Was ist der Zweck eines optischen Transceivers?
Dec 23, 2025|
Vielen Menschen ist der Begriff „optischer Transceiver“ möglicherweise nicht bekannt. Aber jedes Mal, wenn Sie TikTok durchsuchen, Videoanrufe tätigen oder Dateien im Cloud-Speicher speichern, arbeitet dieses kleine Gerät still im Hintergrund.
Ich arbeite seit über zehn Jahren in der Telekommunikationsbranche, von der anfänglichen Arbeit mit 1G-SFP-Modulen bis hin zu Reisen um die Welt, die für 400G- und 800G-Lösungen werben, und das explosive Wachstum der Branche aus erster Hand miterleben zu können. Heute werde ich darüber sprechen, wofür optische Transceiver tatsächlich verwendet werden, und versuche, es in einfachen Worten zu erklären und Fachjargon zu vermeiden.
Lassen Sie uns zunächst verstehen, was ein optischer Transceiver ist
Ein optischer Transceiver, in der Branche allgemein als „optisches Modul“ bezeichnet, ist im Wesentlichen ein Signalwandler.
Ihr Heimrouter, Ihr Firmen-Switch und Ihre Rechenzentrumsserver werden alle mit elektrischen Signalen betrieben. Aber elektrische Signale haben ein großes Problem: -Sie breiten sich nicht sehr weit aus. Bei Kupferkabeln kann ein 10G-Signal nur 30–50 Meter weit zurücklegen, bevor es ausfällt, und es ist äußerst anfällig für Störungen; Selbst ein laufender Motor in der Nähe kann Probleme verursachen.
Optische Signale sind unterschiedlich. Theoretisch können optische Signale in Singlemode-Fasern Hunderte von Kilometern zurücklegen, mit einer absurd großen Bandbreite; Eine einzelne Faser, so dünn wie ein menschliches Haar, kann Dutzende Terabyte an Daten gleichzeitig übertragen.
Doch hier liegt das Problem: Geräte können keine optischen Signale verarbeiten.
Deshalb brauchen wir optische Module als „Übersetzer“:
Beim Senden:wandelt elektrische Signale in optische Signale um und sendet sie in die Faser.
Beim Empfang:Die optischen Signale in der Glasfaser wieder in elektrische Signale umzuwandeln, damit die Geräte sie verarbeiten können-So einfach ist das.
Rechenzentren – die größten Verbraucher optischer Module
Lassen Sie mich mit einigen konkreten Zahlen beginnen. Letztes Jahr hatte ich die Gelegenheit, das Rechenzentrum eines führenden Cloud-Anbieters in Zhangbei zu besuchen. Das Betriebs- und Wartungspersonal erzählte mir, dass ihr einziger Campus über 500.000 optische Module verfügte und aus verschiedenen Gründen jeden Monat mehrere Hundert ersetzte; Ersatzteile türmten sich wie kleine Berge im Lager.
Und das war nur ein Campus. Die Gesamtzahl mehrerer großer inländischer Hersteller übersteigt deutlich die zehn Millionen in Betrieb befindlichen optischen Module.
Serverzugriff
In gängigen Rechenzentren ist heute jeder Server mit mindestens zwei 25G- oder 100G-Netzwerkanschlüssen ausgestattet, die alle optische Module erfordern. Ein Rack mit 40 Servern würde allein für diese Serverschicht 80 optische Module erfordern.
Manche Leute fragen: „Warum nicht einfach Kupferkabel für kurze Distanzen verwenden?“
Es gibt tatsächlich eine solche Lösung namens DAC (Direct Connect Copper Cable), die innerhalb von 3 Metern tatsächlich günstig und effektiv ist. Aufgrund der starken Signaldämpfung funktioniert es jedoch nicht über 3 Meter hinaus. Die Verkabelung von Rechenzentren ist selten sauber und ordentlich; es geht oft um Kurven und Wendungen, wobei 5 oder 10 Meter durchaus üblich sind. In solchen Fällen sind optische Module unerlässlich.
Spine-Leaf Interconnect-Architektur
Die meisten anständigen Rechenzentren verwenden jetzt eine Spine-Leaf-Architektur. Leaf-Switches verwalten den Serverzugriff, während Spine-Switches die Ost--West-Verkehrsweiterleitung übernehmen.
