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Oct 22, 2023

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La prochaine génération de réseaux optiques devra fournir la capacité requise pour répondre à la demande explosive de bande passante, et ce, sans compromis sur les coûts ou la durabilité. Keely Portway découvre comment cet équilibre délicat peut être atteint.

Crédit image : MyCreative/shutterstock.com

Si les trois dernières années n'ont rien fait d'autre d'utile, elles ont incontestablement jeté les communications optiques sous les projecteurs. Le besoin de réseaux stables, fiables et à large bande passante a été fortement souligné par la nécessité de travailler et d'apprendre à la maison, de se divertir à l'intérieur et de passer du temps avec sa famille et ses amis à distance. Mais, bien que la vie soit enfin revenue à un certain degré de normalité après la pandémie, le besoin de niveaux élevés de connectivité n'a pas diminué. Loin de là.

L'appétit pour la bande passante existait en fait bien avant que quiconque ait entendu parler de Covid, avec un nombre important de moteurs poussant cette demande, que la pandémie n'a servi qu'à accélérer. S'exprimant lors du panel de surveillance du marché de la conférence OFC de cette année, Tim Munks, analyste principal principal : optique à grande vitesse et technologie de réseau optique au cabinet d'analyse de l'industrie Omdia, a déclaré : "Ce n'est pas un flash d'information, mais les moteurs de l'expansion continue de la bande passante dans les réseaux du monde entier incluent des activités commerciales potentielles. des modèles tels que la télémédecine, DocuSign et les jeux, qui sont tous des exemples de croissance source de croissance. »

Abordant la pandémie, Munks a déclaré : « La pandémie a accéléré le passage des entreprises au cloud ; et la 5G, qui avait démarré lentement, a vraiment décollé maintenant. De plus, les investissements continuent de croître alors que les gouvernements investissent beaucoup d'argent dans l'expansion du haut débit où la connectivité haut débit est devenue un droit. »

De tels investissements dans le déploiement de la fibre optique sur les réseaux FTTH, métropolitains, sous-marins, les centres de données et les réseaux front-haul et back-haul ont été essentiels, mais les investissements dans la R&D pour la technologie optique au cœur de ces réseaux sont tout aussi cruciaux pour garantir leur avenir. -proofed pour les applications de nouvelle génération.

L'optique cohérente, par exemple, est devenue populaire grâce à sa capacité à moduler l'amplitude et la phase de la lumière, ainsi qu'à transmettre sur deux polarisations, ce qui signifie que davantage d'informations peuvent voyager à travers un câble à fibre optique.

Lorsque je suis entré pour la première fois dans le monde des communications optiques, la conférence OFC 2018 a accueilli un certain nombre de nouveaux moteurs optiques cohérents dotés de la technologie de traitement numérique du signal (DSP), qui ont fait la une des journaux car ils pouvaient transporter jusqu'à 800 Gbit/s de capacité par longueur d'onde. . L'itération 2023 de l'événement a été la rampe de lancement d'un grand nombre de la prochaine génération de DSP cohérents, qui sont désormais capables d'atteindre 1,2 et 1,6 To/s.

Le passage au térabit représente un bond en avant substantiel dans les débits de transmission de données, permettant aux réseaux de mieux gérer des quantités de données sans précédent et de permettre une communication plus rapide et plus fiable sur de longues distances. Cela pourrait avoir des implications importantes pour les télécommunications, mais aussi pour les industries et les applications, notamment l'informatique en nuage, les centres de données et la recherche scientifique.

Des réseaux de télécommunications optiques cohérents avec des capacités aussi élevées peuvent permettre une diffusion continue de contenu vidéo haute définition, un accès Internet ultra-rapide et une communication vocale ininterrompue, permettant aux fournisseurs de services de répondre aux demandes toujours croissantes de leurs clients, offrant une expérience utilisateur supérieure avec une latence et une congestion du réseau minimales.

Pour les centres de données et les fournisseurs de cloud computing, le passage à des réseaux optiques cohérents térabit pourrait ouvrir de nouvelles possibilités pour un stockage, un traitement et une distribution efficaces des données s'ils sont correctement mis en œuvre, en particulier pour l'accès et la périphérie. Dans la recherche scientifique, des domaines tels que l'astronomie, la génomique et la physique des particules génèrent d'énormes quantités de données qui nécessitent une transmission rapide et fiable. Des réseaux optiques cohérents avec des capacités de 1,2 et 1,6 To/s pourraient permettre aux chercheurs de transférer et de collaborer plus efficacement sur de grands ensembles de données, accélérant ainsi les percées scientifiques.

