Оптичните модули се произвеждат по целия свят

 

Реалността на Шенжен, която никой не представя на търговски изложения

 

Летете до Shenzhen Bao'an, вземете такси до Longhua или Dalang и ще преминете покрай повече фабрики за оптични трансивъри за четиридесет минути, отколкото съществуват в цяла Европа взети заедно. Плътността е абсурдна. Преброих седемнадесет отделни производители на SFP в радиус от два- километра от моя хотел по време на едно пътуване за снабдяване. Седемнадесет. Някои заемат цели индустриални паркове. Други споделят един-единствен етаж от невзрачна сграда с операция за леене под налягане и компания, произвеждаща LED коледни лампички.

Това е мястото, където се случва обемът. Някъде между 60 и 70 процента от щепселните оптични трансивъри в света се доставят от провинция Гуангдонг. Точният брой зависи от начина, по който броите-завършените модули спрямо подвъзлите спрямо комплектите с голи компоненти-но величината не е противоречива.

Фабриките варират от наистина{0}}световни операции с чисти стаи от клас 10K и автоматизирани щанцообразуващи машини до магазини, където съм наблюдавал как работници ръчно-поставят лазерни диоди с помощта на пинсети под стереомикроскоп. И двата вида доставят продукт, който преминава едни и същи тестове за съответствие. Разликата се проявява осемнадесет месеца по-късно в процентите на повреди, но дотогава модулът е проблем на някой друг.

 

Защо Япония все още е по-важна, отколкото всеки признава

 

Ето какво пропускат картите на веригата за доставки: критични съставни полупроводникови компоненти-действителните фотони-излъчващи и-откриващи фотони-все още идват предимно от Япония.

Sumitomo Electric. Mitsubishi Electric. Японските операции на Lumentum. Наследството на Coherent II-VI фабрика в Тояма. Тези съоръжения произвеждат DFB лазерни чипове, EML предаватели и високо-скоростни фотодиоди, които китайските асемблиращи производители все още не могат да копират при еквивалентни нива на производителност. 1310nm неохлажданите EML, работещи в модулите 400G-DR4 на вашия хиперскалер? Преобладаващо японски силиций. Високо{12}}мощните лазери с помпа във вашите EDFA? японски. Лавинните фотодиоди във вашия OTDR? японски.

Пропастта в науката за материалите е реална. Отглеждането на епитаксиални слоеве от индиев фосфид с еднаквостта, необходима за -високопроизводителни DFB решетки, изисква десетилетия институционални познания, които не се прехвърлят чрез придобит IP или наети инженери. Рецептите за MOCVD реактори са патентовани до дебита на газовия поток и температурните профили. Мълчаливото знание живее в главите на инженерите по процеси, които работят с едни и същи инструменти от двадесет години.

Веднъж прекарах три дни в японска лазерна фабрика. Наблюдавах как техник отхвърля цяла пластина, защото спектърът на фотолуминесценция показва изместване на дължината на вълната от 2 nm спрямо целта. Два нанометра. Вафлата вероятно щеше да даде функционални устройства. Но „функционално“ не беше спецификацията-„в рамките на спецификациите при -40 градуса за 20 години“ беше спецификацията и това изместване от 2nm предполагаше, че нещо се е променило в процеса на растеж.

Тази култура не се изгражда за пет години.

 

Играта на компонентната обвивка

 

Следвайте действителните части чрез оптичен трансивър „произведен в Китай“ и ще намерите урок по география.

Лазерни диоди: Япония, с нарастваща конкуренция от китайски местни доставчици като Accelink за по--скоростни части. Разликата в производителността при 25G PAM4 и по-горе остава значителна.

Интегрални схеми на драйвери и TIA: Тайван доминира чрез фотоник-съседните процеси на TSMC и дизайнерските къщи без фабрични решения в Хсинчу. Semtech, Macom и Broadcom са там. Китай се опитва да изгради вътрешни алтернативи от десетилетие с ограничен успех-само инструментите на EDA създават вериги на зависимости.

