광섬유 모듈은 전 세계적으로 제조됩니다.

 

무역 박람회 프리젠테이션에 아무도 넣지 않는 심천의 현실

 

비행기를 타고 선전 바오안(Shenzhen Bao'an)으로 가서 롱화(Longhua)나 달랑(Dalang)까지 택시를 타면 40분 안에 유럽 전체를 합친 것보다 더 많은 광트랜시버 공장을 지나게 됩니다. 밀도가 터무니없네요. 한 번의 소싱 여행 동안 호텔 반경 2-킬로미터 내에 17개의 개별 SFP 제조업체가 있었습니다. 열일곱. 일부는 전체 산업 단지를 점유합니다. 다른 사람들은 사출 성형 작업과 LED 크리스마스 조명을 만드는 회사가 있는 별 특징 없는 건물의 한 층을 공유합니다.

여기서 볼륨이 발생합니다. 전 세계 플러그형 광트랜시버의 60~70%가 광동성에서 배송됩니다. 정확한 숫자는 -완성된 모듈, 하위 어셈블리, 기본 구성 요소 키트-를 계산하는 방법에 따라 다르지만 그 규모에는 논란의 여지가 없습니다.

공장은 클래스 10K 클린룸과 자동화된 다이 본더를 갖춘 진정한 세계적 수준의 작업-에서부터 작업자가 실체 현미경 아래에서 핀셋을 사용하여 레이저 다이오드를 -손으로 배치하는 것을 본 상점까지 다양합니다. 두 유형 모두 동일한 적합성 테스트를 통과한 제품을 배송합니다. 그 차이는 18개월 후 현장 실패율로 나타나지만 그때쯤이면 모듈은 다른 사람의 문제가 됩니다.

 

일본이 여전히 누구보다 중요한 이유

 

공급망 지도에서 누락된 부분은 다음과 같습니다. 중요한 화합물 반도체 구성 요소-실제 광자-발산 및 광자{2}}감지 비트-는 여전히 주로 일본에서 흘러나옵니다.

스미토모 전기. 미쓰비시전기. Lumentum의 일본 사업. Coherent의 레거시 II-VI 팹은 도야마에 있습니다. 이러한 시설에서는 중국 조립업체가 아직 동등한 성능 수준으로 복제할 수 없는 DFB 레이저 칩, EML 송신기 및 고속-포토다이오드를 생산합니다. 하이퍼스케일러의 400G-DR4 모듈에서 실행되는 1310nm 비냉각 EML이 있습니까? 압도적인 일본산 실리콘. EDFA에 고출력 펌프 레이저가 있나요? 일본어. OTDR에 애벌런치 포토다이오드가 있나요? 일본어.

재료 과학의 격차는 현실입니다. 고수율 DFB 격자에 필요한 균일성을 갖춘 인듐 인화물 에피택셜 층을 성장시키려면 획득한 IP나 고용된 엔지니어를 통해 전달되지 않는 수십 년의 제도적 지식이 필요합니다. MOCVD 반응기 레시피는 가스 유량 및 온도 프로파일까지 독점적입니다. 암묵적인 지식은 20년 동안 동일한 도구를 사용해 온 프로세스 엔지니어의 머리 속에 있습니다.

한번은 일본의 레이저 공장에서 3일을 보낸 적이 있습니다. 광발광 스펙트럼이 타겟에서 2nm 파장 이동을 보여 기술자가 전체 웨이퍼를 거부하는 것을 보았습니다. 2나노미터. 웨이퍼는 아마도 기능적인 장치를 생산했을 것입니다. 그러나 "기능적"은 사양이 아니었습니다.-"20년 동안 -40도 사양 내"가 사양이었으며, 2nm 변화는 성장 과정에서 무언가 표류했음을 시사했습니다.

5년 안에 그런 문화를 구축할 수는 없습니다.

 

구성요소 쉘 게임

 

"중국산" 광트랜시버를 통해 실제 부품을 따라가면 지리 수업을 듣게 됩니다.

레이저 다이오드: 일본, 저속 부품에 대해 Accelink와 같은 중국 국내 공급업체와의 경쟁이 치열해짐- 25G PAM4 이상의 성능 격차는 여전히 상당합니다.

드라이버 및 TIA 집적 회로: 대만은 TSMC의 포토닉스-인접 프로세스와 Hsinchu의 팹리스 설계 하우스를 통해 우위를 점하고 있습니다. Semtech, Macom, Broadcom이 모두 테이프에 나와 있습니다. 중국은 10년 동안 국내 대안을 구축하려고 노력해 왔지만 제한적인 성공을 거두었습니다.{3}}EDA 도구만으로도 종속성 체인이 생성됩니다.

