Señalando un alto

Oct 22, 2023

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La próxima generación de redes ópticas deberá proporcionar la capacidad requerida para la demanda explosiva de ancho de banda, y hacerlo sin compromisos de costo o sostenibilidad. Keely Portway descubre cómo se puede lograr este delicado equilibrio.

Crédito de la imagen: MyCreative/shutterstock.com

Si los últimos tres años no han hecho nada más útil, indiscutiblemente han puesto las comunicaciones ópticas en el centro de atención a lo grande. La necesidad de redes estables, confiables y de alto ancho de banda se vio enormemente enfatizada por la necesidad de trabajar y aprender en casa, entretenerse en el interior y pasar tiempo con familiares y amigos de forma remota. Pero, a pesar de que la vida finalmente volvió a un grado de normalidad después de la pandemia, la necesidad de altos niveles de conectividad no ha disminuido. Lejos de ahi.

El apetito por el ancho de banda en realidad existía mucho antes de que alguien hubiera oído hablar de Covid, con un número significativo de conductores impulsando esta demanda, que la pandemia sirvió simplemente para acelerar. Hablando en el panel de Vigilancia del Mercado de la Conferencia de la OFC de este año, Tim Munks, Analista Principal Sénior: Óptica de Alta Velocidad y Tecnología de Redes Ópticas en la firma de analistas de la industria Omdia, dijo: "No es una noticia de última hora, pero los impulsores para la expansión continua del ancho de banda en las redes en todo el mundo incluyen negocios potenciales modelos como la telemedicina, DocuSign y los juegos, todos los cuales son ejemplos de crecimiento que proporciona crecimiento".

Al referirse a la pandemia, Munks dijo: "La pandemia aceleró el traslado de las empresas a la nube; y 5G, que había tenido un comienzo lento, realmente ha despegado ahora. Además, las inversiones continúan creciendo a medida que los gobiernos invierten mucho dinero en expansión de banda ancha donde la conectividad de banda ancha se ha convertido en un derecho".

Tal inversión en el despliegue de fibra a través de FTTH, metro, submarina, centros de datos y redes front-haul y backhaul ha sido esencial, pero la inversión en I+D para la tecnología óptica en el núcleo de estas redes es igualmente crucial para garantizar que sean futuras. -Probado para aplicaciones de próxima generación.

La óptica coherente, por ejemplo, se ha vuelto popular gracias a su capacidad para modular la amplitud y la fase de la luz, así como para transmitir a través de dos polarizaciones, lo que significa que puede viajar más información a través de un cable de fibra óptica.

Cuando entré por primera vez en el mundo de las comunicaciones ópticas, la Conferencia OFC de 2018 acogió una serie de nuevos motores ópticos coherentes con tecnología de procesamiento de señales digitales (DSP), que llegaron a los titulares porque podían transportar hasta 800 Gb/s de capacidad por longitud de onda. . La iteración de 2023 del evento fue la plataforma de lanzamiento de muchos de los DSP coherentes de próxima generación, que ahora pueden alcanzar 1,2 y 1,6 Tb/s.

El cambio a terabit representa un salto sustancial en las tasas de transmisión de datos, lo que permite que las redes manejen mejor cantidades de datos sin precedentes y permiten una comunicación más rápida y confiable a través de largas distancias. Esto podría tener implicaciones significativas para las telecomunicaciones, pero también para las industrias y aplicaciones, incluida la computación en la nube, los centros de datos y la investigación científica.

Las redes de telecomunicaciones ópticas coherentes con capacidades tan altas pueden permitir una transmisión fluida de contenido de video de alta definición, acceso a Internet ultrarrápido y comunicación de voz ininterrumpida, lo que permite a los proveedores de servicios satisfacer las demandas cada vez mayores de sus clientes, brindando una experiencia de usuario superior. con latencia y congestión de red mínimas.

Para los centros de datos y los proveedores de computación en la nube, el cambio a redes ópticas coherentes de terabit podría abrir nuevas posibilidades para el almacenamiento, procesamiento y distribución de datos eficientes si se implementa correctamente, particularmente para el acceso y el perímetro. En la investigación científica, campos como la astronomía, la genómica y la física de partículas generan enormes cantidades de datos que requieren una transmisión rápida y confiable. Las redes ópticas coherentes con capacidades de 1,2 y 1,6 Tb/s podrían permitir a los investigadores transferir y colaborar en grandes conjuntos de datos de manera más eficiente, acelerando los avances científicos.