Der Abstand zwischen Blatt und Wirbelsäule variiert zwischen zehn und einigen hundert Metern und beträgt im Allgemeinen 100 G oder mehr, wobei große Hersteller bereits auf 400 G umsteigen.
Laut Daten von LightCounting von Anfang 2024 stellen optische 100G-Module immer noch die größte Kategorie bei den Lieferungen von Rechenzentren dar, aber 400G verzeichnet ein erstaunliches Wachstum und steigt im Jahresvergleich um fast 80 %.
Ich glaube, dass 400G bis 2025 zum Standard für neu gebaute Rechenzentren werden wird.
Data Center Interconnect (DCI)
Große Unternehmen verfügen in der Regel über mehrere Rechenzentren in einer Stadt, die für die Datensynchronisierung und Notfallwiederherstellung eine Hochgeschwindigkeitsverbindung benötigen.
DCI-Entfernungen innerhalb derselben Stadt betragen normalerweise 10-80 Kilometer. Früher wurden für dieses Szenario 100G LR4 und ER4 verwendet, mittlerweile wird zunehmend 400G ZR übernommen. ZR ist ein kohärentes optisches Modul, das über Entfernungen von 80 Kilometern oder sogar länger betrieben werden kann und über eine Einzelwellenlänge von 400G verfügt, was sehr leistungsstark ist.
Im vergangenen Jahr wollte ein Kunde eine 400G-Direktverbindung zwischen zwei 60 Kilometer voneinander entfernten Rechenzentren herstellen. Ursprünglich war geplant, herkömmliche DWDM-Geräte zu verwenden, was mehrere Millionen Yuan gekostet hätte. Später wechselten sie zu einer direkten Verbindung mit optischen 400G ZR-Modulen, was die Kosten um mehr als die Hälfte senkte und die Wartung erheblich vereinfachte. Dies ist ein Beweis für die Vorteile des technologischen Fortschritts.
KI-Cluster – der heißeste Trend der letzten Zeit
Modelle in großem Maßstab-sind in den letzten zwei Jahren immer beliebter geworden und die Anforderungen an die Netzwerkbandbreite für Trainingscluster sind einfach wahnsinnig.
Der DGX H100-Server von NVIDIA mit 8 GPUs pro Maschine und jeder GPU, die mit einem 400G-Ethernet-Port ausgestattet ist, erfordert acht optische 400G-Module pro Maschine. Der Aufbau eines Clusters aus Zehntausenden GPUs würde astronomische Kosten für optische Module verursachen.
Es wird gemunkelt, dass ein großer Hersteller seinen Lieferanten Hunderte Millionen im Voraus gezahlt hat, um die Produktionskapazität für optische 800G-Module zu sichern.
Persönlich habe ich das Gefühl, dass die Nachfrage nach KI zu schnell gestiegen ist und die Lieferkette für optische Module durchweg angespannt war. Der direkteste Beweis ist, dass die Aktienkurse mehrerer führender Hersteller optischer Module in diesem Jahr in die Höhe geschossen sind.
Telekommunikationsbetreibernetze sind ein traditioneller Markt für optische Module. Obwohl sie nicht so „sexy“ wie Rechenzentren sind, ist ihre Größe stabil.
5G-Transportnetzwerk
5G-Basisstationen sind in drei Ebenen unterteilt: AAU, DU und CU. Die Verbindungen zwischen ihnen werden Fronthaul, Midhaul und Backhaul genannt.
Fronthaul (AAU zu DU) verwendet am häufigsten optische 25G-Module, wobei die Entfernungen im Allgemeinen 20 Kilometer nicht überschreiten. Dieses Segment stellt extrem hohe Anforderungen an Latenz und Synchronisation unter Verwendung des eCPRI-Protokolls, auch an die optischen Module gelten einige besondere Anforderungen. Letztes Jahr wurden bei einem 5G-Fronthaul-Projekt mit einem provinziellen Mobilfunkbetreiber sehr strenge Latenztests der optischen Module durchgeführt; Aufgrund übermäßiger Latenz wurden mehrere Stapel zurückgegeben. Qualitätskontrolle ist bei Telekommunikationsprojekten von entscheidender Bedeutung.
Midhaul und Backhaul nutzen optische Module mit höheren Geschwindigkeiten, einschließlich 50G und 100G, und über viel größere Entfernungen, möglicherweise mehrere zehn Kilometer.