광학 절연체 및 순환 장치: 현재 대부분 중국산입니다. Agiltron의 중국 사업장인 Casix와 푸저우에 있는 12개의 소규모 업체는 기본적으로 이러한 구성 요소를 상품화했습니다. datacom의 품질은 괜찮습니다.

파이버 어레이 장치 및 페룰: 일본의 정밀 제조는 여전히 공차가 엄격한-MT 페룰에서 선두를 달리고 있습니다. 중국 공급업체는 표준 LC/SC 커넥터의 볼륨을 처리합니다.

세라믹 패키지 및 서브마운트: Kyocera와 같은 일본 전문가와 중국 대량 제조업체 간에 분할됩니다. 고전력 송신기에 대한 열 관리 요구 사항은 여전히 ​​일본 소스를 선호합니다.-

PCB 및 연성 회로: 대만 및 중국 본토(일본 공급업체의 특수 고주파 보드 포함)-

 

관세 쟁탈전

 

2018년 관세는 여전히 진행 중인 방식으로 업계의 제조 지형을 재편했습니다.

301조 이전에는 계산이 간단했습니다. 비용은 중국에서 제조하고 전 세계로 배송하는 것이었습니다. 하이퍼스케일러나 기업은 유통이나 직접 구매해서 중국 가격을 지불하고 원산지에 대해서는 크게 생각하지 않았습니다.

그런 다음 25%의 관세가 부과되었습니다. 갑자기 모든 구매 관리자는 HTS 코드 간의 차이점, 실질적인 변환 규칙, CBP의 관점에서 "제조"와 "조립"을 정확히 구성하는 요소를 이해해야 했습니다.

초기 반응은 혼란이었습니다. 저는 최종 조립을 위해 부분적으로 조립된 모듈을 문자 그대로 멕시코로 항공 운송-하고 "멕시코에서 조립" 라벨을 부착하고 관세 면제가 유지되기를 바랐던 회사를 알고 있습니다. 일부는 그것으로 도망갔습니다. 일부는 그렇지 않았습니다. 시행은 -일관되지 않았으며 여전히-일관되지 않습니다.

좀 더 정교한 업체들은 관세-친화 지역에 실제 제조 입지를 구축했습니다. 베트남은 상당한 투자를 유치했다. 말레이시아는 약간의 오버플로를 겪었습니다. 태국은 몇 가지 수술을 받았습니다. Innolight가 티후아나에 시설을 오픈했습니다. FS는 멕시코 역량을 구축했습니다.

그러나 여기에는 아무도 이야기하지 않는 것이 있습니다. 부품 공급망이 움직이지 않았다는 것입니다. 레이저 다이오드는 여전히 일본에서 생산됩니다. 드라이버 IC는 여전히 대만에서 생산됩니다. 수동 광학 장치는 여전히 중국에서 생산됩니다. 베트남에서 최종 조립을 수행한다고 해서 중국에 대한 노출이 사라지지는 않습니다.{4}}단지 물류 문제와 규정 준수 문제가 추가될 뿐입니다.

하이퍼스케일러는 이를 받아들이는 법을 배웠습니다. 관세 노출을 관리하는 것 외에는 아무것도 하지 않는 구매 팀이 있습니다. 소규모 구매자들이 압박을 받았습니다.

 

클린룸 내부에서 실제로 일어나는 일

 

대부분의 광트랜시버 관련 내용은 실제 제조 공정에 대한 설명입니다. 광택이 나는 공장 견학 영상에는 로봇과 반짝이는 장비가 등장합니다. 현실은 더 복잡합니다.

다이 본딩: 레이저 또는 VCSEL 칩은 공융 납땜-일반적으로 280도 금-주석-또는 전도성 에폭시를 사용하여 서브마운트에 부착됩니다. 배치 정확도가 중요합니다. 가장자리- 방출 레이저의 경우 섬유 코어에 도달하려면 몇 미크론 이내의 측면 정렬이 필요합니다. 다중 모드 광섬유와 통신하는 VCSEL의 경우 허용 오차는 더 느슨하지만 여러 이미터를 어레이에 배치합니다.

숙련된 작업자가 다이 본딩에서 1차{0}}통과 수율을 95% 이상 달성하는 것을 보았습니다. 또한 경험이 부족한 작업자가 리플로우 중에 과열되어 값비싼 레이저 바를 파괴하는 것을 본 적이 있습니다. 차이점은 터치, 패턴 인식, 솔더 조인트가 올바른지와 문제가 발생한지를 아는 것입니다.

