高性能コンピューティングが800G光トランシーバーの開発を促進

HPCと関連アプリケーションの活況により、コンピューティングパワーは産業にとって重要なインフラとなっています。そして、800G光トランシーバの開発は、通信インフラがHPCが必要とする迅速なデータ処理と交換を管理できるようにするために極めて重要です。

800G光トランシーバーの進化

帯域幅需要の増加

高性能コンピューティングによるエンドツーエンドのユーザー対向トラフィックの増加により、800G光トランシーバの需要が急増しており、ネットワーク帯域幅の同時実行性とリアルタイム性能の向上に対する市場の要求が高まっていることを示しています。帯域幅需要の増加に伴い、800Gビット/秒光トランシーバは徐々に台頭し、2025年までに大規模展開を達成し、その性能優位性により市場の主流を占めると予想されます。

LPO技術

リニアドライブ・プラガブルオプティクス（LPO）技術は、リニアドライブアプローチを採用し、DSPをトランスインピーダンスアンプ（TIA）と高リニアリティとEQ機能を持つDRIVER（ドライブチップ）に置き換えます。DSPはデジタル・クロック・リカバリや分散補償などの機能を持ち、より低いエラー・レートで信号をリカバリできる反面、消費電力とコストが高くなります。

従来のソリューションと比べ、LPOモジュールはデータ・インターフェースにリニア・アナログ・コンポーネントだけを使用し、DSPアーキテクチャの必要性を排除しています。そのため、LPOモジュールはシステムの消費電力とレイテンシを約50％削減できる一方、システムのエラー率と伝送距離は損なわれません。これは明らかに、最新のAlコンピューティングセンターにおける短距離、高帯域幅、低消費電力、低遅延のデータ通信に適しています。

800G光トランシーバーの分類

800G光トランシーバを分類するには、主にパッケージングと電気インターフェイスのチャネル数による2つの方法があります。パッケージングについては、800G光トランシーバには主に、2倍密度の4チャネル小型フォームファクタ・プラガブル800G QSFP-DDと8チャネル小型フォームファクタ・プラガブル800G QSFP-DDと8チャネル小型フォームファクタ・プラガブル800G OSFPの2種類があります。

チャンネル数で分類すると主に3種類あります:

8×100G PAM4光トランシーバー

PAM4（Pulse Amplitude Modulation with four levels）変調は、各シンボルに複数のビットをエンコードすることができ、光通信ネットワークでの効率的で高速なデータ伝送を保証します。

8×100G PAM4光トランシーバは8チャネル構成で動作し、各チャネルは100Gデータストリームを伝送します。また、MTP®-16 APC（メス）- 8 LC UPCデュプレックス・ブレークアウト・ケーブルによる800G XDR8から8×100G FRへの接続例もあります。

2×400G PAM4光トランシーバー

2×400G PAM4光トランシーバーは2つの独立したチャンネルを利用し、それぞれが400Gデータストリームを伝送します。そして以下は、800G 2FR4から2×400G FR4への光ファイバパッチケーブルによる接続例です。

800Gコヒーレント光トランシーバー

800Gコヒーレント光トランシーバーは、先進のコヒーレント通信原理に基づいて動作し、効率的なデータ伝送のために振幅と位相を変調します。コヒーレント検出とQAMのような洗練された変調フォーマットにより、高いデータレートを実現します。

実用的なアプリケーションでは、16QAM変調で128Gbdで機能し、4組のDACとADC、1組のレーザー、1組の光トランシーバーを利用し、データセンターのコヒーレント光モジュールで固定波長レーザーを使用してコストと電力使用量を削減できます。

800G光トランシーバーの最新動向

予測によると、800Gトランシーバーは徐々に出現し、2025年までに広く導入され、その優れた性能により市場の主流を占めるようになります。800Gイーサネットは今後、以下の3つの主要な成長トレンドを経験することになります:

シングルモード光インターフェースソリューションの移行

マルチモード・ファイバの帯域幅制限により、100G PAM4 VCSEL+マルチモード・ファイバの伝送距離は50mに制限されます。OM5ファイバを使用する場合、システムコストは上昇します。そのため、将来的にはシングルモード光インターフェイスソリューションにシフトし、SiPh技術に恩恵をもたらすことになるでしょう。

200Gbit/s 単一波長の登場

112GbdのEML技術は急速に進歩しているが、プロトタイプは作成されており、55GHzの帯域幅リソースは若干不足しています。SiPh変調器とシリコンベースの薄膜ニオブ酸リチウムは、200G PAM4で幅広い応用が可能です。

コヒーレント・テクノロジー・ソリューションのアプリケーション展開

伝送速度の向上により、コヒーレント技術のソリューションは、80kmの伝送距離を基準に、40km、20km、10kmといったより低い距離までアプリケーションを拡大できるようになります。同時に、ノンコヒーレント・ソリューションはより広い距離で成長しようとしています。

800G光トランシーバーの展開におけるHPCの影響

HPCサーバーは、大規模なモデルやHPCアプリケーションをサポートする上で重要な役割を果たします。これらのサーバーは、複雑な人工知能タスクの計算要求を処理するために特別に設計され、最適化されています。そして、800Gイーサネットの導入は、このプロセスにおいて極めて重要です。では、なぜHPCサーバーにとって400Gよりも800Gの方が重要なのでしょうか？

高速データ転送と低遅延

HPCサーバーは高いデータ転送速度と低レイテンシーを要求するため、基礎となる帯域幅に合わせたトップ・オブ・ラック・スイッチが必要となります。これらのスイッチは、さらにレイテンシの冗長性を必要とする場合があり、高速光モジュールが要求されます。GPUサーバーは、集中的な機械学習タスク用に設計されています。一般的に、クラスタ内の各サーバは4つの高性能GPUで構成されます。シームレスな接続を可能にし、多数のサーバーからのデータトラフィックを処理するために、クラスタのトップ・オブ・ラック・スイッチ・ポートは、データ交換の最適な速度と効率を維持するために、少なくとも4×800Gをサポートする必要があります。

コスト効率の優位性

800G光チップは、優れたコスト効率と経済的利点を提供します。50G光チップを使用する200G/400Gとは対照的に、100G EMLチップを活用します。計算の結果、同じレートであれば、100G光チップのコストは50G光チップ2個のコストより30％低いことが明らかになりました。

そのため、800Gデータセンター・ソリューションにおいて、FSは、新設の800Gデータセンターと400Gから800Gへのアップグレードを含む、800Gによる2種類のソリューションを提供しています。これらのソリューションでは、800G光トランシーバーのアプリケーション上の利点をフルに活用し、コストを抑えた大規模な導入を可能にしています。

800G光トランシーバーの時代が到来する

より高速で効率的なデータ転送に対する需要の高まりを受けて、800G光トランシーバーの時代が到来しました。卓越した帯域幅能力、LPO技術の進歩、高いコスト効率を備えたこれらのトランシーバーは、HPC分野を変革し、データセンターを改革する可能性を秘めています。800G光トランシーバの導入は、HPCの可能性をフルに発揮することに近づきます。