Optički moduli se proizvode širom svijeta

 

Stvarnost u Shenzhenu Niko ne stavlja na sajamske prezentacije

 

Uletite u Shenzhen Bao'an, uzmite taksi do Longhue ili Dalanga, i proći ćete više fabrika optičkih primopredajnika za četrdeset minuta nego što postoji u cijeloj Evropi zajedno. Gustina je apsurdna. Izbrojao sam sedamnaest zasebnih proizvođača SFP-a u krugu od dva-kilometra od mog hotela tokom jednog putovanja. Sedamnaest. Neki zauzimaju čitave industrijske parkove. Drugi dijele jedan sprat neupadljive zgrade s operacijom brizganja i kompanijom koja proizvodi LED božićna svjetla.

Ovdje se događa jačina zvuka. Negdje između 60 i 70 posto svjetskih priključnih optičkih primopredajnika isporučuje se iz provincije Guangdong. Tačan broj zavisi od toga kako računate-gotove module u odnosu na podsklopove naspram kompleta golih komponenti-ali veličina nije kontroverzna.

Fabrike se kreću od stvarno-poslovanja svjetske klase sa čistim sobama klase 10K i automatiziranim matricama do trgovina u kojima sam gledao radnike kako ručno-postavljaju laserske diode koristeći pincetu pod stereo mikroskopom. Obje vrste isporučuju proizvode koji prolaze iste testove usklađenosti. Razlika se pojavljuje osamnaest mjeseci kasnije u stopama kvarova na terenu, ali do tada je modul nečiji problem.

 

Zašto je Japan i dalje važniji nego što iko priznaje

 

Evo šta mape lanca snabdevanja izostavljaju: kritične složene poluprovodničke komponente-stvarni fotoni-emitujući i fotoni-bitovi koji detektuju-i dalje uglavnom teku iz Japana.

Sumitomo Electric. Mitsubishi Electric. Lumentumove japanske operacije. Coherentovo naslijeđe II-VI fab u Toyami. Ova postrojenja proizvode DFB laserske čipove, EML predajnike i brze fotodiode-koje kineski asembleri još ne mogu replicirati na ekvivalentnim nivoima performansi. 1310nm nehlađeni EML-ovi koji rade u 400G-DR4 modulima vašeg hiperskalera? Uglavnom japanski silicijum. Laseri{12}}pumpa velike snage u vašim EDFA? Japanski. Lavine fotodiode u vašem OTDR-u? Japanski.

Jaz u materijalnoj nauci je stvaran. Uzgoj epitaksijalnih slojeva indijum fosfida sa uniformnošću koja je potrebna za DFB rešetke visokog prinosa zahteva decenije institucionalnog znanja koje se ne prenosi putem stečenog IP-a ili angažovanih inženjera. Recepti MOCVD reaktora su zaštićeni do brzina protoka gasa i temperaturnih profila. Prećutno znanje živi u glavama procesnih inženjera koji već dvadeset godina koriste iste alate.

Jednom sam proveo tri dana u japanskoj fabrici lasera. Gledao sam kako tehničar odbija čitavu pločicu jer je spektar fotoluminiscencije pokazao pomak talasne dužine od 2 nm od mete. Dva nanometra. Oblata bi vjerovatno dala funkcionalne uređaje. Ali "funkcionalno" nije bila specifikacija-"unutar specifikacije na -40 stepeni tokom 20 godina" je bila specifikacija, a taj 2nm pomak je sugerirao da se nešto pomaknulo u procesu rasta.

Tu kulturu se ne gradi za pet godina.

 

The Component Shell Game

 

Pratite stvarne dijelove preko optičkog primopredajnika "made in China" i naći ćete lekciju iz geografije.

Laserske diode: Japan, sa sve većom konkurencijom kineskih domaćih dobavljača kao što je Accelink za manje{0}}dijelove. Razlika u performansama na 25G PAM4 i više ostaje značajna.

Driver i TIA integrisana kola: Tajvan dominira kroz TSMC fotonike{0}}susedne procese i fabless dizajnerske kuće u Hsinchuu. Semtech, Macom i Broadcom sve se snimaju tamo. Kina već deceniju pokušava da izgradi domaće alternative sa ograničenim uspehom-samo EDA alati stvaraju lance zavisnosti.

