Moduli z optičnimi vlakni se proizvajajo po vsem svetu

 

Resničnost v Shenzhenu, ki je nihče ne predstavi na sejemskih predstavitvah

 

Priletite v Shenzhen Bao'an, vzemite taksi do Longhue ali Dalanga in v štiridesetih minutah boste šli mimo več tovarn optičnih oddajnikov, kot jih obstaja v vsej Evropi skupaj. Gostota je absurdna. V polmeru dveh-kilometrov od mojega hotela med enim potovanjem po nabavi sem naštel sedemnajst ločenih proizvajalcev SFP. Sedemnajst. Nekateri zasedajo cele industrijske parke. Drugi si delijo eno samo nadstropje nevpadljive stavbe z obratom za brizganje in podjetjem, ki izdeluje božične lučke LED.

Tukaj se zgodi glasnost. Nekje med 60 in 70 odstotki vtičnih optičnih sprejemnikov na svetu je poslanih iz province Guangdong. Natančno število je odvisno od tega, kako štejete-dokončane module v primerjavi s podsklopi v primerjavi s kompleti golih komponent-, vendar velikost ni sporna.

Tovarne segajo od resničnih svetovnih-razredov s čistilnicami razreda 10K in avtomatiziranimi stroji za lepljenje matrice do trgovin, kjer sem opazoval delavce, kako ročno-postavljajo laserske diode s pinceto pod stereo mikroskopom. Obe vrsti pošiljata izdelek, ki opravi enake teste skladnosti. Razlika se pokaže osemnajst mesecev pozneje v stopnjah napak na terenu, toda do takrat je modul problem nekoga drugega.

 

Zakaj je Japonska še vedno pomembnejša, kot si kdorkoli prizna

 

Karte dobavne verige izpuščajo naslednje: kritične sestavljene polprevodniške komponente{0}}dejanski fotoni-oddajajo in fotoni{2}}zaznavajo bite-še vedno večinoma iz Japonske.

Sumitomo Electric. Mitsubishi Electric. Lumentumove japonske operacije. Coherentova tovarna legacy II-VI v Toyami. Ti obrati proizvajajo laserske čipe DFB, oddajnike EML in visoko-hitrostne fotodiode, ki jih kitajski sestavljalci še ne morejo ponoviti na enakovrednih ravneh zmogljivosti. 1310nm nehlajeni EML-ji, ki tečejo v modulih 400G-DR4 vašega hiperskalerja? Pretežno japonski silicij. Visoko{12}}laserji s črpalko v vaših EDFA? japonska. Lavinske fotodiode v vašem OTDR? japonska.

Vrzel v znanosti o materialih je resnična. Gojenje epitaksialnih plasti indijevega fosfida z enakomernostjo, ki je potrebna za -zmogljive DFB rešetke, zahteva desetletja institucionalnega znanja, ki se ne prenaša prek pridobljenega IP-ja ali najetih inženirjev. Recepti reaktorja MOCVD so zaščiteni do hitrosti pretoka plina in temperaturnih profilov. Tiho znanje živi v glavah procesnih inženirjev, ki že dvajset let uporabljajo ista orodja.

Enkrat sem preživel tri dni v japonski laserski tovarni. Gledal sem, kako je tehnik zavrnil celotno rezino, ker je spekter fotoluminiscence pokazal 2nm premik valovne dolžine od cilja. Dva nanometra. Rezina bi verjetno dala funkcionalne naprave. Vendar specifikacija ni bila "funkcionalna"-"v specifikacijah pri -40 stopinj v 20 letih" je bila specifikacija in ta 2nm premik je nakazoval, da se je v procesu rasti nekaj premaknilo.

Te kulture ne zgradiš v petih letih.

 

Igra lupine komponent

 

Sledite dejanskim delom prek optičnega oddajnika "made in China" in našli boste lekcijo geografije.

Laserske diode: Japonska z vse večjo konkurenco kitajskih domačih dobaviteljev, kot je Accelink, za dele z nižjo-hitrostjo. Vrzel v zmogljivosti pri 25G PAM4 in več ostaja precejšnja.

Gonilnik in integrirana vezja TIA: Tajvan prevladuje prek fotonike-sosednjih procesov TSMC in oblikovalskih hiš brez fabless v Hsinchu. Semtech, Macom in Broadcom so tam vsi trakovi. Kitajska že desetletje poskuša zgraditi domače alternative z omejenim uspehom-samo orodja EDA ustvarjajo verige odvisnosti.