Оптични изолатори и циркулационни помпи: Вече предимно китайски. Casix, китайските операции на Agiltron и дузина по-малки играчи във Фуджоу по същество превърнаха тези компоненти в стоки. Качеството е добро за datacom.

Модули и накрайници с влакнеста решетка: Японското прецизно производство все още води за МТ накрайници с тесен-допуск. Китайските доставчици управляват обема на стандартните LC/SC конектори.

Керамични пакети и подкрепители: Разделени между японски специалисти като Kyocera и китайски големи производители. Изискванията за управление на топлината за високо{1}}мощни предаватели все още предпочитат японските източници.

ПХБ и гъвкави вериги: Тайван и континентален Китай, с някои специални високочестотни-платки от японски доставчици.

 

Тарифната битка

 

Митата от 2018 г. промениха производствената география на индустрията по начини, които все още се развиват.

Преди раздел 301 изчислението беше просто: производство в Китай на цена, изпращане до света. Hyperscalers и предприятията купуваха чрез дистрибуция или директно, плащаха цената в Китай и не мислеха много за страната на произход.

След това паднаха 25% мита. Изведнъж всеки мениджър по покупки трябваше да разбере разликата между HTS кодовете, съществените правила за трансформация и какво точно представлява „производство“ срещу „сглобяване“ в очите на CBP.

Първоначалният отговор беше хаос. Познавам компании, които буквално по въздух-изпращаха частично сглобени модули до Мексико за окончателно комплектоване, залепваха етикети „Сглобени в Мексико“ върху тях и се надяваха изключването от мита да се запази. Някои се разминаха. Някои не го направиха. Прилагането беше-и остава-непоследователно.

По-усъвършенстваните играчи установиха действително производствено присъствие в тарифни-локации. Виетнам привлече значителни инвестиции. Малайзия пое известно преливане. Тайланд получи няколко операции. Innolight отвори съоръжение в Тихуана. FS изгради мексикански капацитет.

Но ето нещото, за което никой не говори: веригите за доставка на компоненти не се преместиха. Лазерните диоди все още идват от Япония. Интегралните схеми на драйверите все още идват от Тайван. Пасивната оптика все още идва от Китай. Извършването на окончателно сглобяване във Виетнам не елиминира излагането на Китай-а само добавя логистичен скок и главоболие по отношение на съответствието.

Хиперскалерите се научиха да живеят с това. Те имат екипи за закупуване, които не правят нищо друго, освен да управляват експозицията на тарифите. По-малките купувачи бяха притиснати.

 

Какво всъщност се случва в чистата стая

 

Повечето съдържание за оптични трансивъри, което ще прочетете, блести върху действителния производствен процес. Лъскавите видеоклипове за обиколка на фабриката показват роботи и блестящо оборудване. Реалността е по-сложна.

Свързване на матрицата: Лазерът или VCSEL чипът се закрепват към подложка с помощта на евтектична спойка-обикновено златен-калай при 280 градуса -или проводяща епоксидна смола. Точността на поставяне има значение. За крайно-излъчващи лазери се нуждаете от странично подравняване в рамките на няколко микрона, за да ударите сърцевината на влакното. За VCSEL, които говорят с многомодово влакно, толерансите са по-свободни, но вие поставяте множество излъчватели в масив.

Наблюдавал съм опитни оператори, които постигат добив от-първо преминаване над 95% при свързване на матрицата. Също така съм наблюдавал как по-малко опитни оператори унищожават скъпи лазерни пръти, като ги прегряват по време на преформатиране. Разликата е докосване, разпознаване на образи, знанието кога спойката изглежда добре и кога нещо се обърка.