Si bien el paso a 1,2 y 1,6 Tb/s coherente presenta oportunidades como las detalladas anteriormente, también puede plantear algunos desafíos técnicos. Asegurar la integridad de la señal y reducir la interferencia de ruido se vuelve fundamental a estas velocidades de datos ultra altas. El diseño y la implementación de transceptores ópticos avanzados, amplificadores y módulos de compensación de dispersión desempeñan un papel vital en el mantenimiento de la calidad y confiabilidad de la transmisión de datos. Para los operadores de red, existe la preocupación de que actualizar las infraestructuras de red existentes para admitir estas velocidades de datos más altas requiera inversiones significativas tanto en hardware como en equipos de gestión de red.

Se ha realizado una gran cantidad de trabajo en los últimos años para proporcionar soluciones que puedan ayudar a los operadores a superar estos desafíos, y las soluciones coherentes de terabit más recientes se han anunciado como diseñadas pensando en los operadores.

Uno de los primeros anuncios en esta área provino de Nokia, con su motor de servicios fotónicos coherentes de sexta generación, el PSE-6s, que está diseñado para impulsar la próxima generación de transporte coherente a velocidades de hasta 1,2 Tb/s y se implementará en pares para impulsar una solución de transporte coherente de 2,4 Tb/s. Funciona a más de 130 GBd y aprovecha un semiconductor complementario de óxido de metal (CMOS) de 5 nm con fotónica de silicio para circuitos fotónicos integrados (PIC).

El motor de servicio fotónico coherente de sexta generación de Nokia, el PSE-6s, está diseñado para impulsar la próxima generación de transporte coherente hasta 1,2 Tb/s (Crédito: Nokia)

Con la próxima generación de tecnología coherente, se espera que, además de capacidad adicional, los operadores experimenten otros beneficios. Serge Melle, director de marketing de productos de Nokia, dijo a Fiber Systems en la Conferencia OFC: "Para los operadores, la escala, el rendimiento y la sostenibilidad son muy importantes. De hecho, puede combinar PSE6 1,2 Tb/s en un solo canal de 2,4 Tb/s, lo que significa que luego puede transportar tres servicios de 800 GbE en ese canal, lo que permite mucha más capacidad por fibra que tener 800 GbE individuales en longitudes de onda individuales, lo que ayuda cuando se trata de escalar".

El aspecto del rendimiento también se ha considerado, continuó Melle: "La parte del rendimiento es poder transportar 800 GbE, no solo en el metro, sino en redes regionales de larga distancia, al sur de 2000 km. Ser capaz de operar un 800 GbE en un solo La longitud de onda puede ahorrar muchos costos a los operadores, porque no tienen que poner esos 800 GbE en dos longitudes de onda de menor velocidad, por lo que reduce la cantidad de ópticas. Si puede reducir la cantidad de ópticas y aprovechar el último silicio y la ley de Moore , puede reducir la energía por bit y el consumo total de energía de la red, lo cual es importante desde el punto de vista del costo y la sostenibilidad".

"Vemos cada vez más la tendencia a reducir el consumo de energía", coincidió Robert Maher, CTO de Infinera, quien también habló con Fiber Systems en OFC. "Incluso cuando asistí a una conferencia submarina reciente, se habló mucho sobre implementaciones submarinas sostenibles. Y tenemos un cliente que implementó nuestro motor óptico ICE4 en un cable submarino, y quería reemplazarlo con ICE6, y la razón número uno era poder".

Infinera reveló su propio motor óptico de próxima generación de 1,2 Tb/s, el ICE7, solo unos días antes de que OFC abriera sus puertas. ICE7 está diseñado para beneficiar a los operadores al ayudar a reducir los costos, el espacio y la energía por bit, al mismo tiempo que admite tasas de símbolos de hasta 148 GBd. Aprovecha un CMOS de 5 nm y PIC de sulfuro de indio (InP) de su propia instalación de fabricación y permite la transmisión basada en 800G hasta 3000 km. También se puede implementar en casi cualquier tipo de red. ICE7 y un sistema mejorado de línea óptica de distancias múltiples se diseñaron para aumentar la potencia y la flexibilidad de la plataforma modular compacta de la serie GX de la compañía.

