Процессор разгонит оптику до 800 Гбит-с: как он работает

Разработчик телекоммуникационного оборудования Ciena представил систему обработки оптических сигналов. Она увеличит скорость передачи данных в оптоволокне до 800 Гбит/с.

Под катом — о принципах ее работы.

^[1]
Фото — Timwether ^[2] — CC BY-SA

Нужно больше оптоволокна

С запуском сетей нового поколения и распространением устройств интернета вещей — по некоторым оценкам, их количество достигнет ^[3] 50 млрд уже через три года — объем мирового трафика только возрастет. В Deloitte говорят, что существующей оптоволоконной инфраструктуры, которая является основой для 5G-сетей, не хватит с подобной нагрузки. Точку зрения аналитического агентства поддерживают телекоммуникационные компании ^[4] и облачные провайдеры.

Чтобы исправить ситуацию, все больше организаций работают над системами, повышающими пропускную способность «оптики». Одно из аппаратных решений разработали в Ciena — оно получило название WaveLogic 5. По словам инженеров компании, новый процессор способен обеспечить скорость передачи данных до 800 Гбит/с на одной длине волны.

Как работает новое решение

Ciena представили две модификации процессора WaveLogic 5. Первая называется WaveLogic 5 Extreme. Она представляет собой схему ASIC ^[5], которая выступает в роли цифрового сигнального процессора (DSP ^[6]) оптоволоконной сети. DSP преобразует сигнал из электрического в оптический и наоборот.

WaveLogic 5 Extreme поддерживает пропускную способность оптоволокна от 200 до 800 Гбит/с — в зависимости от дистанции, на которую нужно отправить сигнал. Для более эффективной передачи данных Ciena внедрили в прошивку процессора алгоритм вероятностного формирования сигнального созвездия (probabilistic constellation shaping ^[7] — PCS).

Это созвездие представляет собой набор значений амплитуды (точек) для передаваемых сигналов. Для каждой из точек созвездия PCS-алгоритм высчитывает вероятность искажения данных и значение требуемой на отправку сигнала энергии. После он выбирает ту амплитуду, для которой соотношение сигнал/шум и энергозатраты будут минимальными.

Также в процессоре используется алгоритм прямой коррекции ошибок (FEC ^[8]) и мультиплексирование сигнала с разделением по частоте (FDM ^[9]). Для защиты передаваемой информации используется алгоритм шифрования AES-256 ^[10].

Вторая модификация WaveLogic 5 — это серия подключаемых оптических модулей Nano. Они могут отправлять и принимать данные со скоростью до 400 Гбит/с. Модули имеют два форм-фактора — QSFP-DD и CFP2-DCO. Первый имеет небольшие размеры и предназначен для сетей 200 или 400GbE. Из-за высокой скорости подключения и низкого энергопотребления QSFP-DD подойдут для решений в ЦОД. Второй форм-фактор — CFP2-DCO — используют для отправки данных на расстояния в сотни километров, поэтому его будут применять в сетях 5G и инфраструктуре интернет-провайдеров.

В продажу WaveLogic 5 поступит во второй половине 2019 года.

Фото — PxHere ^[11] — PD

Преимущества и недостатки процессора

WaveLogic 5 Extreme стал одним из первых процессоров на рынке, который передаёт данные на одной длине волны со скоростью в 800 Гбит/с. У многих конкурентных решений этот показатель составляет 500–600 Гбит/с. Ciena имеет преимущество за счет расширения ёмкости оптического канала на 50% и увеличения его спектральной эффективности ^[12] на 20%.

Но есть одна трудность — с уплотнением сигнала и повышением скорости передачи данных появляется риск искажения информации. Он возрастает с увеличением дистанции. По этой причине процессор может испытывать ^[13] сложности при отправке сигнала на большие расстояния. Хотя разработчики говорят, что WaveLogic 5 способен транслировать данные «через океаны» на скорости в 400 Гбит/с.

Аналоги

Системы для увеличения пропускной способности оптоволокна также разрабатывают Infinite и Acacia. Решение первой компании называется ICE6 (ICE — Infinite Capacity Engine). Оно состоит из двух компонентов — оптической интегральной схемы (PIC — Photonic Integrated Circuit) и цифрового сигнального процессора в виде ASIC-микросхемы. PIC в сетях переводит сигнал из оптического в электрический и наоборот, а ASIC отвечает за его мультиплексирование.

Особенность ICE6 — импульсная модуляция сигнала (pulse shaping ^[14]). Цифровой процессор разделяет свет определенной длины волны на дополнительные поднесущие частоты, что расширяет число доступных уровней и увеличивает спектральную плотность сигнала. Ожидается, что ICE6, как и WaveLogic, обеспечит скорость передачи данных в одном канале на уровне 800 Гбит/с. В продажу продукт должен поступить к концу 2019 года.

Что касается компании Acacia, то её инженеры создали модуль AC1200. Он обеспечит скорость трансляции данных в 600 Гбит/с. Такой скорости достигают с помощью 3D-формирования сигнального созвездия: алгоритмы в модуле автоматически меняют частоту использования точек и их положение в созвездии, подстраивая пропускную способность каналов.

Ожидается, что новые аппаратные решения увеличат пропускную способность оптического волокна не только на расстояниях в пределах одного города или региона, но и на более существенных дистанциях. Для этого инженерам осталось преодолеть трудности, связанные с зашумлением каналов. Увеличение пропускной способности подводных сетей положительно отразится на качестве сервисов IaaS-провайдеров и крупных ИТ-компаний, учитывая, что они «генерируют ^[15]» половину трафика, передаваемого по дну океана.

• Как управляемые базы данных помогают бизнесу ^[16]
• Зачем клиенту облачного провайдера знать об уровне надежности ЦОД ^[17]
• Защита от DDoS: путь IaaS-провайдера ^[18]
• Серверы для SAP: основные платформы ^[19]
• NetApp от А до Я: обзор технологий вендора, используемых в современных СХД ^[20]

Автор: itglobalcom

Источник ^[21]