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三菱電機:5G時代光器件面臨三大挑戰 可調諧雷射器不適合5G前傳市場
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隨著運營商5G傳輸網路標準的成熟和傳輸網路建設方案的細化明朗,5G傳輸網對光模組的需求已基本明確,25G和100G將成為主流,預計5G前傳將帶來至少3000萬個25G光模組需求,明年400G光模組需求有望得到快速提升。在21屆光電博覽會上,多家企業紛紛展出了400G QSFP-DD DR4、400G QSFP-DD FR4、400G QSFP-DD LR4和400G QSFP-DD SR8等光模組以及400GAOC等產品,表明相關光模組光器件廠家已具備400G的商用能力。
光通信網路通常分為三個層次。長程骨幹網路,從那裡分支出來的城域系統,接下來分支出來的接入網路。接入網路進一步分為FTTH,移動基站,資料中心等領域。預計將在今後有最大增長的5G移動地面站網路。
在本次光博會上,作為光通信領域的代表廠商三菱電機對世界市場中5G手機地面站年建設數目的進行了預測。預計地面站數量從2020年開始預計急劇擴大,今後也將繼續增長。其中,中國預計約占80%,可以理解中國市場的重要性。中國今年6月向各運營商發放了商用許可證,已經在幾十座城市開始鋪設5G網路。各運營商都公佈了今年的投資、5G地面站數量的建設計畫,預計均從去年開始大幅增加。
三菱電機半導體的中國銷售公司成立以來,已經過了二十多年了。過去十年間有過生意往來的客戶超過50個,作為主要器件供應商,4G基站網路中使用的三菱電機鐳射二極體產品的累計出貨數量已經超過了1千萬個,通過活用在4G中積累的經驗和可靠性,以及產品技術優勢,三菱電機將繼續為擴大5G市場做出貢獻。那麼對於5G網路帶來的新需求三菱電機有著怎樣的市場策略和技術準備呢?
在接受記者採訪時,三菱電機光器件全球市場部總經理盛田淳先生表示,作為三菱電機目標市場的手機基站、資料中心、光纖到戶中,通信方式都分別處於被更新換代的過渡期。也就是說,移動基站正在從4G到5G,FTTH從G-PON到10G-PON,資料中心從100G到400G進行升級。如何通過及時應對這種升級需求,是進一步提高市場佔有率的關鍵。
盛田先生進一步表示,5G網路對於光器件帶來最大的挑戰主要來自三方面:(1)光學器件發送更多的資訊,(2)預想在室外設置而需要更寬的溫度範圍,(3)低成本。宮崎先生表示,要求在5G前傳中使用的光器件需要在-40~95℃的寬溫度範圍內穩定運行。即使對25Gbps的非常高的傳輸速率也必須滿足這一溫度要求。
為了達到這一要求,三菱電機在使用與傳統產品相同的封裝形式同時,通過增強的晶片性能,開發出能夠以更高的位元速率進行資料傳輸產品。客戶也能夠用以往相同的外形封裝實現提高一代性能的光收發模組。舉例來說,新產品的25G DFB TO-CAN的研發使用了與現有10G產品相同的封裝,因此可以使用生產現有產品的相同設備進行生產。因此,可以及時充分地滿足未來的旺盛需求。
在5G網路中,實現長距離大容量通信所要求的高物理性能光器件是不可或缺的,三菱電機提供了這種超高速高性能的光器件。
三菱電機高頻光器件製作所總經理宮崎泰典先生具體闡述說,例如,為了對應移動回傳所要求的從100G到400G的傳送速度,以及光收發模組的各種外形封裝要求,三菱可以提供超高速的光發送模組和光接收模組。
這些器件既可以對應ON/OFF的2電平調製,也可以對應PAM4的4電平調製。對於CFP,使用4個TOSA可以對應100G以及200G。對於CFP2以及QSFP28,三菱電機有將4個波長的晶片集成到1個封裝中的TOSA以及ROSA,對應100G以及200G。對於CFP8,使用2個TOSA可以實現400G傳輸。
總的來說,三菱電機能夠向客戶提供各種速率的器件,並以易於使用的形式提供多種多樣的器件,在開發和量產中保證品質和可靠性。在傳輸速率上,覆蓋了10G,25G,100G,400G等所有的傳輸速率。在使用便利性上,在保持業界標準的4管腳TO-CAN產品的同時,相同器件也能對應PAM4調製,功耗低,易裝配進光收發器等等。在產品系列上,支援各種波長、有直接調製雷射器以及外部調製EML雷射器、BOX以及CAN的封裝類型等多種選擇。
另外成本問題一直是光器件發展中備受關注的,廠商也在積極探索各種解決方案,比如可調雷射器方案能否解決前傳成本瓶頸?隨著5G商用,成本問題是否能逐步解決呢?在接受《華強電子》採訪時,宮崎先生表示:“我們認為可調諧雷射器的成本很高,不適用於5G前傳應用。在5G 前傳使用WDM,在節約光纖鋪設成本這一點上是有優點的。但是,最佳解決方案不是使用可調諧雷射器,而是使用固定波長的6~8波產品。其理由是,在韓國已經將25G的LAN-WDM 6波長的產品用於5G前傳,使用該技術對於實用化的技術障礙低,在成本方面也有很大的好處。另一方面,可調諧雷射器在產品本身結構非常複雜,在實用化時的控制,操作成本也變高。因此,我們認為可調諧雷射器不適合用於成本敏感的5G前傳市場。”
降低光器件成本最好的方法是市場要求的數量不斷增加。因此,與成本相關的不是時間而是數量。三菱電機也將繼續為滿足降低顧客成本的要求,對產品進行改良。
三菱電機的產品兼顧了高性能和高可靠性,使用於前傳的25G器件有足夠的容量可擴展到50G使用,這也是提前展望到了下一代應用。我們有信心稱三菱電機是世界上最大的TO-CAN製造廠家。已經在G-PONU用2.5G DFB和4G用10G-DFB中,及時供給了市場的旺盛需求。當然,即使對於5G的應用需求,我們也同樣能夠及時滿足。
在中國5G行業的產業鏈合作情況, 盛田先生表示,通過提供光通信用器件和天線用功率放大器(氮化鎵),向中國5G市場提供器件。和收發器模組製造商緊密合作,並且與供應鏈上的各種利益相關方(如週邊設備,IC製造商、系統製造商、運營商(如CMCC、CTC、CTC)進行緊密合作。
三菱電機具有進行這樣開發的技術,具體而言,由於具有能夠兼顧半導體晶片的高性能和高可靠性的材料、加工技術、產品設計技術,所以三菱電機的新產品始終能夠走在時代的前沿,適應市場的要求。

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