Optični izolatorji in obtočne črpalke: zdaj večinoma kitajski. Casix, kitajske operacije Agiltrona in ducat manjših igralcev v Fuzhouju so te komponente v bistvu komoditizirali. Kakovost je dobra za datacom.

Enote nizov vlaken in nastavki: japonska natančna proizvodnja še vedno vodi v nizkih-tolerančnih nastavkih MT. Kitajski dobavitelji upravljajo glasnost na standardnih priključkih LC/SC.

Keramični paketi in podnosilci: razdeljeni med japonske strokovnjake, kot je Kyocera, in kitajske množične proizvajalce. Zahteve glede toplotnega upravljanja za oddajnike z-veliko močjo še vedno dajejo prednost japonskim virom.

PCB-ji in fleksibilna vezja: Tajvan in celinska Kitajska, z nekaj posebnimi-visokofrekvenčnimi ploščami japonskih dobaviteljev.

 

Tarifni prepir

 

Carine iz leta 2018 so preoblikovale proizvodno geografijo industrije na načine, ki se še vedno izvajajo.

Pred razdelkom 301 je bil izračun preprost: proizvodnja na Kitajskem za stroške, pošiljanje v svet. Hiperskalerji in podjetja so kupovali prek distribucije ali neposredno, plačevali ceno na Kitajskem in niso veliko razmišljali o državi izvora.

Potem so pristale 25-odstotne carine. Nenadoma je moral vsak vodja nabave razumeti razliko med kodami HTS, bistvenimi pravili preoblikovanja in kaj točno pomeni "proizvodnja" v primerjavi s "sestavljanjem" v očeh CBP.

Prvi odziv je bil kaos. Poznam podjetja, ki so delno sestavljene module dobesedno -z zrakom prepeljala v Mehiko za končno opremljanje, nanje nalepila nalepke »Sestavljeno v Mehiki« in upala, da se bo tarifna izključitev obdržala. Nekateri so se izognili. Nekateri niso. Izvrševanje je bilo-in ostaja-nedosledno.

Bolj izpopolnjeni igralci so vzpostavili dejansko proizvodno prisotnost na tarifno-prijaznih lokacijah. Vietnam je pritegnil znatne naložbe. Malezija je pobrala nekaj preliva. Tajska je imela nekaj operacij. Innolight je odprl obrat v Tijuani. FS je zgradil mehiško zmogljivost.

Toda tu je stvar, o kateri nihče ne govori: dobavne verige komponent se niso premaknile. Laserske diode še vedno prihajajo iz Japonske. IC gonilniki še vedno prihajajo iz Tajvana. Pasivna optika še vedno prihaja iz Kitajske. Izvedba končne montaže v Vietnamu ne odpravi izpostavljenosti Kitajski-, doda le logistični skok in glavobol glede skladnosti.

Hiperskalerji so se naučili živeti s tem. Imajo nabavne ekipe, ki ne počnejo drugega kot upravljajo izpostavljenost tarifam. Manjše kupce je stisnilo.

 

Kaj se pravzaprav dogaja v čisti sobi

 

Večina vsebin o optičnih sprejemnikih in oddajnikih, ki jih boste prebrali, osvetli dejanski proizvodni proces. Sijajni videoposnetki ogleda tovarne prikazujejo robote in bleščečo opremo. Realnost je bolj zapletena.

Lepljenje matrice: Laser ali čip VCSEL se pritrdi na podstavek z evtektično spajko-običajno zlato-kositer pri 280 stopinjah -ali prevodni epoksi. Pomembna je natančnost postavitve. Pri laserjih, ki oddajajo-robe, potrebujete bočno poravnavo v nekaj mikronih, da dosežete jedro vlakna. Za VCSEL, ki se pogovarjajo z večmodnim vlaknom, so tolerance manjše, vendar postavljate več oddajnikov v polje.

Opazoval sem izkušene operaterje, ki so dosegli-izkoristek prvega prehoda več kot 95 % pri lepljenju matrice. Gledal sem tudi, kako manj izkušeni operaterji uničujejo drage laserske palice tako, da jih pregrejejo med reflowom. Razlika je v dotiku, prepoznavanju vzorcev, zavedanju, kdaj je spajkalni spoj videti v redu in kdaj je šlo kaj narobe.

