数据中心到底需要多少光模块？

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数据中心到底需要多少光模块？ 高速光模块从2016年下半年成为市场的宠儿，核心驱动力就是数据中心的爆发性需求。数据中心哪里需要使用、需要使用哪种、需要多少光模块？结合数据中心实地调研、行业专家访谈、数据中心布线人员访谈等第一手资料，从数据中心如何布线开始，详细阐述数据中心光模块需求。先将核心结论与各位投资者汇报如下： 1）数据中心有多种架构，成本和性能的平衡是布线选择的核心，铜缆在接入层仍有较大空间，光模块主要应用于长距离或高速率（10G以上）场景； 2）传统三层架构下光模块数量约为机柜数的8.8倍（8个40G，0.8个100G）； 3）改进的三层架构下光模块数量约为机柜数的9.2倍（8个40G，1.2个100G）； 4）新兴的两层架构下光模块数量约为机柜数的44或48倍（其中80-90%是10G光模块）； 5）数据中心扁平化主要由东西向数据流动推动，针对的下游应用是大型IaaS平台、虚拟配置、云迁移、分布计算以及大数据处理。当期上述需求主要集中在海外市场，国内对扁平架构以及高速数通模块的需求还需等待下游应用的爆发。 下面我们从数据中心的布线技术选择、数据中心架构沿革开始，详细分析数通光模块的市场需求。 一、数据中心布线的技术选择 从2016年下半年开始，高速光模块出货量大幅增长，其核心驱动力就是海外大型数据中心建设中，大量高速光纤连线的需求，在服务器与交换机、底层交换机与上层交换机等设备之间，若采用光纤连接，则必须在两端配套使用高速光模块。同时，数据中心内部布线还存在多种其他选择，具体如何配置，要根据客户实际业务规模和成本开支预算综合权衡。                                 登录/注册后可看大图 具体来看，数据中心内部连线有三种（其实有四种）布线方案： 1）单模光纤+LC/SC等接口+高速光模块：在速率要求较高、连线距离较长的场景下，采用单模光纤配套高速光模块（使用DFB、EML等窄线宽激光器）是唯一能够实现的解决方案，其成本最高。不同光模块还需要配套不同光纤接口，常见的SFP封装采用LC接口，GBIC封装使用SC接口等。 2）主动光缆（AOC）：主动光缆是将光模块（使用VCSEL等线宽较宽但成本低的激光器）与多模光纤（OM3/OM4等）封装在一起的连线产品，其激光器线宽较宽，成本较低，但传输距离相对有限，在40Gb及以上速率以及10Gb速率15-30米连线长度上有较大成本和性能优势。 3）无源铜缆（DAC）：无源铜缆有多种标准，早期的CAT6等双绞线标准配套水晶头（和电脑用的网线基本一样），后期发展出配备SFP+等接口的10Gb DAC产品，在10米以下连线距离上可替代光模块及AOC连接模式，且成本仅有AOC的30-50%左右。                                 登录/注册后可看大图 从可扩展性看，光纤的升级扩展潜力更大，铜缆目前成熟的技术仅支持10Gb速率，但对采用AOC的场景来说，可扩展性并不重要，升级时原有AOC的光纤并不会保留，只有长距离单模光纤+光模块场景下才需要考虑扩展性。从可靠性角度看，铜缆的平均无故障时间（MTBF）比AOC高一个数量级。因此，在短距离（10米以下）场景中，采用SFP-10G-DAC和SFP-10G-AOC相比仍有较强竞争力。                                 登录/注册后可看大图 二、数据中心的架构与布线需求 数据中心的基本架构就是将机柜中的服务器与底层交换机相连（有些机柜中部署了存储单元，存储单元与服务器也要相连），底层交换机与上层交换机相连。早期数据中心仿照接入-城域-骨干结构的电信网络，采用接入-汇聚-核心的三层架构，通过配置较高的收敛比，利用统计复用（若平均1/10的服务器同时工作，则可只配置1/10的总上行带宽，收敛比是10：1）节约组网成本。由于网络并发概率不断提升、云计算和大数据等需求导致服务器间东西向数据流增加，后来又出现了汇聚层与核心层融合的两层架构和改进的三层架构（包括叶脊架构，Fat-Tree胖树架构等）。                                 