ハイの合図

Oct 22, 2023

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次世代の光ネットワークは、コストや持続可能性を犠牲にすることなく、爆発的な帯域幅需要に必要な容量を提供する必要があります。 キーリー・ポートウェイは、この微妙なバランスをどのように保てばよいのかを発見しました。

画像クレジット: MyCreative/shutterstock.com

過去 3 年間が他に何の役にも立たなかったとしても、光通信が大きな注目を集めたことは間違いありません。 安定した信頼性の高い高帯域幅ネットワークの必要性は、自宅で仕事や学習をしたり、屋内で娯楽を楽しんだり、離れた場所にある家族や友人と時間を過ごしたりする必要性によって非常に強調されました。 しかし、パンデミック後、ようやく生活がある程度正常に戻ったにもかかわらず、高レベルの接続に対するニーズは衰えていません。 それとは程遠い。

帯域幅への欲求は、実際には、誰もが新型コロナウイルスのことを耳にするずっと前から存在しており、かなりの数のドライバーがこの需要を推進していましたが、パンデミックは単にそれを加速させる役割を果たしました。 今年のOFCカンファレンスのマーケットウォッチパネルで講演した、業界アナリスト会社オムディアの高速光および光ネットワーク技術担当上級主席アナリスト、ティム・マンクス氏は、「これはニュース速報ではないが、世界中のネットワークにおける継続的な帯域幅拡大の原動力には、潜在的なビジネスが含まれている」と述べた。遠隔医療、DocuSign、ゲームなどのモデルはすべて、成長をもたらす成長の一例です。」

マンクス氏はパンデミックに触れ、「パンデミックにより、企業のクラウドへの移行が加速した。そして、出遅れた5Gも今では本格的に軌道に乗っている。さらに、政府が多額の資金を投じているため、投資は増え続けている」と述べた。ブロードバンド接続が権利とみなされるようになったブロードバンドの拡張。」

FTTH、地下鉄、海底、データセンター、フロントホールおよびバックホールネットワークにわたるファイバー導入へのこのような投資は不可欠ですが、これらのネットワークの中核となる光技術の研究開発への投資も同様に、将来のネットワークを確実に実現するために重要です。 -次世代アプリケーション向けに保証されています。

たとえば、コヒーレント光学は、光の振幅と位相を変調し、2 つの偏波を透過できる機能のおかげで人気が高まっています。これは、より多くの情報が光ファイバー ケーブルを通って伝送できることを意味します。

私が初めて光通信の世界に入ったとき、2018 年の OFC カンファレンスでは、デジタル信号処理 (DSP) テクノロジーを搭載した新しいコヒーレント光エンジンが多数出展され、波長ごとに最大 800Gb/s の容量を伝送できるため、大きな話題になりました。 。 2023 年のイベントは、多くの次世代コヒーレント DSP の出発点となり、現在では 1.2 および 1.6Tb/s に達することができます。

テラビットへの移行は、データ伝送速度の大幅な進歩を意味し、ネットワークが前例のない量のデータをより適切に処理できるようになり、長距離にわたるより高速で信頼性の高い通信が可能になります。 これは通信だけでなく、クラウド コンピューティング、データ センター、科学研究などの業界やアプリケーションにも重大な影響を与える可能性があります。

このような大容量のコヒーレント光通信ネットワークにより、高解像度ビデオ コンテンツのシームレスなストリーミング、超高速インターネット アクセス、中断のない音声通信が可能になり、サービス プロバイダーは増え続ける顧客の需要に応え、優れたユーザー エクスペリエンスを提供できるようになります。遅延とネットワークの混雑を最小限に抑えます。

データセンターやクラウドコンピューティングプロバイダーにとって、テラビットコヒーレント光ネットワークへの移行は、正しく実装されれば、特にアクセスとエッジにおいて効率的なデータストレージ、処理、配信の新たな可能性を開く可能性があります。 科学研究では、天文学、ゲノミクス、素粒子物理学などの分野で、高速かつ信頼性の高い送信が必要な大量のデータが生成されます。 1.2 および 1.6Tb/s の容量を持つコヒーレント光ネットワークにより、研究者は大規模なデータセットをより効率的に転送および共同作業できるようになり、科学の進歩が加速される可能性があります。