Alors que le passage à 1,2 et 1,6 To/s cohérent présente des opportunités telles que celles décrites ci-dessus, il peut également poser des défis techniques. Garantir l'intégrité du signal et réduire les interférences sonores devient critique à ces débits de données ultra-élevés. La conception et le déploiement d'émetteurs-récepteurs optiques avancés, d'amplificateurs et de modules de compensation de dispersion jouent un rôle essentiel dans le maintien de la qualité et de la fiabilité de la transmission des données. Les opérateurs de réseau craignent que la mise à niveau des infrastructures de réseau existantes pour prendre en charge ces débits de données plus élevés nécessite des investissements importants à la fois dans le matériel et les équipements de gestion de réseau.

Beaucoup de travail a été entrepris au cours des dernières années pour fournir des solutions qui peuvent aider les opérateurs à surmonter ces défis, et les solutions cohérentes térabit les plus récentes ont été annoncées comme conçues avec les opérateurs à l'esprit.

L'une des premières annonces dans ce domaine est venue de Nokia, avec son moteur de service photonique cohérent de sixième génération, le PSE-6s, qui est conçu pour alimenter la prochaine génération de transport cohérent jusqu'à 1,2 Tb/s et être déployé par paires pour alimenter une solution de transport cohérente à 2,4 To/s. Il fonctionne à plus de 130 GBd et exploite un métal-oxyde-semi-conducteur complémentaire (CMOS) de 5 nm avec une photonique au silicium pour les circuits intégrés photoniques (PIC).

Le moteur de service photonique cohérent de sixième génération de Nokia, le PSE-6s, est conçu pour alimenter la prochaine génération de transport cohérent jusqu'à 1,2 To/s (Crédit : Nokia)

Avec la prochaine génération de technologie cohérente, on espère que, outre une capacité supplémentaire, les opérateurs bénéficieront d'autres avantages. Serge Melle, directeur du marketing produit chez Nokia, a déclaré à Fiber Systems lors de la conférence OFC : « Pour les opérateurs, l'échelle, les performances et la durabilité sont très importantes. Vous pouvez réellement combiner PSE6 1,2 Tb/s en un seul canal 2,4 Tb/s, ce qui signifie que vous pouvez ensuite transporter trois services 800GbE dans ce seul canal, permettant une capacité par fibre bien supérieure à celle d'avoir des 800GbE individuels sur des longueurs d'onde individuelles, ce qui aide en termes d'échelle.

L'aspect performance a également été pris en compte, a poursuivi Melle : "La partie performance est de pouvoir transporter du 800GbE, pas seulement dans le métro, mais dans des réseaux régionaux longue distance, au sud de 2 000 km. Pouvoir exploiter un 800GbE sur un seul La longueur d'onde peut faire économiser beaucoup d'argent aux opérateurs, car ils n'ont pas à mettre ces 800 GbE sur deux longueurs d'onde à faible vitesse, ce qui réduit le nombre d'optiques. Si vous pouvez réduire le nombre d'optiques et tirer parti du dernier silicium et de la loi de Moore , vous pouvez réduire la puissance par bit et la consommation électrique totale du réseau, ce qui est important du point de vue du coût et de la durabilité."

"Nous constatons de plus en plus la tendance à la réduction de la consommation d'énergie", a reconnu Robert Maher, CTO chez Infinera, qui s'est également entretenu avec Fiber Systems chez OFC. "Même lorsque j'ai assisté à une récente conférence sur le sous-marin, on parlait beaucoup de déploiements sous-marins durables. Et nous avons un client qui a déployé notre moteur optique ICE4 sur un câble sous-marin, et il voulait le remplacer par ICE6, et la raison numéro un était le pouvoir."

Infinera a dévoilé son propre moteur optique 1,2 To/s de nouvelle génération, l'ICE7, quelques jours avant l'ouverture de l'OFC. ICE7 est conçu pour profiter aux opérateurs en aidant à réduire les coûts, l'espace et la puissance par bit, tout en prenant en charge des débits de symboles allant jusqu'à 148 Go. Il exploite un CMOS 5 nm et des PIC de sulfure d'indium (InP) de sa propre usine de fabrication et permet une transmission basée sur 800G jusqu'à 3 000 km. Il peut également être déployé sur presque tous les types de réseaux. ICE7 et un système de ligne optique multi-transport amélioré ont été conçus pour augmenter la puissance et la flexibilité de la plate-forme modulaire compacte de la série GX de l'entreprise.

