ご存知のように、テクノロジー業界は 2018 年に多くの並外れた成果を達成しており、待望の 2019 年にはさまざまな可能性があります。Inphi の最高技術責任者である Radha Nagarajan 博士は、高速データセンター相互接続はテクノロジー産業セグメントの 1 つである (DCI) 市場も、2019 年に変化するでしょう。彼が今年データセンターで起こると予想する 3 つのことを次に示します。
1.データセンターの地理的分散がより一般的になる
データセンターの消費には、電力や冷却などのインフラストラクチャを含む、多くの物理スペースのサポートが必要です。大規模で継続的な大規模データセンターを構築することがますます困難になるにつれて、データセンターの地理的分解はより一般的になるでしょう。大都市圏では分解が鍵となります。地価が高い地域。これらのデータセンターを接続するには、帯域幅の広い相互接続が不可欠です。
DCIキャンパス：これらのデータセンターは、多くの場合、キャンパス環境などで互いに接続されています。通常、距離は 2 ～ 5 キロメートルに制限されます。ファイバの可用性によっては、これらの距離で CWDM リンクと DWDM リンクが重複することもあります。
DCIエッジ：このタイプの接続範囲は 2 km から 120 km です。これらのリンクは、主にエリア内の分散データ センターに接続され、通常は遅延の制約を受けます。DCI 光テクノロジー オプションには、直接検出とコヒーレンスが含まれ、どちらも DWDM を使用して実装されます。光ファイバー C バンド (192 THz ～ 196 THz ウィンドウ) の伝送フォーマット。直接検出変調フォーマットは振幅変調であり、検出スキームが単純で、消費電力とコストが低く、ほとんどの場合、外部分散補償が必要です。 100 Gbps、4 レベルのパルス振幅変調 (PAM4)、直接検出形式は、DCI-Edge アプリケーションにとって費用対効果の高い方法です。PAM4 変調形式は、従来の非ゼロ復帰 (NRZ) の 2 倍の容量を備えています。次世代の 400 Gbps (波長あたり) DCI システムでは、60 Gbaud、16-QAM コヒーレント フォーマットが主要な競合相手です。
DCI-地下鉄/長距離：このカテゴリのファイバは DCI-Edge を超えており、最大 3,000 キロメートルの地上リンクとより長い海底を備えています。このカテゴリにはコヒーレント変調フォーマットが使用され、変調タイプは距離によって異なります。コヒーレント変調フォーマット振幅と位相も変調され、検出には局部発振レーザーが必要で、複雑なデジタル信号処理が必要で、消費電力が多く、距離が長く、直接検出や NRZ 法よりも高価です。
2.データセンターは進化し続ける
これらのデータセンターを接続するには、広い帯域幅の相互接続が不可欠です。これを念頭に置いて、DCI-Campus、DCI-Edge、および DCI-Metro/Long Haul データセンターは発展し続けます。ここ数年、DCI 分野が注目されています。サービスとしてのソフトウェア (SaaS)、サービスとしてのプラットフォーム (PaaS)、およびサービスとしてのインフラストラクチャを提供するクラウド サービス プロバイダー (CSP) の増大する帯域幅要件。 (IaaS) 機能は、CSP データ センター ネットワーク レイヤー スイッチおよびルーターを接続するためのさまざまな光システムを推進しています。現在、これは 100 Gbps で実行する必要があります。データセンター内では、直接接続の銅線 (DAC) ケーブル、アクティブ光ケーブル (AOC)、または 100G の「グレー」オプティクスを使用できます。データセンター施設 (キャンパスまたはエッジ/メトロ アプリケーション) への接続には、ごく最近になって、完全な機能を備えたコヒーレント ベースのリピータ ベースのアプローチが利用できるようになりましたが、これは最適ではありません。
100G エコシステムへの移行に伴い、データセンター ネットワーク アーキテクチャは、従来のデータセンター モデルから進化しました。これらのデータセンター施設はすべて、単一の大きな「大規模データセンター」ほとんどの CSP は、必要な規模を実現し、可用性の高いクラウド サービスを提供するために、分散型エリア アーキテクチャに融合されています。