Optički izolatori i cirkulatori: sada uglavnom kineski. Casix, Agiltronove kineske operacije i desetak manjih igrača u Fuzhouu su u suštini komodizirali ove komponente. Kvalitet je dobar za datacom.

Jedinice niza vlakana i ferule: Japanska precizna proizvodnja još uvijek vodi u MT ferulama sa uskom{0}tolerancijom. Kineski dobavljači upravljaju volumenom na standardnim LC/SC konektorima.

Keramički paketi i nosači: Podijelite između japanskih stručnjaka kao što je Kyocera i kineskih proizvođača velikih količina. Zahtjevi za upravljanje toplotom za predajnike velike{1}}i dalje favoriziraju japanske izvore.

PCB i fleksibilna kola: Tajvan i kontinentalna Kina, sa nekim specijalnim visoko{0}}pločama od japanskih dobavljača.

 

Tariff Scramble

 

Carine iz 2018. preoblikovale su geografiju proizvodnje u industriji na načine koji se još uvijek primjenjuju.

Prije Odjeljka 301, kalkulacija je bila jednostavna: proizvodnja u Kini po cijeni, otprema u svijet. Hiperskaleri i preduzeća kupljena putem distribucije ili direktno, plaćali su kinesku cenu i nisu mnogo razmišljali o zemlji porekla.

Zatim su pale tarife od 25%. Odjednom je svaki menadžer nabavke morao razumjeti razliku između HTS kodova, značajnih pravila transformacije i šta tačno predstavlja "proizvodnju" naspram "montaže" u očima CBP-a.

Prvobitni odgovor bio je haos. Znam kompanije koje su doslovno-prevezle djelomično sastavljene module u Meksiko radi konačnog kompletiranja, zalijepile na njih naljepnice "Sastavljeno u Meksiku" i nadale se da će se isključenje iz tarife održati. Neki su se izvukli. Neki nisu. Provedba je bila-i ostala-nedosljedna.

Sofisticiraniji igrači su uspostavili stvarnu proizvodnju na lokacijama{0}}prikladnim za tarife. Vijetnam je privukao značajne investicije. Malezija je pokupila malo prelivanja. Tajland je imao nekoliko operacija. Innolight je otvorio pogon u Tihuani. FS je izgradio meksičke kapacitete.

Ali evo stvari o kojoj niko ne govori: lanci snabdevanja komponentama se nisu pomerili. Laserske diode i dalje dolaze iz Japana. IC-ovi drajvera i dalje dolaze sa Tajvana. Pasivna optika i dalje dolazi iz Kine. Izvođenje završne montaže u Vijetnamu ne eliminiše izloženost Kini-već samo dodaje logistički skok i glavobolju zbog usklađenosti.

Hiperskaleri su naučili da žive sa tim. Imaju timove za kupovinu koji ne rade ništa osim što upravljaju tarifnom izloženošću. Manji kupci su bili stisnuti.

 

Šta se zapravo dešava u čistoj sobi

 

Većina sadržaja optičkog primopredajnika koji ćete pročitati reflektuje stvarni proizvodni proces. Sjajni video snimci obilaska fabrike prikazuju robote i blistavu opremu. Stvarnost je komplikovanija.

Vezivanje pomoću kalupa: Laser ili VCSEL čip se pričvršćuje na podnožje pomoću eutektičkog lema-obično zlatnog-kalaja na 280 stepeni -ili provodljivog epoksida. Preciznost postavljanja je bitna. Za lasere{6}}koji emituju ivice, potrebno vam je bočno poravnanje unutar nekoliko mikrona da pogodite jezgro vlakna. Za VCSEL-ove koji razgovaraju sa multimodnim vlaknima, tolerancije su manje, ali postavljate više emitera u niz.

Gledao sam kako iskusni operateri pogađaju-prinos prvog prolaza preko 95% na spajanju kalupa. Takođe sam gledao manje iskusne operatere kako uništavaju skupe laserske šipke tako što ih pregrevaju tokom reflow. Razlika je u dodiru, prepoznavanju uzoraka, znanju kada lemni spoj izgleda ispravno u odnosu na to kada je nešto pošlo po zlu.

Spajanje žice: zlatne ili aluminijumske žice povezuju matricu sa tragovima kola. Za RF-kritične veze-brzi-putevi signala od drajvera do modulatora-koristite vezivanje trakom za smanjenje induktivnosti. Žičane veze izgledaju trivijalno, ali su glavni limitator prinosa. Jedan kontaminirani vezni jastučić, jedna pogrešno postavljena petlja koja spaja na sljedeći trag i modul ne prolazi završni test.