Der Höhepunkt der 5G-Bereitstellung ist tatsächlich überschritten, aber 6G befindet sich in der Vor-Forschung, sodass es später noch Möglichkeiten gibt.
Metropolitan Area Networks (MANs) und Backbone-Netzwerke
Bei Metropolitan Area Networks (MANs) handelt es sich in erster Linie um Netze, die von Netzbetreibern innerhalb von Städten betrieben werden, den unterschiedlichen Zugangsverkehr bündeln und an das Backbone-Netzwerk weiterleiten.
Das Backbone-Netzwerk ist ein Fernübertragungsnetzwerk,{0}das sich über Städte und Provinzen erstreckt und fast den gesamten Internetverkehr überträgt. Backbone-Netzwerke müssen DWDM-Systeme verwenden, die Dutzende oder sogar Hunderte von Wellenlängen in einer einzigen Glasfaser zusammenfassen, wobei jede Wellenlänge mit 100G oder 400G läuft.
Die in diesem Bereich verwendeten optischen Module sind die technologisch fortschrittlichsten, hauptsächlich kohärenten optischen Module und teuer; Ein einzelnes Modul kann leicht Zehntausende Yuan kosten. Ehrlich gesagt hat das Backbone-Netzwerkgeschäft hohe Gewinnspannen, aber das Volumen ist gering und der Kundenstamm ist auf einige wenige Netzbetreiber beschränkt, was Beziehungen von entscheidender Bedeutung macht.
Anforderungen an das optische Modul des Unternehmensnetzwerks
Etwas größere Unternehmen müssen auf jeden Fall Glasfaserkabel zwischen Bürogebäuden verlegen. Das extremste Beispiel, das ich gesehen habe, ist das Netzwerk eines Autofabrik-Campus. Das Fabrikgelände ist so groß, dass einige Gebäude drei oder vier Kilometer voneinander entfernt sind und optische 10G-LR- oder sogar ER-Module erfordern.
Unternehmenskunden sind im Allgemeinen preis-sensibel. Optische Module von Originalherstellern (OEM) sind zu teuer, daher entscheiden sich die meisten für kompatible Module von Drittanbietern. Sofern Sie einen zuverlässigen Lieferanten finden, funktionieren kompatible Module in der Regel problemlos. Es gibt jedoch Ausnahmen. Einige große staatliche -Unternehmen und Finanzinstitute verlangen den Einsatz von OEM-Modulen in ihren Beschaffungsprozessen, auch wenn diese zwei- bis dreimal teurer sind. Es gibt Compliance-Anforderungen; Daran führt kein Weg vorbei.
In Unternehmensrechenzentren werden außerdem optische Module benötigt, um Server und Speichergeräte miteinander zu verbinden.
Es gibt zwei Hauptsysteme für Speichernetzwerke: Fibre Channel (FC) und Ethernet. FC ist ein älteres Protokoll, wird aber aufgrund seiner Stabilität und Zuverlässigkeit immer noch häufig in Branchen wie dem Finanz- und Gesundheitswesen eingesetzt.
Optische FC-Module haben ihre eigenen Spezifikationen: 8G, 16G und 32G FC, und sie können nicht austauschbar mit optischen Ethernet-Modulen verwendet werden. In den letzten Jahren hat das NVMe-oF-Protokoll an Popularität gewonnen, da es Ethernet zur Übertragung des Speicherdatenverkehrs verwendet, und der Marktanteil von FC schrumpft allmählich. Allerdings wird dieser Prozess sehr langsam sein, da der bestehende Markt zu groß ist.
Andere Anwendungen optischer Module
Die Fabrikumgebungen sind rau, mit hohen elektromagnetischen Störungen und drastischen Temperaturschwankungen, denen gewöhnliche optische Module nicht standhalten können. Optische Module in Industriequalität erfordern einen Betriebstemperaturbereich von -40 bis +85 Grad sowie Vibrations- und Stoßbeständigkeit. Die Kosten sind deutlich höher als bei gewöhnlichen optischen Modulen, aber Industriekunden machen sich über die zusätzlichen Kosten keine Sorgen; Sie legen Wert auf Stabilität.
Ein Freund, der an einem Stahlwerksprojekt arbeitet, erzählte mir, dass gewöhnliche Schalter für die Netzwerkausrüstung in der Nähe ihrer Hochöfen einfach nicht verwendbar seien; Sie müssen Geräte in Industriequalität mit optischen Modulen in Industriequalität verwenden, da sonst das Netzwerk überhitzt und abstürzt.