1.2 および 1.6 Tb/s コヒーレントへの移行は、上で詳述したような機会をもたらしますが、いくつかの技術的な課題を引き起こす可能性もあります。 このような超高速データレートでは、信号の完全性を確保し、ノイズ干渉を低減することが重要になります。 高度な光トランシーバー、増幅器、分散補償モジュールの設計と導入は、データ伝送の品質と信頼性を維持する上で重要な役割を果たします。 ネットワーク オペレータにとっては、これらのより高いデータ レートをサポートするために既存のネットワーク インフラストラクチャをアップグレードするには、ハードウェアとネットワーク管理機器の両方に多大な投資が必要になるという懸念があります。

通信事業者がこれらの課題を克服できるソリューションを提供するために、過去数年間に多大な取り組みが行われてきました。最新のテラビット コヒーレント ソリューションは、通信事業者を念頭に置いて設計されたものとして注目されています。

この分野に関する初期の発表の 1 つは、第 6 世代のコヒーレント フォトニック サービス エンジンである PSE-6s を搭載した Nokia からのもので、このエンジンは最大 1.2Tb/s で次世代のコヒーレント トランスポートに電力を供給し、ペアで導入して電力を供給するように設計されています。 2.4Tb/秒のコヒーレントトランスポートソリューション。 130 GBd 以上で動作し、フォトニック集積回路 (PIC) 用のシリコン フォトニクスを備えた 5nm の相補型金属酸化膜半導体 (CMOS) を活用します。

Nokia の第 6 世代コヒーレント フォトニック サービス エンジンである PSE-6s は、最大 1.2Tb/s で次世代のコヒーレント トランスポートを実現するように設計されています (クレジット: Nokia)

次世代のコヒーレント技術により、通信事業者はキャパシティの追加だけでなく、他のメリットも享受できることが期待されています。 Nokia のプロダクト マーケティング ディレクターである Serge Melle 氏は、OFC カンファレンスでファイバー システムズに対して次のように語りました。「通信事業者にとって、規模、パフォーマンス、持続可能性は非常に重要です。実際には、PSE6 1.2Tb/s を単一の 2.4Tb/s チャネルに組み合わせることができます。つまり、 3 つの 800GbE サービスをその 1 つのチャネルに伝送できるため、個別の波長で個別の 800GbE を使用するよりもはるかに多くのファイバーあたりの容量が可能になり、拡張の点で役立ちます。」

メレ氏は、パフォーマンスの側面も考慮されており、「パフォーマンスの部分は、地下鉄だけでなく、2,000 km 以南の地域の長距離ネットワークでも 800GbE を伝送できることです。単一のネットワーク上で 800GbE を運用できることです。」 800GbE を 2 つの低速波長に配置する必要がなくなり、光部品の数が減り、最新のシリコンとムーアの法則を活用できれば、波長を利用することで通信事業者は大幅なコストを節約できます。を使用すると、ビットあたりの電力消費量とネットワーク全体の消費電力を削減できますが、これはコストと持続可能性の観点から重要です。」

「エネルギー消費量はますます削減される傾向にあります」と、OFC のファイバー システムズ社と話した Infinera の CTO、Robert Maher 氏も同意します。 「私が最近の海底カンファレンスに出席したときでさえ、持続可能な海底展開について多くの話題がありました。そして、当社の ICE4 光エンジンを海底ケーブルに展開した顧客がおり、彼らはそれを ICE6 に置き換えたいと考えていました。これが最大の理由です。力だった。」

Infinera は、OFC がオープンする数日前に、独自の次世代 1.2Tb/s 光エンジン ICE7 を発表しました。 ICE7 は、最大 148GBd のシンボル レートをサポートしながら、コスト、スペース、ビットあたりの電力の削減を支援することで通信事業者に利益をもたらすように設計されています。 自社製造施設からの 5nm CMOS と硫化インジウム (InP) PIC を活用し、最大 3,000 km の 800G ベースの伝送を可能にします。 また、ほぼすべての種類のネットワーク上に展開することもできます。 ICE7 と強化されたマルチホール光回線システムは、同社の GX シリーズ コンパクト モジュラー プラットフォームのパワーと柔軟性を向上させるために設計されました。