Свързване на проводници: Златни или алуминиеви проводници свързват матрицата със следите на веригата. За RF{1}}критични връзки-високоскоростните-пътища на сигнала от драйвера до модулатора-използвате лентово свързване за намаляване на индуктивността. Телените облигации изглеждат тривиални, но те са основен ограничител на доходността. Една замърсена свързваща подложка, една неправилно поставена верига, която дава късо съединение към следващата следа, и модулът не преминава последния тест.

Закрепване на влакна: Получаването на светлина от лазера във влакното изисква прецизност на подравняване, която граничи с абсурда. Активните системи за подравняване задвижват влакното до позиция, която максимизира свързаната мощност, след което UV-втвърдяващата се епоксидна смола замръзва всичко на място. Епоксидът се свива леко по време на втвърдяване. Добрите инженери компенсират. Лошите инженери се чудят защо добивите им са паднали.

Херметично запечатване: Модулите с висока-надеждност се запечатват под сух азот в метална кутия с прозорец. Печатът трябва да издържи 20 години в телеком среда. Заваряването на шевове или съпротивителното заваряване върши работа. Лазерното заваряване е по-бързо, но създава топлинен стрес.

Всяка една от тези стъпки може да бъде автоматизирана, полу{0}}автоматизирана или изпълнена ръчно. Разходите за оборудване съответно се мащабират. Напълно автоматизираната производствена линия 400G е осемцифрена. Ръчна линия може да бъде настроена за под $500K. И двете произвеждат работещи модули. Разликата се проявява в последователност, производителност и дългосрочна-надеждност.

 

 

Тестването е мястото, където се изрязват ъглите

 

Правилно тестван оптичен трансивър преминава през ръкавица:

Параметрично тестване при стайна температура: оптична мощност, коефициент на екстинкция, чувствителност на приемника, съответствие на маската на очната диаграма. Това са залози на масата. Всеки прави това.

Температурни цикли: изпълнете същите тестове при -40 градуса, +85 градуса и няколко точки между тях. Това е мястото, където маргиналните единици се провалят. Лазерният прагов ток се измества с температурата. Термичното разширение натоварва връзките на матрицата. Чувствителността на приемника се влошава с увеличаване на тъмния ток на фотодиода.

Изгаряне-: работете с модули при повишена температура при непрекъснат трафик за 24, 48 или 168 часа в зависимост от изискванията на клиента. Провалите в детската смъртност се случват през първите няколкостотин часа. Улавянето им преди изпращане е по-евтино от улавянето им в центъра за данни.

Ето го проблемът: тестването струва пари и отнема време. Температурните камери не са безплатни. Изгарянето-заема подово пространство. Всеки час, в който модул се намира на тест, е час, когато не се изпраща.

Натискът за намаляване на времето за изпитване е постоянен. Модул, който се нуждае от 168-часа запис-, но вместо това получава 24 часа, вероятно ще работи добре. Вероятно. Разпределението на неизправностите се променя-вместо да се повредят във вашата фабрика, незначително лошите единици се повредят в стелажа на клиента три месеца по-късно.

Виждал съм, че покритието на тестовете варира с порядък между доставчиците, които претендират за еквивалентни нива на качество. Спецификацията на клиента гласи „изисква се запис-в“. Не се казва за колко време, или при каква температура, или при какъв модел на движение.

Попитайте вашия доставчик как всъщност изглежда тяхното тестово покритие. Повечето няма да отговорят честно. Тези, които искат, обикновено са тези, от които искате да купите.

 

Пазарът на съвместими модули

 

Основните доставчици на комутатори-Cisco, Arista, Juniper-начисляват значителни премии за оптичните си модули с марка. 100G-LR4 с марката Cisco-може да е на цена от $3500. "Съвместим" еквивалент от асемблер в Шенжен струва $300-600.

Модулите използват идентични или почти{0}}идентични компоненти. Лазерните диоди идват от същите японски доставчици. Интегралните схеми на драйверите са същите части на Semtech. Разликата е: OEM модулът е преминал през програмата за квалификация на доставчика, а съвместимият модул не.