Auch Fernsehsender verwenden optische Module zur internen Übertragung von Videosignalen, das Protokoll unterscheidet sich jedoch geringfügig. es ist SDI über Glasfaser.
4K- und 8K-Ultra-High--Signale haben sehr große Bandbreiten und die Komprimierung führt zu Latenzen, die für Live-Übertragungen nicht akzeptabel sind. Daher nutzt die Rundfunkindustrie die unkomprimierte Übertragung, was sehr hohe Anforderungen an die Bandbreite optischer Module stellt.
Militärische optische Module sind eine ganz andere Welt, sie erfordern verschiedene Härtungen und Zertifizierungen, und auch der Preis spielt in einer ganz anderen Liga -unverschämt teuer. Spezifische Details lassen sich nicht einfach offenlegen, aber kurz gesagt, die technischen Hürden sind sehr hoch, und es gibt nicht viele Akteure, die in dieses Feld einsteigen können.
Wie wählt man ein optisches Modul aus?
Nachdem wir so viele Einsatzmöglichkeiten besprochen haben, wie wählt man in der Praxis ein optisches Modul aus?
SR: Innerhalb von 100 Metern Multimode-Glasfaser verwenden
DR: 500 Meter, Singlemode-Faser
FR: 2 Kilometer, Single---Mode-Faser
LR: 10 Kilometer, Single---Mode-Faser
ER: 40 Kilometer
ZR: 80 Kilometer oder noch länger.
Lassen Sie bei der Auswahl optischer Module etwas Spielraum. Wenn die gemessene Entfernung beispielsweise 800 Meter beträgt, wählen Sie
DR (500-Meter-Spezifikation) reicht definitiv nicht aus; Sie müssen FR verwenden.
Optische Multimode-Module können nur mit Multimode-Fasern verwendet werden, und optische Single-{0}}-Module können nur mit Single-{1}-Mode-Fasern verwendet werden. Wenn Sie den falschen Typ wählen, leuchtet das Modul nicht.
Multimode-Fasern gibt es in mehreren Qualitäten: OM1, OM2, OM3, OM4 und OM5. Je höher die Steigung, desto länger ist die unterstützte Distanz. Derzeit sind OM3 und OM4 der Mainstream. Single--Mode-Fasern sind grundsätzlich G.652, sodass Sie sich über das Modell keine Gedanken machen müssen.
Obwohl optische Module über den MSA-Standard verfügen, implementieren verschiedene Gerätehersteller immer noch unterschiedliche Methoden, sodass nicht alle unbedingt kompatibel sind. Cisco- und Huawei-Geräte unterliegen stärkeren Einschränkungen für optische Module von Drittanbietern und einige erfordern zur Erkennung eine Befehlszeileneingabe. Arista und Mellanox sind relativ offener. Fragen Sie sicherheitshalber beim Lieferanten nach, ob er es auf dem Zielgerät getestet hat. Große Hersteller kompatibler optischer Module verfügen in der Regel über Kompatibilitätslisten.
Optische Hochgeschwindigkeitsmodule verbrauchen immer mehr Strom. Ein 400G DR4-Modul verbraucht 8–10 W, während ein 400G ZR-Modul 15–20 W erreichen kann.
Wenn alle optischen Module in einem Schalter verbaut sind, kann die Gesamtleistungsaufnahme mehrere Hundert Watt betragen, was eine Herausforderung für die Wärmeableitung darstellt. Denken Sie daran, dies in Ihrem Design zu berücksichtigen, um eine Überlastung des Kühlsystems des Rechenzentrums zu vermeiden.
800G-Module sind derzeit sehr gefragt, wobei einige Modelle Lieferzeiten von drei bis vier Monaten haben. Wenn ein Projekt einen engen Zeitplan hat, ist es wichtig, die Lieferungen im Voraus sicherzustellen.