Infinera の ICE7 は、自社製造施設からの 5nm CMOS と硫化インジウム (InP) PIC を活用しています (クレジット: Infinera)

「GX プラットフォーム全般とエンジンで私たちが行っているすべてのことは、ハイエンドでより多くの容量を提供し、総所有コストを削減することを可能にします」と Maher 氏は続けました。 「GX シャーシ自体により、オペレータは新しいテクノロジーに迅速にアクセスできるため、新しいシステム全体を導入して認証する必要がなく、より簡単に利点を活用できます。ネットワークのエッジでは、コスト効率よく容量を拡張する必要があります。 Coherent はそれを実現するための非常に強力なツールであり、オペレーターがより多くのアプリケーションでそのツールを活用できるようにする必要があります。」

「そして、DSP 処理と電気光学が向上するにつれ、最終的にはそれらのシステムのパフォーマンスが向上し、到達距離が長くなり、消費電力が低下します。」とマンクス氏は繰り返し述べました。

これを実証するために、富士通の 1Finity Ultra Optical トランスポート プラットフォームには、アップグレードされた液体冷却という追加の利点があります。 このプラットフォームは、単一波長で 1.2Tb/s のデータ レートで優れたパフォーマンスとスケーラビリティを実現するように設計されており、同社はすでに将来の 1.6Tb/s へのアップグレードを計画しています。 最新の半導体プロセスを使用したデジタルシグナルプロセッサー（DSP）と、同社によると従来技術の2倍の冷却能力を提供する液体冷却技術を搭載している。

富士通ネットワークコミュニケーションズ社のグローバル光プランニング責任者、ポール・ハバラ氏はファイバーシステムズに対し、次のように説明した。「このシステムは、極端なスケールとパフォーマンスの恩恵を受けています。C + L 回線システムが特徴で、1.2Tb/s トランスポンダーはテラビット ネットワーキング用に作られています。これにより、光ファイバーに制約がある顧客、またはそのトラフィックを実際に容量でサポートする必要がある顧客に対して、最大の容量を確保できるようになります。また、時間の経過とともにそれらの速度を拡張および増加させるためのアップグレード パスもあります。どのテクノロジー リファレンスと比較しているかに応じて、電力を 40 ～ 60% 削減できるため、大幅な節約になります。また、ファンの騒音も低減されるため、ファンを低速で動作させることができ、したがって、持続可能性だけを超えた利点があると考えています。」

Ciena は、メトロ ROADM 展開向けに最大 1.6Tb/s のシングルキャリア波長をサポートするように設計された 200GBd 光学系を搭載した WaveLogic 6 を独自に発売し、直接 1.6Tb/s に到達しました。 長いリンクでは 800Gb/秒、エネルギー効率の高い 800G は 1,000km の距離で接続可能です。

オプティカル ソリューション マーケティングのシニア ディレクターである Helen Xenos 氏は Fiber Systems に対し、「WaveLogic 6 Extreme (WL6e) と WaveLogic 6 Nano (WL6n) はどちらも、波長あたり最大 1.6Tb/s をサポートします。WL6e は 200GBd オプティクスを初めて利用します。 WL6n は、コヒーレントな 400G ～ 800G プラガブル、400G 長距離および 800G メトロ/地域アプリケーション、および相互運用可能な 800ZR データセンター インターコネクト (DCI) 向けに 120 ～ 140GBd の光学系と組み合わせることができます。同じハードウェアを搭載しているため、設置面積が 50% 削減され、ビットあたりの電力が 50% 削減され、スペクトル効率が 15% 向上します。」

Acacia (Cisco の一部) のコヒーレント ソリューションである CIM 8 は、ネットワーク フィールド トライアル用に Tier 1 通信事業者の顧客に出荷され始めています。 CIM 8 は、シリコン フォトニック テクノロジーを使用した 5nm CMOS をベースとした同社の第 8 世代 DSP ASIC である Jannu を搭載し、最大 1.2Tb/s のデータ レートをサポートします。 ライブ ネットワークのトライアルは、超長距離、長距離、および地域のネットワーク距離にわたって行われています。 これらは Adtran および China Mobile や Windstream Wholesale などの通信事業者と提携して実施されました。