登录/注册后可看大图 前文我们论述了，在下层服务器与交换机等环节的连接，采用1G或者10G等低速连线，可以采用AOC或DAC的布线方式，具体的选择根据布线长度和成本等因素进行综合考量。在实际部署当中，三层架构以及部分后续演进架构（包括Fat-Tree等）中，接入交换机是部署在每个机柜最上层的（也叫架顶交换机ToR，Top of Rack），机柜内服务器向ToR的连线距离在3米以内（标准42U机柜整体高度在2米左右），因此采用铜缆是性价比较高的连线方式，我们产业链调研发现，国内90%以上数据中心采用三层架构，因此接入层主要还是使用铜线进行连接。                                 登录/注册后可看大图 在其他改进的三层架构下，比如Facebook等数据中心使用的胖树架构和CLOS架构等，同样在底层使用架顶交换机，在汇聚层通过分组，将多个（一般是12个-48个接入交换机为一组）接入交换机与两个汇聚交换机全互联，降低收敛比，增强东西向数据交换能力。汇聚层到核心层的组网模式与传统三层架构一致。                                 登录/注册后可看大图 在这些三层及改进三层架构下，服务器和底层交换机均在一个机柜内，使用1G或者10G铜缆连接是性价比较高的连线方式。但是，在更激进的两层架构下，为实现全互联以及无收敛比的网络架构，以叶脊架构为代表的两层架构将汇聚层和核心层融合，接入层也不再分组，任意两台服务器之间的数据传输不会超过两跳。在两层架构下，接入交换机不再部署在机柜顶层，而是采用单独的机柜安装接入交换机，这个机柜可以部署在一列机柜的最外侧（EoR，End of Row）以方便维护，或者部署在一列机柜的中间（MoR，Middle of Row）以缩短布线长度。因此，两层架构下，服务器与底层交换机之间大量采用光纤连接（100M之内可以使用AOC，更长距离适合使用中距离光模块+单模光纤）。                                 登录/注册后可看大图 三、数据中心到底需要多少光模块？ 大部分数据中心是根据客户需求定制化设计，第三方运营商主要提供不包含强电以外的大部分软硬设施，第三方数据中心运营商主要提供出租机柜服务、带宽资源以及线路预留管道，客户自行选购或自行购置安装服务器、交换机及布线规格等,客户租用机柜的核心是带宽资源。由于客户需求不同，数据中心内部架构及设备规格有一定差异。对单个机柜，标准机柜尺寸是42U，其中交换机、电源模块、PDU插孔、配线架等设备占用6U左右空间，一般使用1U或2U服务器，机柜可用空间有36U左右。                                 登录/注册后可看大图 但实际安装中，还要考虑机柜的功耗和散热。通常一个机柜的功率指引的合理范围在3kw~6kw之间，1U服务器功耗在300W左右（性价比高，扩容空间有限），2U的功耗在550W左右（价格较贵，扩容空间更大）。因此实际1U服务器装载量只有10-20台，2U服务器装载量在6-10台。根据我们调研，数据中心中42U机柜一般装载10~12台1U规格的服务器，2U的服务器装载量更小。                                 登录/注册后可看大图 确定了机柜承载能力后，我们分别探讨不同架构下数据中心单机柜的光模块需求量： 1）传统三层架构下需要多少光模块：传统三层架构下，服务器到接入交换机一般不需要使用光模块，在服务器使用10G速率的情况下，假设一个1000机柜的数据中心，单机柜装载10台服务器，服务器均配置10G双网卡（每个服务器需要连接2个接入交换机以实现冗余备份），则需要2000台接入服务器（12个下行10G端口，2个上行40G端口）。上层需要配备100台汇聚交换机（40个下行40G端口，4个上行100G端口）以及10台核心交换机。则1000个机柜合计需要8000个40G光模块（2000台接入服务器*2个40G端口*2线路两端都需要收发光模块），800个100G光模块（100台汇聚交换机*4个100G端口*2线路两端都需要收发光模块），则光模块总量是机柜数的8.8倍左右。 