와이어 본딩: 금 또는 알루미늄 와이어가 다이를 회로 트레이스에 연결합니다. RF-중요 연결-드라이버에서 변조기로의 고속-신호 경로의 경우{4}}리본 본딩을 사용하여 인덕턴스를 줄입니다. 와이어 본드는 사소해 보이지만 주요 수익률 제한 장치입니다. 오염된 본드 패드 1개, 다음 트레이스로 단락되는 잘못 배치된 루프 1개, 모듈이 최종 테스트에 실패합니다.

섬유 부착: 레이저의 빛을 섬유로 가져오려면 터무니없는 수준의 정렬 정밀도가 필요합니다. 활성 정렬 시스템은 결합력을 최대화하는 위치로 섬유를 구동한 다음 UV{1}}경화 에폭시가 모든 것을 제자리에 고정시킵니다. 에폭시는 경화 중에 약간 수축됩니다. 훌륭한 프로세스 엔지니어가 보상합니다. 나쁜 프로세스 엔지니어는 왜 수율이 떨어졌는지 궁금해합니다.

밀폐형 밀봉: 높은-신뢰성 모듈은 창이 있는 금속 캔의 건조 질소로 밀봉됩니다. 봉인은 통신 환경에서 20년 동안 유지되어야 합니다. 심 용접 또는 저항 용접이 해당 작업을 수행합니다. 레이저 용접은 속도가 빠르지만 열 응력이 발생합니다.

이러한 모든 단계는 자동화되거나, 반{0}}자동화되거나, 수동으로 수행될 수 있습니다. 그에 따라 장비 비용도 조정됩니다. 완전 자동화된 400G 생산 라인은 8자리 숫자로 구성됩니다. $500,000 미만의 비용으로 수동 회선을 설정할 수 있습니다. 둘 다 작업 모듈을 생성합니다. 차이점은 일관성, 처리량 및 장기-신뢰성에서 나타납니다.

 

 

테스트는 모서리가 잘리는 곳입니다.

 

적절하게 테스트된 광트랜시버는 다음과 같은 어려움을 겪습니다.

실온에서의 파라메트릭 테스트: 광 출력, 소광비, 수신기 감도, 아이 다이어그램 마스크 준수. 이것은 테이블 스테이크입니다. 모두가 이것을합니다.

온도 순환: -40도, +85도 및 그 사이의 여러 지점에서 동일한 테스트를 실행합니다. 이것이 한계 단위가 실패하는 지점입니다. 레이저 임계값 전류는 온도에 따라 이동합니다. 열팽창은 다이 본드에 응력을 가합니다. 포토다이오드 암전류가 증가하면 수신기 감도가 저하됩니다.

번인-: 고객 요구 사항에 따라 24, 48 또는 168시간 동안 지속적인 트래픽 하에서 높은 온도에서 모듈을 실행합니다. 영아 사망 실패는 처음 몇 백 시간 내에 발생합니다. 배송 전에 잡는 것이 데이터 센터에서 잡는 것보다 저렴합니다.

문제는 다음과 같습니다. 테스트에는 비용과 시간이 소요됩니다. 온도실은 무료가 아닙니다. 번인-은 바닥 공간을 소모합니다. 모듈이 테스트 중인 매 시간은 배송되지 않는 한 시간입니다.

테스트 시간을 단축해야 한다는 압박은 지속적입니다. 168-시간 번인-이 필요하지만 그 대신 24시간이 소요되는 모듈은 아마도 잘 작동할 것입니다. 아마. 고장 분포는-공장에서 고장이 나는 대신 3개월 후 고객의 랙에서 약간 불량한 장치가 고장납니다.

나는 동일한 품질 수준을 주장하는 공급업체 간에 테스트 범위가 엄청나게 달라지는 것을 보았습니다. 고객 사양에는 "번인-필요"라고 나와 있습니다. 얼마나 오랫동안, 어떤 온도에서, 어떤 교통 패턴에서 일어나는지는 말하지 않습니다.

테스트 범위가 실제로 어떤지 공급업체에 문의하세요. 대부분은 솔직하게 대답하지 않을 것이다. 일반적으로 구매하려는 사람은 구매하려는 사람입니다.

 

호환 모듈 시장

 

주요 스위치 공급업체-Cisco, Arista, Juniper-는 자체 브랜드 광 모듈에 대해 상당한 프리미엄을 청구합니다. Cisco-브랜드 100G-LR4의 가격은 $3,500입니다. 심천 어셈블러의 "호환" 제품 가격은 300~600달러입니다.

모듈은 동일하거나 거의 동일한 구성요소를 사용합니다.- 레이저 다이오드는 동일한 일본 공급업체에서 생산됩니다. 드라이버 IC는 동일한 Semtech 부품입니다. 차이점은 OEM 모듈은 공급업체의 인증 프로그램을 통과했지만 호환 모듈은 그렇지 않았다는 것입니다.

