Хабрахабр

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.


Фото — Timwether — CC BY-SA

Нужно больше оптоволокна

С запуском сетей нового поколения и распространением устройств интернета вещей — по некоторым оценкам, их количество достигнет 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 и облачные провайдеры.

Одно из аппаратных решений разработали в Ciena — оно получило название WaveLogic 5. Чтобы исправить ситуацию, все больше организаций работают над системами, повышающими пропускную способность «оптики». 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, которая выступает в роли цифрового сигнального процессора (DSP) оптоволоконной сети. DSP преобразует сигнал из электрического в оптический и наоборот.

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

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

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

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 — 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 на 20%.

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

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.

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

Он обеспечит скорость трансляции данных в 600 Гбит/с. Что касается компании Acacia, то её инженеры создали модуль AC1200. 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.

Для этого инженерам осталось преодолеть трудности, связанные с зашумлением 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. Увеличение пропускной способности подводных сетей положительно отразится на качестве сервисов IaaS-провайдеров и крупных ИТ-компаний, учитывая, что они «генерируют» половину трафика, передаваемого по дну океана.

Что интересного есть у нас в блоге ITGLOBAL.COM:

Теги
Показать больше

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Кнопка «Наверх»
Закрыть