元的現金與股份收購半導體公司Luxtera。思科網路資訊安全業務執行副總裁暨總經理David Goeckeler指出，思科預測在未來5年內，全球網路流量將增加三倍之多，面對如此龐大的網路運算與傳輸需求，光學是實現超高速網路的基礎技術。本次預計收購的Luxtera，便是致力於利用矽光子技術來打造積體光學能力，並採用半導體製程將多種光學元件整合在一個IC中，主要針對的應用市場就是大型資料中心中的傳輸需求。另外，在2016年Ciena以3,200萬美元收購Teraxion的矽光子部門也是一例。
工研院也指出，矽光子技術可整合現有CMOS製程，成為業界頗受矚目的研究方向，但矽光子技術的難度是需整合半導體技術和光學技術，仍需要扭轉部分技術開發的思維與製程。
交換器需求帶動光纖滲透率
如上所述，隨著運算負載持續的成長，連結多個運算單元的作法將會越來越常見。其中，最直接的建置方式是在機架內使用傳統銅纜。隨著銅導線連接能力提升，將促使資料中心內部交換器之間，以及各資料中心之間的容量需求持續攀升，進而帶動對光纖連結的需求。Chang分享，賽靈思便曾展示使用標準FEC技術在5公尺銅導線上達到56G的速度。
Amy Chang進一步指出，為了讓市場快速適應來自於資料中心內部交換器的新型光纖需求，除了每條鏈路速度必須提升之外，成本與耗電量也必須降低。Chang估計，業界將繼續發展出更小規格的光纖，包括廣泛採納400GbE的QSFP-DD以及100GbE的DSFP。另外，資料中心之間的通訊需要支援更長的距離，而光纖傳輸的成本也必須降低。因此像是400GbE ZR的介面已開始搶攻更長傳輸距離的產品市場。
銅纜成本優勢不再 光纜大舉導入資料中心
另一方面，王榆淙也提到，在傳統的通訊需求之中，光纖主要應用於比較大的電信傳輸骨幹，然而隨著資料中心的建置逐漸擴大，也開始出現一些應用於機房裡的光纖傳輸應用。
王榆淙進一步補充，一般而言光纜由於內含許多主動元件，因此成本比銅纜高，然而在近年來傳輸速率越來越高的狀況之下，很多銅纜之中也必須導入一些主動的EQ去做訊號的續傳，如此一來銅纜的成本架構就失去了優勢。因此，目前有許多廠商開始選擇更多光纜線以及光纖收發器導入至資料中心的布建之中；也能看到近年光的傳輸模組銷售量正穩定的成長當中。
5G帶動小型資料中心市場 40GbE/10GbE光纖需求不減
隨著資料中心應用對於高頻寬的需求逐漸上升，目前全球大型資料中心有線高速傳輸介面以100GbE為主，並且正在朝向400GbE邁進。然而，10GbE與40GbE仍然將在中小型的資料中心應用之中占有一席之地，在未來，隨著5G通訊的發展逐漸蓬勃，更會帶動小型資料中心的需求上升；因此，10GbE與40GbE介面的重要性短期之內不會降低。
張裕忠指出，許多研究單位皆提出數據指出，在超大規模資料中心應用之中，100G Ethernet是現今主流規格，然而這些數據往往沒有將中小型的資料中心歸納至其中。若是考慮進中小型資料中心的市場狀況，回顧2018年，10GbE的光收發器依然是最熱賣的產品。
在5G通訊發展的帶動之下，為因應大量資料傳輸與儲存需求，未來基地台內也會需要搭載小型的資料中心。以目前大型資料中心介面主流為100GbE的情況下，中小型資料中心的需求只要40GbE即可滿足。
然而，張裕忠也提到，在未來，若是大型資料中心的傳輸介面升級至400GbE，中小型資料中心由於也必須與大型資料中心之間有所串接、配合，因此也勢必將朝向100GbE升級。然而，此刻光收發器中的雷射模組成本依然居高不下，將成為推動高速介面升級的首要挑戰。但是隨著技術與產能逐漸成熟，張裕忠預計，在兩年之內100GbE所需的光收發器中的雷射模組價格大約能與40GbE匹敵。