Vezava žice: Zlate ali aluminijaste žice povezujejo matrico s sledmi vezja. Za RF-kritične povezave-hitre-signalne poti od gonilnika do modulatorja-uporabite povezovanje s trakom za zmanjšanje induktivnosti. Žične vezice so videti trivialne, vendar so velik omejevalnik donosa. Ena onesnažena vezna blazinica, ena napačno nameščena zanka, ki ima kratek stik z naslednjo sledjo, in modul ne prestane končnega preizkusa.

Pritrditev vlaken: Prenos svetlobe iz laserja v vlakna zahteva natančnost poravnave, ki meji na absurd. Aktivni sistemi za poravnavo popeljejo vlakno v položaj, ki maksimira povezano moč, nato UV-strjen epoksi zamrzne vse na mestu. Epoksi se med strjevanjem nekoliko skrči. Dobri procesni inženirji nadomestijo. Slabi procesni inženirji se sprašujejo, zakaj so njihovi izkoristki padli.

Hermetično zapiranje: Moduli z visoko{0}}zanesljivostjo se pod suhim dušikom zaprejo v kovinsko posodo z okencem. Pečat mora zdržati 20 let v telekomunikacijskem okolju. Varjenje s šivi ali uporovno varjenje opravi delo. Lasersko varjenje je hitrejše, vendar povzroča toplotno obremenitev.

Vsak od teh korakov je lahko avtomatiziran, pola{0}}avtomatiziran ali izveden ročno. Temu primerno se povečajo stroški opreme. Popolnoma avtomatizirana proizvodna linija 400G obsega osem številk. Ročno linijo je mogoče nastaviti za manj kot 500.000 $. Oba proizvajata delujoče module. Razlika se kaže v doslednosti, prepustnosti in dolgoročni-zanesljivosti.

 

 

Testiranje je kraj, kjer se režejo vogali

 

Pravilno testiran optični oddajnik-sprejemnik gre skozi rokavico:

Parametrično testiranje pri sobni temperaturi: optična moč, razmerje ekstinkcije, občutljivost sprejemnika, skladnost maske očesnega diagrama. To so namizni vložki. Vsi to počnejo.

Kroženje temperature: izvedite iste preskuse pri -40 stopinjah, +85 stopinjah in več točkah vmes. Tukaj obrobne enote odpovejo. Tok praga laserja se spreminja s temperaturo. Toplotna ekspanzija obremeni vezi. Občutljivost sprejemnika se zmanjša, ko se poveča temni tok fotodiode.

Burn{0}}in: zaženite module pri povišani temperaturi v neprekinjenem prometu 24, 48 ali 168 ur, odvisno od zahtev stranke. Neuspeh pri umrljivosti dojenčkov se zgodi v prvih nekaj sto urah. Ujeti jih pred pošiljanjem je ceneje kot jih ujeti v podatkovnem centru.

Tukaj je težava: testiranje stane denar in zahteva čas. Temperaturne komore niso brezplačne. Za-sežiganje porabi prostor. Vsaka ura, ko se modul testira, je ena ura, ko se ne pošilja.

Pritisk za skrajšanje preskusnega časa je stalen. Modul, ki potrebuje 168-ur zapisovanja-, namesto tega pa dobi 24 ur, bo verjetno dobro deloval. Verjetno. Porazdelitev napak se spremeni-namesto, da bi odpovedale v vaši tovarni, manj slabe enote odpovejo v omari stranke tri mesece kasneje.

Videl sem, da se pokritost s testi med dobavitelji, ki trdijo enake ravni kakovosti, razlikuje za velikostni red. Specifikacije stranke pravijo, da je potrebno-zažgati. Ne piše, kako dolgo, pri kateri temperaturi ali pod kakšnim vzorcem prometa.

Vprašajte svojega dobavitelja, kako dejansko izgleda njihova pokritost s testom. Večina ne bo odgovorila iskreno. Tisti, ki bodo, so običajno tisti, od katerih želite kupiti.

 

Trg združljivih modulov

 

Glavni prodajalci stikal-Cisco, Arista, Juniper-zaračunavajo znatne premije za optične module svojih blagovnih znamk. Cena 100G-LR4 znamke Cisco-bi lahko bila 3500 USD. "Združljiv" ekvivalent iz shenzhenskega sestavljalnika stane 300-600 $.

Moduli uporabljajo identične ali skoraj{0}}identične komponente. Laserske diode prihajajo od istih japonskih dobaviteljev. IC gonilnika so isti deli Semtech. Razlika je v tem, da je OEM modul šel skozi prodajalčev kvalifikacijski program, združljivi modul pa ne.