L'ICE7 d'Infinera exploite un CMOS 5 nm et des PIC de sulfure d'indium (InP) de sa propre usine de fabrication (Crédit : Infinera)

"Tout ce que nous faisons sur la plate-forme GX en général et avec les moteurs, cela leur permet, sur le haut de gamme, de fournir plus de capacité et un coût total de possession inférieur", a poursuivi Maher. "Le châssis GX lui-même permet aux opérateurs d'accéder plus rapidement à la nouvelle technologie, afin qu'ils puissent profiter plus facilement des avantages sans avoir à déployer et à certifier un nouveau système complet. Il est nécessaire à la périphérie du réseau d'augmenter la capacité de manière rentable . Coherent est un outil tellement puissant pour y parvenir, et nous devons permettre aux opérateurs d'exploiter cet outil dans davantage d'applications.

"Et à mesure que nous nous améliorons avec le traitement DSP et l'électro-optique", a répété Munks, "les performances de ces systèmes se traduisent par une portée accrue et une consommation d'énergie réduite."

Démontrant cela, la plate-forme de transport 1Finity Ultra Optical de Fujitsu présente l'avantage supplémentaire d'un refroidissement liquide amélioré. La plate-forme est conçue pour offrir des performances et une évolutivité extrêmes avec des débits de données de 1,2 Tb/s sur une seule longueur d'onde, et la société prévoit déjà une future mise à niveau vers 1,6 Tb/s. Il dispose d'un processeur de signal numérique (DSP) utilisant les derniers processus de semi-conducteurs et la technologie de refroidissement liquide qui, selon la société, fournit deux fois la capacité de refroidissement de la technologie conventionnelle.

S'adressant à Fiber Systems, Paul Havala, responsable de la planification optique mondiale chez Fujitsu Network Communications, a expliqué : « Le système bénéficie d'une évolutivité et de performances extrêmes. , ce qui garantit que vous disposez de la capacité maximale pour les clients qui sont limités par la fibre, ou lorsque ce trafic doit vraiment être pris en charge à pleine capacité. Et puis il existe également des chemins de mise à niveau pour étendre et augmenter ces taux au fil du temps. L'amélioration de son refroidissement permet de réduire la puissance de 40 à 60% selon les références technologiques auxquelles on le compare, c'est donc une économie énorme.Il réduit également le bruit des ventilateurs, vous pouvez donc faire fonctionner les ventilateurs à une vitesse inférieure, ce qui permet au système d'avoir une durée de vie plus longue. Nous pensons donc qu'il y a des avantages au-delà de la seule durabilité.

Ciena est passé directement à 1,6 Tb/s avec son propre lancement, le WaveLogic 6 avec optique 200 Go, qui a été conçu pour prendre en charge des longueurs d'onde à porteuse unique jusqu'à 1,6 Tb/s pour les déploiements ROADM métropolitains ; 800 Gb/s sur de longues liaisons et des connecteurs 800 G écoénergétiques sur des distances de 1 000 km.

Helen Xenos, directrice principale du marketing des solutions optiques, a déclaré à Fiber Systems : « Le WaveLogic 6 Extreme (WL6e) et le WaveLogic 6 Nano (WL6n) prennent en charge jusqu'à 1,6 To/s par longueur d'onde. Le WL6e est le premier à tirer parti de l'optique 200 Go, tandis que le WL6n peut être combiné avec des optiques entre 120 et 140GBd pour des modules enfichables 400G-800G cohérents, des applications métropolitaines/régionales 400G longue distance et 800G, et pour une interconnexion de centre de données interopérable 800ZR (DCI).Nous avons doublé la capacité du WL6e, mais ont le même matériel, il y a donc une réduction de 50 % de l'encombrement, une réduction de 50 % de la puissance par bit et une augmentation de 15 % de l'efficacité spectrale. »

La solution cohérente d'Acacia (qui fait partie de Cisco), le CIM 8, a déjà commencé à être expédié aux clients des opérateurs de niveau 1 pour des essais sur le terrain du réseau. CIM 8 prend en charge des débits de données jusqu'à 1,2 To/s, alimenté par Jannu, l'ASIC DSP de 8e génération de la société, basé sur un CMOS de 5 nm utilisant la technologie photonique au silicium. Des essais de réseau en direct ont eu lieu sur des distances de réseau ultra long-courrier, long-courrier et régional. Ils ont été entrepris en partenariat avec Adtran et avec des opérateurs tels que China Mobile et Windstream Wholesale.