일부 호환 모듈은 수년간 완벽하게 작동합니다. 일부는 짜증나지만 관리하기 쉬운 방식으로 실패합니다. 일부는 오전 2시에 생산 네트워크를 중단하고 스위치 공급업체의 TAC와 모듈 공급업체의 영업 담당자 사이에 손가락질을 하는 방식으로 실패합니다.{3}}

제가 가장 자주 본 오류 모드는 지속적인 고대역폭 작동 시 열 관리입니다.- 모듈은 실험실에서 잘 작동합니다. 생산 첫 달 동안은 잘 작동합니다. 그런 다음 여름이 다가오면 데이터 센터는 몇도 더 따뜻하게 작동하고 모듈은 설계 마진보다 3도 더 뜨겁게 작동하며 레이저는 조기에 노후화됩니다.

평판이 좋은 제3자{0}}공급업체로부터 구매하고 자체적으로 자격 테스트를 수행하면 이러한 문제를 대부분 피할 수 있습니다. 수천 개의 모듈을 통해 비용 절감 효과가 더욱 커집니다. 그러나 사양서가 진실을 말하고 있다고 가정하는 것이 아니라 실제로 테스트를 수행해야 합니다.

 

 

누가 무엇을 어디서 만드는지: 대략적인 가이드

 

800G와 CPO가 지리학에서 의미하는 것

 

800G로의 전환은 상황을 변화시킵니다. 전력 밀도가 증가합니다. 열 문제가 증가합니다. DSP 복잡성이 증가합니다.

800G에서는 신호 무결성 마진이 매우 얇습니다-. 레인당 100+ 기가바우드의 PAM4는 소수의 회사에서만 실행할 수 있는 DSP 구현을 요구합니다. 마벨. 브로드컴. 신조. 아마도 다음 세대에는 한두 명의 중국 선수가 나올 것입니다.

의미: 800G는 어셈블리가 분산되어 있는 경우에도 설계 기능을 소수의 손에 통합합니다. 심천에서는 여전히 800G 모듈을 제작할 수 있지만 소규모 과점 공급업체로부터 실리콘을 구매하고 있습니다.

함께 패키지된-광학 장치는 더욱 발전합니다. 트랜시버 기능이 스위치 ASIC 패키지에 통합되면 제조가 모듈 공장에서 반도체 공장으로 전환됩니다. 병목 현상이 되는 것은 룽화공업단지가 아니라 TSMC와 인텔이다.

주류 배포까지는 수년이 걸립니다. 그러나 그것은오고있다. 그리고 아직 명확하지 않은 방식으로 누가 무엇을 만드는지 재구성할 것입니다.

 

이 물건을 구매하는 사람들을 위한 실용적인 조언

 

매년 수천 개의 모듈을 배포하는 경우:

여러 공급업체의 자격을 취득하세요. 관세 상황은 바뀔 수 있습니다. 공급자는 시장에서 퇴출될 수 있습니다. 단일-소스 위험은 현실이며 결국에는 문제가 될 것입니다.

실제로 수신 품질을 테스트하십시오. 공급업체의 적합성 인증서만 신뢰하지 마십시오. 자체 테스트 설정을 통해 샘플을 실행해 보세요. 공급업체, 날짜 코드, 로트별로 실패율을 추적합니다.

구성 요소의 출처를 이해합니다. "미국-제조" 모듈에는 중국산 중요 부품이 포함될 수 있습니다. 귀하의 "중국-무료" 모듈은 영업 담당자가 주장하는 것처럼 중국-무료가 아닐 수도 있습니다. 공급망은 불투명하며 원산지를 모호하게 만드는 인센티브는 상당합니다.

소규모 작업을 실행하는 경우:

이번 주에 가장 저렴한 제품으로 브랜드를 변경하는 무역 회사가 아닌 실제 엔지니어링 팀이 있는 기존 제3자 공급업체로부터 구매하세요. 좋은 것과 스케치한 것의 가격 차이는 아마도 20% 정도일 것이다. 오전 3시에 링크 플랩 문제를 해결하는 경우 안정성 차이는 무한합니다.

모든 사람에게:

제조 지역은 제조 품질보다 덜 중요합니다. 선전에서 잘 운영되는-공장은 미국에서 제대로 운영되지 않는-공장보다 더 나은 모듈을 생산합니다. 마케팅 자료에 표시된 플래그가 아닌 프로세스, 테스트 범위, 현장 실패율을 기준으로 공급업체를 판단하세요.{4}}

기술이 작동합니다. 매년 수십억 개의 모듈이 출시되며 대부분의 모듈은 지정된 대로 정확하게 작동합니다. 문제는 네트워크가 결국 직면하게 될 특수 사례를 "지정된 대로 정확하게" 포함하는 공급업체를 찾는 것입니다.