2）改进的三层架构下需要多少光模块：以胖树架构为例，服务器到接入交换机仍是在一个机柜内不需要光模块，1000个机柜的数据中心内，需要2000台接入交换机，分成150个Pod，每个组配备两台边缘交换机（12个40G下行端口，2个100G上行端口）总计300台汇聚交换机，上层配备30台核心交换机。则1000个机柜合计需要8000个40G光模块（2000台接入服务器*2个40G端口*2），1200个100G光模块（300台汇聚交换机*2个100G端口*2），则光模块总量是机柜数的9.2倍左右。 3）两层架构下需要多少光模块：以叶脊架构为例，服务器到叶交换机跨机柜，需要使用光纤连接，1000个机柜（1万台服务器）的数据中心需要500台叶交换机（40个10G下行端口，4个100G上行端口或8个40G上行端口），50台脊交换机（40个100G下行端口）或100台脊交换机（40个40G下行端口），脊交换机与叶交换机实现全互联。则1000个机柜合计需要4万个10G光模块（1万个服务器*2个网卡*2，可使用低端VCSEL模块），4000个100G光模块（500台叶交换机*4个100G端口*2）或8000个40G光模块（500台叶交换机*8个40G端口*2），则光模块总量是机柜数的44或48倍（其中80-90%是10G光模块）。 四、数据中心对高速光模块的需求到底有多大 从我们的分析可以看到，传统三层架构下数据中心单机柜需要配备8个40G模块和0.8个100G模块，改进的三层架构下数据中心单机柜需要配备8个40G模块和1.2个100G模块，两层架构下数据中心单机柜需要配备40个10G模块（可能是以AOC中VCSEL模块形式出现）和4个100G模块或8个40G模块。两层架构将显著提升高速（40G及100G）光模块的需求量。                                 登录/注册后可看大图 目前国内90%数据中心采用传统三层架构，部分新建大型数据中心采用混合结构，实际组网方式较为复杂，兼具多种架构的特点，光模块的用量也介入传统架构和新型架构之间。但从国内数据中心发展来看，由于东西向（服务器之间）数据流动压力较低，采用两层架构的动力较弱。相比之下，海外大型云计算厂商面对大量云化需求，尤其是IaaS服务中提供的虚拟配置、云迁移、分布计算、大数据处理，对跨服务器数据流动需求极大。                                 登录/注册后可看大图 当前全球网络流量在高清视频、直播、VR等新需求推动下保持30%左右符合增速（根据Cisco VNI预测，全球数据流量从2016年的6.5ZB提升至2020年的15.4ZB），数据中心扩容将对光模块产生持续稳定需求。海外市场在云计算等新应用拉动下，数据中心向改进的三层及两层架构演进，对高速光模块产生旺盛增量需求。相较之下，国内数据中心由于云计算、大数据等业务仍处于发展早期，服务器协同需求较少，高端光模块在国内数通市场的部署仍然有限。目前阿里云、腾讯云等通过补贴等策略，开始快速积累用户。由于国内大型企业客户IT建设刚刚完成不久，短期内实现迁移上云的动力较弱，等待大型客户培育完成、云计算及大数据等需求显现后，国内高速光模块市场才有望启动。                                 登录/注册后可看大图 五、投资建议 对高速光模块来说，核心需求仍然在海外数通市场，国内市场启动仍需等待下游云计算等需求成熟。 关注海外高端模块龙头：中际装备（收购苏州旭创，从7月开始业绩并表，17年2.3亿，全年45倍，背靠谷歌，高速模块良率不断提升、产能持续释放）。其他标的建议关注：光迅科技（17-19年30%复合增速，31倍，高速数通产品向海外大型ICP送样验证，25G芯片有望量产，进一步降低成本）、博创科技（17-19年40%复合增速，39倍，无源产品平稳增长，高速 ROSA产能翻倍，100G出货量占1/4）。 风险提示：高端光模块价格下降超预期，技术研发失败风险

sunyuanxin

怪不得都没有人回复，又臭又长。

cracker