El ICE7 de Infinera aprovecha un CMOS de 5 nm y PIC de sulfuro de indio (InP) de su propia planta de fabricación (Crédito: Infinera)

"Todo lo que estamos haciendo en la plataforma GX en general y con los motores, les permite en el extremo superior, ofrecer más capacidad y un costo total de propiedad más bajo", continuó Maher. "El chasis GX en sí mismo permite a los operadores obtener acceso a la tecnología más nueva más rápido, para que puedan aprovechar las ventajas más fácilmente sin tener que implementar y certificar un sistema completamente nuevo. Existe la necesidad en el extremo de la red de aumentar la capacidad de manera rentable. Coherent es una herramienta tan poderosa para hacer que eso suceda, y necesitamos permitir que los operadores aprovechen esa herramienta en más aplicaciones".

"Y a medida que mejoramos con el procesamiento DSP y la electroóptica", iteró Munks, "el rendimiento de esos sistemas termina con un mayor alcance y un menor consumo de energía".

Demostrando esto, la plataforma de transporte 1Finity Ultra Optical de Fujitsu tiene el beneficio adicional de refrigeración líquida mejorada. La plataforma está diseñada para ofrecer un rendimiento y una escalabilidad extremos con velocidades de datos de 1,2 Tb/s en una sola longitud de onda, y la empresa ya está planeando una futura actualización a 1,6 Tb/s. Cuenta con un procesador de señal digital (DSP) que utiliza los últimos procesos de semiconductores y tecnología de refrigeración líquida que, según la empresa, proporciona el doble de capacidad de refrigeración que la tecnología convencional.

En declaraciones a Fiber Systems, Paul Havala, jefe de planificación óptica global de Fujitsu Network Communications, explicó: "El sistema se beneficia de una escala y un rendimiento extremos. Cuenta con un sistema de línea C + L y se creó un transpondedor de 1,2 Tb/s para redes de terabits. , lo que garantiza que tenga la capacidad máxima para los clientes que tienen restricciones de fibra, o donde ese tráfico realmente necesita ser compatible con la capacidad.Y luego también hay rutas de actualización para extender y aumentar esas tasas con el tiempo. permite reducir la potencia entre un 40 y un 60 %, dependiendo de las referencias tecnológicas con las que lo esté comparando, lo que supone un gran ahorro. También reduce el ruido del ventilador, por lo que puede hacer funcionar los ventiladores a una velocidad más baja, lo que permite que el sistema para tener una vida más larga. Por lo tanto, creemos que hay beneficios más allá de la sostenibilidad".

Ciena pasó directamente a 1,6 Tb/s con su propio lanzamiento, WaveLogic 6 con óptica de 200 GBd, que fue diseñado para admitir longitudes de onda de un solo portador de hasta 1,6 Tb/s para implementaciones metropolitanas de ROADM; 800 Gb/s en enlaces largos y conectables de 800 G de bajo consumo en distancias de 1000 km.

Helen Xenos, directora sénior de marketing de soluciones ópticas, dijo a Fiber Systems: "Tanto WaveLogic 6 Extreme (WL6e) como WaveLogic 6 Nano (WL6n) admiten hasta 1,6 Tb/s por longitud de onda. WL6e es el primero en aprovechar la óptica de 200 GBd, mientras el WL6n se puede combinar con ópticas de entre 120 y 140 GBd para aplicaciones conectables 400G-800G coherentes, 400G de larga distancia y 800G metropolitanas/regionales, y para la interconexión interoperable del centro de datos (DCI) 800ZR. Hemos duplicado la capacidad del WL6e, pero tienen el mismo hardware, por lo que hay una reducción del 50 % en el espacio ocupado, una reducción del 50 % en la potencia por bit y un aumento del 15 % en la eficiencia espectral”.

La solución coherente de Acacia (parte de Cisco), el CIM 8, ya comenzó a enviarse a clientes de operadores de nivel 1 para pruebas de campo de red. CIM 8 admite velocidades de datos de hasta 1,2 Tb/s, impulsado por Jannu, el DSP ASIC de octava generación de la empresa, basado en un CMOS de 5 nm que utiliza tecnología fotónica de silicio. Se han realizado pruebas de redes en vivo en distancias de redes regionales, de larga distancia y de ultra larga distancia. Se llevaron a cabo en asociación con Adtran y con operadores como China Mobile y Windstream Wholesale.