Le CIM 8 d'Acacia (qui fait partie de Cisco) prend en charge des débits de données jusqu'à 1,2 To/s, alimenté par Jannu, l'ASIC DSP de 8e génération de la société (Crédit : Acacia (qui fait partie de Cisco))

Nokia a également testé sur le terrain les PSE 6 dans un réseau en direct, en partenariat avec l'opérateur européen GlobalConnect. Une vitesse de 1,2 Tb/s a été atteinte sur des distances métropolitaines (118 km) et de 800 Gb/s sur des distances longue distance (2 019 km), toutes deux utilisant une seule longueur d'onde.

Et ce ne sont pas seulement les DSP cohérents qui se déplacent sur le territoire du térabit, OFC a également vu un certain nombre d'annonces pointant vers des solutions basées sur PAM4 atteignant également des débits de données. Côté optique, alors qu'OFC ouvrait ses portes, Marvell a annoncé le lancement de sa première plateforme électro-optique PAM4 à 1,6 To/s, la Nova, pour le cloud, l'intelligence artificielle (IA), l'apprentissage automatique (ML) et les réseaux de centres de données. .

Alimenté par un DSP optique de 200 Gb/s, Nova permet des modules enfichables de 1,6 Tb/s pour la mise à l'échelle des clusters AI. Les principales caractéristiques comprennent une interface d'émetteur côté ligne de 200 Gb/s par canal pour prendre en charge une gamme de lasers à haute vitesse ; un récepteur côté ligne 200 Gb/s par canal avec des amplificateurs de transimpédance (TIA) Marvell 112 Gbd associés pour offrir une linéarité et un faible bruit ; pilotes laser intégrés et correction d'erreur directe (FEC) optimisée pour la latence pour le trafic 200 Gb/s.

Dans d'autres annonces technologiques, la startup Nubis Communications a récemment lancé son premier moteur optique, le XT1600, conçu pour être optimisé dès le départ pour les réseaux d'apprentissage automatique et d'intelligence artificielle (ML/AI). La société a été fondée en 2020 et a ensuite levé plus de 40 millions de dollars pour financer le développement de son premier produit en production en volume. Des échantillons sont déjà disponibles pour les clients. Le XT1600 a une capacité totale de transmission optique de 1,6 Tb/s et de réception de 1,6 Tb/s transportée sur 16 paires de fibres, permettant une distribution complète et une affectation flexible en tant que 16 canaux full-duplex 100 Gb/s indépendants, quatre canaux séparés 400 Gb/s complets. -canaux duplex, ou deux canaux full-duplex 800Gb/s. Il est optimisé pour un fonctionnement à entraînement direct non resynchronisé, se connectant directement aux SerDes ASIC hôtes conçus pour les liaisons en cuivre. Cette approche est conçue pour réduire la puissance, la taille et le coût de la solution. La technologie sous-jacente est un moteur photonique au silicium de 16 x 112 Gb/s (duplex intégral) avec des pilotes de modulateur intégrés et des amplificateurs de transimpédance.

Le fondateur Peter Winzer (également lauréat du Photonics100 2023) a expliqué : « Notre solution est optimisée pour fonctionner avec les SerDes modernes, non seulement en fonction de leur densité d'E/S de périphérie, mais aussi en s'intégrant à leurs capacités d'entraînement direct économe en énergie. Le résultat est que les accélérateurs d'intelligence artificielle ou les grands ASIC similaires peuvent atteindre une connectivité à pleine bande passante dans le centre de données à une fraction de la puissance par rapport aux solutions optiques traditionnelles.En outre, notre approche se prête bien aux nouvelles architectures de boîtiers émergentes ainsi qu'aux implémentations de puces natives pour encore plus serré l'intégration dans le futur."

Avec la plupart de ces technologies disponibles dans le commerce cette année et début 2024, quel avenir pour les réseaux optiques ? Selon Munks d'Omdia : "Après les 1,2 Tb/s, nous attendons 1,6 Tb/s sur un seul opérateur, et ceux-ci fonctionneront jusqu'à environ 200 GBd. Ceux-ci sont prévus en 2024 pour l'échantillonnage et probablement en 2025 pour un usage commercial. Nous prévoyons que cela sera suivi de 2,4 To/s, et ensuite, probablement de 3,2 To/s. Nous nous attendons à ce que tout cela se produise au cours de cette décennie.