Fehlerbehebung bei optischen Modulen
Beginnen Sie mit dem Einfachsten: Ist das optische Modul fest eingesteckt? Ist das Glasfaserkabel richtig angeschlossen? Lachen Sie nicht, manche Leute hören beim Einstecken des Glasfaserkabels tatsächlich kein „Klicken“ und denken, es sei richtig angeschlossen, obwohl das nicht der Fall ist. Überprüfen Sie dann die Faserpolarität. Bei Dual--Glasfaserverbindungen sollte der Sender (Tx) mit dem Empfänger (Rx) verbunden sein; Wenn Sie sie umgekehrt anschließen, wird verhindert, dass es aufleuchtet. Wenn es immer noch nicht funktioniert, messen Sie die Sende- und Empfangsleistung mit einem optischen Leistungsmesser, um festzustellen, ob eines der optischen Module defekt ist.
Diese Situation ist komplizierter und kann viele Ursachen haben:
Unzureichende optische Empfangsleistung (hoher Glasfaserverlust, verschmutzte Anschlüsse)
Übermäßige Biegung der Faser (insbesondere Single-Mode-Faser; ein zu-kleiner Biegeradius führt zu Lichtlecks)
Ein Problem mit dem optischen Modul selbst
Ein Problem mit dem Port
Verfolgen Sie die Verbindung, um zu sehen, welches Segment der Faser fehlerhaft ist. Wenn Sie das Problem immer noch nicht finden können, versuchen Sie, das optische Modul, die Glasfaser oder den Port auszutauschen-, indem Sie das Beseitigungsverfahren anwenden.
Lassen Sie uns über einige Technologietrends sprechen
800G und 1,6T:
400G ist derzeit Mainstream, während 800G bereits in Massenproduktion hergestellt wird. Im Jahr 2024 erreichte das Versandvolumen optischer 800G-Module zwei bis drei Millionen Einheiten.
1.6T befindet sich ebenfalls in der Entwicklung und die Auslieferung kleiner-Serien begann im Jahr 2025. Die Geschwindigkeitsverbesserung ist lächerlich schnell.
Die Siliziumphotonik wird seit vielen Jahren gehypt.
Ehrlich gesagt denke ich persönlich, dass es über-vermarktet wurde. Theoretisch kann die Siliziumphotonik die Kosten senken und die Integration erhöhen, aber in der tatsächlichen Massenproduktion sind die Ausbeuteprobleme noch nicht vollständig gelöst. Darüber hinaus können Materialien auf Silizium--Basis nicht zur Herstellung von Lasern verwendet werden; Sie müssen noch mit Materialien der Gruppe III-V gemischt und integriert werden.
Das ist natürlich nur meine Meinung; Viele in der Branche sind anderer Meinung. Intel und Cisco fördern stark die Silizium-Photonik, und das muss ihre Gründe haben.
Dieses Konzept ist radikaler: Es verpackt die optische Engine und den Schaltchip direkt zusammen. Der Vorteil liegt in einer deutlichen Reduzierung des Stromverbrauchs und einer Erhöhung der Bandbreitendichte. Der Nachteil besteht darin, dass das optische Modul nicht einzeln ausgetauscht werden kann; Wenn eines ausfällt, muss möglicherweise die gesamte Platine ersetzt werden.
Große Unternehmen wie Google und Meta fördern CPO stark und die tatsächliche Einführung wird für 2025 oder 2026 erwartet. Ob es sich jedoch durchsetzen wird, ist noch ungewiss. Wartungskollegen fürchten CPO: Wie ersetzt man es, wenn es ausfällt? Sollte das gesamte System stillgelegt werden?
Endlich
Die Grundidee ist einfach: Optische Transceiver sind der Grundstein moderner Kommunikationsnetzwerke mit extrem breiten Anwendungsmöglichkeiten.
Von Ihrer heimischen Breitband-ONU bis zum Backbone-Netzwerk der Telekommunikationsbetreiber; von Unternehmensbüronetzwerken bis hin zu Hyperscale-Rechenzentren; Von 5G-Basisstationen bis hin zu KI-Trainingsclustern-optische Module gibt es überall.
Diese Branche ist nicht glamourös und die technischen Hürden sind nicht so einschüchternd wie die der Chipindustrie, aber ihre Stärke liegt in ihrem stetigen, kontinuierlichen Wachstum. Die KI-Welle hat der Branche einen deutlichen Aufschwung gegeben. Wenn Sie Netzwerktechniker oder Rechenzentrumsbetriebsingenieur sind oder sich einfach für die Kommunikationsbranche interessieren, lohnt es sich auf jeden Fall, sich etwas über optische Module zu informieren. Je länger Sie in diesem Bereich arbeiten, desto mehr werden Sie dies zu schätzen wissen.