通常、データセンター エリアは、人口密度の高い大都市圏の近くに配置され、これらのエリアに最も近いエンド カスタマーに最高のサービス (遅延と可用性を備えた) を提供します。地域のアーキテクチャは CSP 間でわずかに異なりますが、冗長な地域の「ゲートウェイ」で構成されます。これらの「ゲートウェイ」または「ハブ」は、CSP のワイド エリア ネットワーク (WAN) バックボーン (およびピアツーピア、ローカル コンテンツ転送、または海底転送に使用されるエッジ サイト) に接続されます。ゲートウェイ」または「ハブ」は、CSP のワイド エリア ネットワーク (WAN) バックボーン (およびピアツーピア、ローカル コンテンツ トランスポート、または海底トランスポートに使用されるエッジ サイト) に接続されます。追加の設備を調達して地域のゲートウェイに接続するのは簡単です。これにより、新しい大規模なデータセンターを構築するための比較的高いコストとより長い建設期間に比べて、エリアの迅速な拡張と成長が可能になり、導入の追加の利点が得られます。特定のエリア内のさまざまな利用可能エリア (AZ) の概念を導き出します。
大規模なデータセンター アーキテクチャからゾーンへの移行により、ゲートウェイとデータセンター施設の場所を選択する際に考慮する必要がある追加の制約が生じます。センター (パブリック ゲートウェイを介して) を制限する必要があります。もう 1 つの考慮事項は、灰色の光システムは、同じ地理的領域内の物理的に異なるデータ センターの建物を相互接続するには非効率的すぎるということです。これらの要因を考慮すると、今日のコヒーレント プラットフォームは DCI アプリケーションには適していません。
PAM4 変調フォーマットは、低消費電力、低フットプリント、および直接検出オプションを提供します。シリコン フォトニクスを利用することにより、PAM4 Application Specific Integrated Circuit (ASIC) を備えたデュアル キャリア トランシーバが開発され、統合デジタル信号プロセッサ (DSP) と前方誤り訂正 (FEC)。QSFP28 フォーム ファクタにパッケージ化します。結果として得られるスイッチ プラガブル モジュールは、一般的な DCI リンクを介して DWDM 伝送を実行でき、ファイバー ペアあたり 4 Tbps、100G あたり 4.5 W です。
3.シリコンフォトニクスとCMOSが光モジュール開発の核になる
高度に統合されたオプティクス用のシリコン フォトニクスと、信号処理用の高速シリコン相補型金属酸化膜半導体 (CMOS) の組み合わせは、低コスト、低電力、切り替え可能な光モジュールの進化において役割を果たすでしょう。
高度に統合されたシリコン フォトニック チップは、プラガブル モジュールの心臓部です。リン化インジウムと比較して、シリコン CMOS プラットフォームは、より大きな 200 mm および 300 mm のウェーハ サイズでウェーハ レベルの光学系に入ることができます。波長 1300 nm および 1500 nm の光検出器これらは、標準的なシリコン CMOS プラットフォームにゲルマニウム エピタキシーを追加することによって構築されました。さらに、二酸化シリコンおよび窒化シリコン ベースのコンポーネントを統合して、屈折率のコントラストが低く、温度に影響されない光学コンポーネントを製造できます。
図 2 では、シリコン フォトニック チップの出力光路に、波長ごとに 1 つずつ、1 組の進行波マッハ ツェンダー変調器 (MZM) が含まれています。次に、2 つの波長出力は、統合された 2:1 インターリーバーを使用してチップ上で結合されます。 DWDM マルチプレクサとして機能します。同じシリコン MZM を、異なる駆動信号を持つ NRZ および PAM4 変調フォーマットの両方で使用できます。
データセンター ネットワークの帯域幅要件が拡大し続ける中、ムーアの法則により、スイッチング チップの進歩が求められます。これにより、スイッチおよびルーター プラットフォームは、各ポートの容量を増やしながら、スイッチ チップの基本パリティを維持できるようになります。次世代スイッチ チップは、400G の各ポート用に設計されています。400ZR と呼ばれるプロジェクトが、Optical Internet Forum (OIF) で開始されました。次世代の光 DCI モジュールを標準化し、サプライヤ向けの多様な光エコシステムを作成します。この概念は WDM PAM4 に似ていますが、400 Gbps の要件をサポートするように拡張されています。