Acacia (Cisco の一部) の CIM 8 は、同社の第 8 世代 DSP ASIC である Jannu を搭載し、最大 1.2Tb/s のデータ レートをサポートします (クレジット: Acacia (Cisco の一部))

Nokia は、ヨーロッパの通信事業者である GlobalConnect と提携して、ライブ ネットワークで PSE 6 のフィールド トライアルも行っています。 どちらも単一波長を使用して、地下鉄距離 (118km) で 1.2Tb/s、長距離距離 (2,019km) で 800Gb/s の速度が達成されました。

そして、コヒーレント DSP がテラビット領域に移行しているだけではなく、OFC では、PAM4 ベースのソリューションもデータ レートに達していることを示す多くの発表を目にしました。 光学面では、OFC がその扉を開くと同時に、マーベルはクラウド、人工知能 (AI)、機械学習 (ML)、およびデータセンター ネットワーク向けの初の 1.6Tb/s PAM4 電気光学プラットフォームである Nova の発売を発表しました。 。

200Gb/秒の光 DSP を搭載した Nova は、AI クラスターを拡張するための 1.6Tb/秒のプラグイン可能なモジュールを可能にします。 主な機能には、さまざまな高速レーザーをサポートするチャネルあたり 200Gb/s のライン側トランスミッター インターフェイスが含まれます。 線形性と低ノイズを提供する、コンパニオン Marvell 112GBd トランスインピーダンス アンプ (TIA) を備えたチャネルあたり 200Gb/s のラインサイド レシーバー。 統合されたレーザー ドライバーと、200Gb/s トラフィック向けの遅延が最適化された前方誤り訂正 (FEC)。

その他の技術発表では、新興企業の Nubis Communications が最近、機械学習および人工知能 (ML/AI) ネットワーク向けに根本から最適化されるように設計された初の光学エンジン XT1600 を発売しました。 同社は 2020 年に設立され、その後、最初の製品の開発から量産までの資金として 4,000 万ドル以上を調達しました。 サンプルはすでに顧客に提供されています。 XT1600 は、16 のファイバ ペアで伝送される 1.6Tb/s の光送信と 1.6Tb/s の受信の合計容量を備えており、16 個の独立した 100Gb/s 全二重チャネル、4 つの独立した 400Gb/s 全二重チャネルとしての完全なファンアウトと柔軟な割り当てが可能です。 - 二重チャネル、または 2 つの 800Gb/s 全二重チャネル。 これは、銅線リンク用に設計されたホスト ASIC SerDes に直接接続する、リタイミングなしのダイレクト ドライブ動作用に最適化されています。 このアプローチは、ソリューションの電力、サイズ、コストを削減するように設計されています。 その背後にある基盤テクノロジーは、変調器ドライバーとトランスインピーダンス アンプを統合した 16 x 112Gb/s (全二重) シリコン フォトニクス エンジンです。

創設者の Peter Winzer (2023 Photonics100 受賞者でもある) は、次のように説明しました。「当社のソリューションは、最新の SerDes で動作するように最適化されており、エッジ I/O 密度にピッチを一致させるだけでなく、電力効率の高いダイレクトドライブの機能と噛み合います。その結果は次のようになります。 AI アクセラレータまたは同様の大型 ASIC は、従来の光ソリューションと比較してわずかな電力でデータセンター内で全帯域幅の接続を実現できます。さらに、当社のアプローチは、新しいボックス アーキテクチャだけでなく、さらに緊密なネイティブ チップレット実装にも適しています。将来的には統合する予定です。」

これらのテクノロジーのほとんどは今年から 2024 年初めに商用化される予定ですが、光ネットワークは次はどうなるでしょうか? Omdia の Munks 氏によると、「1.2Tb/s に続いて、単一キャリアで 1.6Tb/s が期待されており、それらは約 200GBd まで動作することになります。これらは 2024 年にサンプリングが予定されており、おそらく 2025 年に商用利用が予定されています。これに 2.4Tb/s が続き、その次はおそらく 3.2Tb/s になるでしょう。これらすべてが 10 年以内に起こると予想しています。」