El CIM 8 de Acacia (parte de Cisco) admite velocidades de datos de hasta 1,2 Tb/s, impulsado por Jannu, el DSP ASIC de octava generación de la compañía (Crédito: Acacia (parte de Cisco))

Nokia también probó el PSE 6 en una red en vivo, en asociación con el operador europeo GlobalConnect. Se alcanzó una velocidad de 1,2 Tb/s en distancias metropolitanas (118 km) y de 800 Gb/s en distancias de larga distancia (2019 km), ambas utilizando una sola longitud de onda.

Y no son solo los DSP coherentes que se mueven hacia el territorio de los terabits, OFC también vio una serie de anuncios que apuntan a soluciones basadas en PAM4 que también alcanzan velocidades de datos. En el lado de la óptica, mientras OFC abría sus puertas, Marvell anunció el lanzamiento de su primera plataforma de electroóptica PAM4 de 1,6 Tb/s, Nova, para la nube, inteligencia artificial (IA), aprendizaje automático (ML) y redes de centros de datos. .

Alimentado por un DSP óptico de 200 Gb/s, Nova permite módulos conectables de 1,6 Tb/s para escalar clústeres de IA. Las características clave incluyen una interfaz de transmisor lateral de línea de 200 Gb/s por canal para admitir una variedad de láseres de alta velocidad; un receptor de lado de línea de 200 Gb/s por canal con amplificadores de transimpedancia (TIA) Marvell de 112 GBd complementarios para ofrecer linealidad y bajo nivel de ruido; Controladores láser integrados y corrección de errores de reenvío (FEC) con latencia optimizada para tráfico de 200 Gb/s.

En otros anuncios de tecnología, la startup Nubis Communications lanzó recientemente su primer motor óptico, el XT1600, diseñado para ser optimizado desde cero para redes de aprendizaje automático e inteligencia artificial (ML/AI). La empresa se fundó en 2020 y, posteriormente, recaudó más de 40 millones de dólares para financiar el desarrollo de su primer producto hasta la producción en volumen. Las muestras ya están disponibles para los clientes. El XT1600 tiene una capacidad total de transmisión óptica de 1,6 Tb/s y recepción de 1,6 Tb/s a través de 16 pares de fibra, lo que permite una distribución completa y una asignación flexible como 16 canales dúplex completos independientes de 100 Gb/s, cuatro canales separados completos de 400 Gb/s -canales dúplex, o dos canales dúplex completo de 800 Gb/s. Está optimizado para una operación de transmisión directa no reprogramada, conectándose directamente con el servidor ASIC SerDes diseñado para enlaces de cobre. Este enfoque está diseñado para reducir la potencia, el tamaño y el costo de la solución. La tecnología subyacente detrás de esto es un motor fotónico de silicio de 16 x 112 Gb/s (dúplex completo) con controladores de modulador integrados y amplificadores de transimpedancia.

El fundador Peter Winzer (también galardonado con Photonics100 en 2023) explicó: "Nuestra solución está optimizada para funcionar con los SerDes modernos, no solo haciendo coincidir el tono con su densidad de E/S de borde, sino combinando con sus capacidades para un accionamiento directo con eficiencia energética. El resultado es que los aceleradores de IA o ASIC grandes similares pueden lograr conectividad de ancho de banda completo dentro del centro de datos a una fracción de la potencia en comparación con las soluciones ópticas tradicionales. integración en el futuro".

Con la mayoría de estas tecnologías disponibles comercialmente este año y principios de 2024, ¿qué sigue para las redes ópticas? Según Munks de Omdia: "Después de los 1,2 Tb/s, esperamos 1,6 Tb/s en un solo operador, y estos operarán alrededor de 200 GBd. Estos están programados para 2024 para muestreo y probablemente para 2025 para uso comercial. Esperamos que esto será seguido por 2,4 Tb/s, y después de eso, probablemente 3,2 Tb/s. Esperamos que todo esto suceda dentro de esta década".