Pričvršćivanje vlakana: Dobijanje svjetlosti iz lasera u vlakno zahtijeva preciznost poravnanja koja se graniči sa apsurdom. Sistemi aktivnog poravnanja dovode vlakno u poziciju koja maksimizira spojenu snagu, a zatim UV-očvršćivač epoksid zamrzava sve na svom mjestu. Epoksid se blago skuplja tokom sušenja. Dobri procesni inženjeri kompenzuju. Loši procesni inženjeri se pitaju zašto su im prinosi opali.

Hermetičko zaptivanje: Moduli visoke{0}}pouzdanosti se zatvaraju pod suvim azotom u metalnoj konzervi sa prozorima. Pečat mora da stoji 20 godina u telekom okruženju. Zavarivanje šavova ili otporno zavarivanje obavlja svoj posao. Lasersko zavarivanje je brže, ali dovodi do toplinskog naprezanja.

Svaki od ovih koraka može biti automatiziran, polu{0}}automatiziran ili izveden ručno. Troškovi opreme se shodno tome skaliraju. Potpuno automatizovana proizvodna linija 400G ima osam brojeva. Ručna linija se može postaviti za manje od 500 hiljada dolara. Oba proizvode radne module. Razlika se očituje u konzistentnosti, propusnosti i dugotrajnoj-pouzdanosti.

 

 

Testiranje je mjesto gdje se uglovi seku

 

Pravilno testiran optički primopredajnik prolazi kroz rukavicu:

Parametarsko testiranje na sobnoj temperaturi: optička snaga, omjer ekstinkcije, osjetljivost prijemnika, usklađenost maske dijagrama očiju. Ovo su ulozi za stol. Svi ovo rade.

Ciklus temperature: pokrenite iste testove na -40 stepeni, +85 stepeni i nekoliko tačaka između. Ovo je mjesto gdje marginalne jedinice ne uspijevaju. Struja praga lasera se pomiče sa temperaturom. Naprezanja toplinske ekspanzije umiruju veze. Osetljivost prijemnika opada kako se tamna struja fotodiode povećava.

Sagorevanje-: pokrenite module na povišenoj temperaturi u neprekidnom saobraćaju 24, 48 ili 168 sati u zavisnosti od zahtjeva korisnika. Neuspjesi u mortalitetu novorođenčadi dešavaju se u prvih nekoliko stotina sati. Uhvatiti ih prije otpreme jeftinije je od hvatanja u podatkovnom centru.

Evo problema: testiranje košta novac i oduzima vrijeme. Temperaturne komore nisu besplatne. Burn-utroši prostor. Svaki sat koji modul testira je sat vremena kada se modul ne isporučuje.

Pritisak za smanjenje vremena testiranja je konstantan. Modul kojem je potrebno 168-sagorevanje-ali umjesto toga dobija 24 sata vjerovatno će raditi dobro. Vjerovatno. Distribucija kvarova se pomjera-umjesto kvara u vašoj fabrici, marginalno loše jedinice kvare u stalku kupaca tri mjeseca kasnije.

Vidio sam da pokrivenost testom varira za red veličine između dobavljača koji tvrde da je ekvivalentan nivo kvaliteta. U specifikacijama za kupca piše "potrebno je sagorijevanje-." Ne piše koliko dugo, na kojoj temperaturi ili pod kojim obrascem saobraćaja.

Pitajte svog dobavljača kako zapravo izgleda njihova pokrivenost testom. Većina neće iskreno odgovoriti. Oni koji hoće su obično oni od kojih želite da kupite.

 

Tržište kompatibilnih modula

 

Glavni dobavljači prekidača-Cisco, Arista, Juniper-naplaćuju značajne premije za svoje brendirane optičke module. Cisco-brendirani 100G-LR4 bi mogao koštati 3.500 USD. "Kompatibilni" ekvivalent od Shenzhen asemblera košta 300-600 dolara.

Moduli koriste identične ili skoro{0}}identične komponente. Laserske diode dolaze od istih japanskih dobavljača. IC-ovi drajvera su isti Semtech dijelovi. Razlika je: OEM modul je prošao kroz program kvalifikacije dobavljača, a kompatibilni modul nije.