Някои съвместими модули работят безупречно в продължение на години. Някои се провалят по начини, които са досадни, но управляеми. Някои се провалят по начини, които свалят производствена мрежа в 2 сутринта и създават-насочване между TAC на вашия доставчик на комутатори и търговския представител на вашия доставчик на модули.

Режимът на повреда, който съм виждал най-често: термично управление при продължителна работа с висока-честотна лента. Модулът работи добре в лабораторията. Работи добре за първия месец в производството. След това идва лятото, центърът за данни работи с няколко градуса по-топло, модулът работи с 3 градуса по-горещ от допустимата граница и лазерът остарява преждевременно.

Можете да избегнете повечето от това, като купувате от реномирани доставчици-трети страни и извършвате собствени тестове за квалификация. Икономията на разходите се комбинира с хиляди модули. Но трябва действително да извършите тестването, а не просто да приемете, че спецификационният лист казва истината.

 

 

Кой какво прави къде: Грубо ръководство

 

Какво означават 800G и CPO за географията

 

Преходът към 800G променя нещата. Плътността на мощността се увеличава. Термичните предизвикателства се умножават. Сложността на DSP нараства.

При 800G границите на целостта на сигнала са -тънки като бръснач. PAM4 при 100+ гигабода на лента изисква DSP внедрявания, които само няколко компании могат да изпълнят. Marvell. Broadcom. Кредо. Може би един или двама китайски играчи в следващото поколение.

Изводът: 800G консолидира възможностите за проектиране в по-малко ръце, дори когато сглобяването остава разпределено. Все още можете да изграждате 800G модули в Шенжен, но купувате силиций от малък олигопол от доставчици.

Съв-опакованата оптика тласка напред. Когато функцията на трансивъра се интегрира в пакета ASIC на комутатора, производството се премества от фабрики за модули към фабрики за полупроводници. TSMC и Intel стават тясното място, а не индустриалният парк Longhua.

Това са години далеч от масовото внедряване. Но идва. И ще преструктурира кой къде какво прави по начини, които все още не са очевидни.

 

Практически съвети за хората, които купуват тези неща

 

Ако внедрявате хиляди модули годишно:

Квалифицирайте множество доставчици. Тарифната ситуация може да се промени. Доставчиците могат да напуснат пазара. Рискът от един-източник е реален и в крайна сметка ще ви ухапе.

Всъщност тествайте входящото качество. Не се доверявайте просто на сертификата за съответствие на доставчика. Пуснете проба чрез вашата собствена тестова настройка. Проследявайте процента на неуспех по доставчик, по код на дата, по партида.

Разберете откъде идват компонентите. Вашият модул, „-произведен в САЩ“, може да има критични компоненти от Китай. Вашият модул „без-Китай“ може да не е толкова безплатен,-както твърди търговският представител. Веригите за доставка са непрозрачни и стимулите за прикриване на произхода са значителни.

Ако изпълнявате по-малка операция:

Купувайте от утвърдени трети{0}}доставчици с истински инженерни екипи, а не от търговски компании, които променят марката на най-евтиното тази седмица. Разликата в цената между добър и скеч е може би 20%. Разликата в надеждността е безкрайна, когато отстранявате неизправности на връзките в 3 сутринта.

За всички:

Географията на производство има по-малко значение от качеството на производството. Една добре-управлявана фабрика в Шенжен произвежда по-добри модули от лошо-управлявана фабрика в Америка. Съдете за доставчиците по техните процеси, тяхното тестово покритие, техните полеви нива на неуспех-а не по флага на техните маркетингови материали.

Технологията работи. Всяка година се доставят милиарди модули и по-голямата част от тях работят точно както е посочено. Предизвикателството е намирането на доставчици, чието „точно както е посочено“ включва ъглови случаи, които вашата мрежа в крайна сметка ще срещне.