Nekateri združljivi moduli delujejo brezhibno več let. Nekaterim spodleti na načine, ki so nadležni, a obvladljivi. Nekateri odpovejo na načine, ki uničijo produkcijsko omrežje ob 2. uri zjutraj in ustvarijo-usmerjanje med TAC vašega prodajalca stikala in prodajnim predstavnikom vašega dobavitelja modula.

Način okvare, ki sem ga najpogosteje videl: toplotno upravljanje pri trajnem delovanju z visoko-pasovno širino. Modul dobro deluje v laboratoriju. Deluje dobro prvi mesec v proizvodnji. Potem pride poletje, podatkovni center deluje nekaj stopinj topleje, modul deluje 3 stopinje bolj vroče od načrtovane meje in laser se stara prezgodaj.

Večini tega se lahko izognete tako, da kupujete od uglednih-neodvisnih dobaviteljev in opravite lastno testiranje kvalifikacij. Prihranki pri stroških so povezani s tisoči modulov. Vendar morate dejansko opraviti testiranje, ne samo domnevati, da tehnični list govori resnico.

 

 

Kdo kaj izdeluje kje: grob vodnik

 

Kaj 800G in CPO pomenita za geografijo

 

Prehod na 800G spremeni stvari. Poveča se gostota moči. Toplotni izzivi se množijo. Kompleksnost DSP se poveča.

Pri 800G so meje celovitosti signala zelo-tanke. PAM4 pri 100+ gigabaudu na pas zahteva implementacije DSP, ki jih lahko izvede le nekaj podjetij. Marvell. Broadcom. Credo. Morda eden ali dva kitajska igralca v naslednji generaciji.

Posledica: 800G konsolidira zmogljivost oblikovanja v manjšem številu rok, tudi če sestavljanje ostane porazdeljeno. V Shenzhenu lahko še vedno izdelujete module 800G, vendar silicij kupujete od majhnega oligopola dobaviteljev.

Z-zapakirana optika potiska dlje. Ko se funkcija sprejemnika in oddajnika integrira v paket ASIC stikala, se proizvodnja premakne iz tovarn modulov v tovarne polprevodnikov. TSMC in Intel postaneta ozko grlo, ne industrijski park Longhua.

To je nekaj let oddaljeno od glavne uvedbe. Ampak prihaja. In prestrukturiralo bo, kdo kje kaj izdeluje na načine, ki še niso očitni.

 

Praktični nasveti za ljudi, ki kupujejo te stvari

 

Če uvajate na tisoče modulov na leto:

Kvalificirajte več dobaviteljev. Tarifna situacija se lahko spremeni. Dobavitelji lahko zapustijo trg. Tveganje-iz enega vira je resnično in vas bo sčasoma ugriznilo.

Dejansko preizkusite dohodno kakovost. Ne zaupajte samo potrdilu o skladnosti prodajalca. Zaženite vzorec skozi lastno testno nastavitev. Sledite stopnjam napak po dobavitelju, po datumski kodi, po seriji.

Razumeti, od kod prihajajo komponente. Vaš modul, »-proizveden v ZDA«, ima morda ključne komponente iz Kitajske. Vaš modul »brez-Kitajske« morda ni tako-brez Kitajske, kot trdi prodajni predstavnik. Dobavne verige so nepregledne in spodbude za prikrivanje izvora so pomembne.

Če izvajate manjšo operacijo:

Kupujte pri uveljavljenih tretjih-dobaviteljih z resničnimi inženirskimi ekipami, ne pri trgovskih podjetjih, ki ta teden spreminjajo blagovno znamko, kar je najcenejše. Razlika v ceni med dobrim in skromnim je morda 20%. Razlika v zanesljivosti je neskončna, ko odpravljate težave s preklopi povezav ob 3. uri zjutraj.

Za vse:

Geografija proizvodnje je manj pomembna kot kakovost proizvodnje. Dobro-vodena tovarna v Shenzhenu proizvaja boljše module kot slabo-vodena tovarna v Ameriki. Dobavitelje sodite po njihovih procesih, pokritosti testov, stopnjah napak na terenu-in ne po zastavici na njihovem marketinškem gradivu.

Tehnologija deluje. Vsako leto se pošlje milijarde modulov in velika večina deluje točno tako, kot je določeno. Izziv je najti dobavitelje, katerih "natančno tako, kot je določeno" vključuje kotne primere, na katere bo vaše omrežje sčasoma naletelo.