Neki kompatibilni moduli rade besprijekorno godinama. Neki ne uspijevaju na načine koji su dosadni, ali podnošljivi. Neki ne uspijevaju na načine koji prekidaju proizvodnu mrežu u 2 ujutro i stvaraju-upiranje prstom između TAC-a vašeg dobavljača prekidača i prodajnog predstavnika vašeg dobavljača modula.

Način kvara koji sam najčešće viđao: upravljanje termičkom energijom pod kontinuiranim radom na velikom{0}}propusnom opsegu. Modul dobro radi u laboratoriji. Radi dobro prvih mjesec dana u proizvodnji. Onda dolazi ljeto, centar podataka radi nekoliko stepeni toplije, modul radi 3 stepena toplije od projektovane margine, a laser prerano stari.

Većinu ovoga možete izbjeći kupovinom od renomiranih dobavljača{0}}treće strane i provođenjem vlastitog kvalifikacionog testiranja. Ušteda se sastoji od hiljada modula. Ali morate zaista uraditi testiranje, a ne samo pretpostaviti da specifikacija govori istinu.

 

 

Ko šta gde gde: grubi vodič

 

Šta 800G i CPO znače za geografiju

 

Prelazak na 800G mijenja stvari. Povećava se gustina snage. Termalni izazovi se množe. Kompleksnost DSP-a raste.

Na 800G, margine integriteta signala su kao brijač{1}}tanke. PAM4 na 100+ gigabaud po traci zahtijeva DSP implementacije koje samo nekoliko kompanija može izvršiti. Marvell. Broadcom. Credo. Možda jedan ili dva kineska igrača u sljedećoj generaciji.

Implikacija: 800G konsoliduje mogućnosti dizajna u manjem broju ruku čak i kada montaža ostaje distribuirana. Još uvijek možete napraviti 800G module u Shenzhenu, ali kupujete silicij od malog oligopola dobavljača.

Ko-upakovana optika ide dalje. Kada se funkcija primopredajnika integriše u sklopni ASIC paket, proizvodnja se prebacuje sa fabrika modula na fabriku poluprovodnika. TSMC i Intel postaju usko grlo, a ne industrijski park Longhua.

Ovo je godinama daleko od mainstream implementacije. Ali dolazi. I restrukturiraće ko šta i gde pravi na načine koji još uvek nisu očigledni.

 

Praktični savjeti za ljude koji kupuju ove stvari

 

Ako implementirate hiljade modula godišnje:

Kvalificirajte više dobavljača. Tarifna situacija se može promijeniti. Dobavljači mogu napustiti tržište. Rizik iz jednog-izvora je stvaran i na kraju će vas ugristi.

Zapravo testirajte dolazni kvalitet. Nemojte samo vjerovati certifikatu o usklađenosti dobavljača. Provedite uzorak kroz vlastitu postavku za testiranje. Pratite stope neuspjeha po dobavljačima, prema šifri datuma, po partijama.

Shvatite odakle dolaze komponente. Vaš "-proizveden" modul možda ima kritične komponente iz Kine. Vaš modul "bez Kine{3}} možda nije toliko bez Kine{4} kao što tvrdi predstavnik prodaje. Lanci snabdevanja su neprozirni, a podsticaji za nejasno poreklo su značajni.

Ako pokrećete manju operaciju:

Kupujte od etabliranih dobavljača-treće strane sa pravim inženjerskim timovima, a ne trgovačkim kompanijama koje rebrendiraju ono što je najjeftinije ove sedmice. Razlika u cijeni između dobrog i skrovitog je možda 20%. Razlika u pouzdanosti je beskonačna kada rješavate probleme s prekidima veze u 3 ujutro.

Za sve:

Geografija proizvodnje je manje bitna od kvaliteta proizvodnje. Dobro{1}}upravljana fabrika u Šenženu proizvodi bolje module od loše{2}}upravljane fabrike u Americi. Procijenite dobavljače prema njihovim procesima, njihovoj pokrivenosti testovima, stopama neuspjeha na terenu-a ne prema zastavici na njihovim marketinškim materijalima.

Tehnologija radi. Milijarde modula se isporučuju svake godine i velika većina radi tačno kako je navedeno. Izazov je pronaći dobavljače čiji "tačno kako je navedeno" uključuje kutne kutije na koje će vaša mreža na kraju naići.