データ通信のさらなる高速化
AI/MLの急速な成長が、革新的なCoherent によって実現される高速データ通信への需要を牽引している理由をご覧ください。
2024年1月22日 著者： Coherent
Coherent 数十年にわたり、データ通信ソリューションの分野をリードCoherent 。当社から見れば、AIは決して新しいものではありません。なぜなら、光接続ソリューションは、主流のネットワークで採用されているものと同じだからです。ただ、大規模な機械学習ネットワークを導入するハイパースケールデータセンターの台頭や、AIを活用したコンシューマー向けアプリの増加傾向がクラウドのさらなる拡大を牽引するとの見通しから、最近になって注目を集めているに過ぎません。
実のところ、当社はAI／ML用途のトランシーバー（およびその部品）を、クラウドでの導入が始まった当初から販売してきました。AI／ML向けの光通信規格がイーサネット規格と密接に関連した派生規格であることを考えれば、当社の関連する経験はそれよりもはるかに遡り、実際には35年以上に及ぶと言えます。
しかし、新たな課題となっているのは、クラウドの成長を支えるために、データセンター内通信において、より高速な通信、大容量化、および低遅延が求められるようになった点です。これらすべてのマシン間クエリは、迅速かつシームレスに相互接続される必要があります。具体的には、AI／MLの急速な普及に伴い、ハイパースケールデータセンターのインフラストラクチャにおいて、AI／ML専用サーバーが急速に拡大しています。これらのサーバーは、光トランシーバーを介してネットワークの他の部分と接続されています。
当社の垂直統合により、より迅速なソリューションを提供します。
800Gは現在のプラグイン式トランシーバーの最先端技術ですが、まもなく1.6Tのプラグイン式トランシーバーが登場する予定です。データセンターにおいては、常にコストの最小化が最優先事項です。2023年にOFCおよびECOCで開催されたトランシーバー性能デモでは、こうした速度とコストの目標達成に向けて、当社の垂直統合体制をいかに活用しているかをご覧いただけます。
第1世代の800Gは、8x100Gの光レーンを備えたトランシーバーに依存しています。多くの来場者が集まった当社の製品デモでは、200Gの光レーンを紹介しました。具体的には、これらのレーザーをOSFPフォームファクタの800Gトランシーバーに統合しました。8x100G PAM4電気インターフェースは、それぞれ200G PAM4で動作する4つのCWDM波長に変換されました。 この第2世代のフォーマットは、従来の8x100G光レーン方式よりも電力効率とコスト効率に優れており、これらはいずれもこの種の相互接続において重要な要件です。さらに、200G PAM4が将来的な1.6Tトランシーバーを最大10kmの到達距離でサポートできることを実証する形式でも 、これらのデバイスを展示しました。
200Gへの速度向上には、過度な消費電力の回避、低ノイズの維持、クロストークの排除など、大きな技術的課題がありました。しかし、当社の垂直統合体制のおかげで、比較的短期間で200Gを実現することができました。当社は、レーザー、光学部品、熱管理ソリューションなど、すべてのアクティブおよびパッシブ技術を自社内で設計・製造しています。また、第1世代の800G製品と同様に、これらの新しいトランシーバーの開発においても、特定のフォーマット要件に対応できるよう柔軟に構成できる「テクノロジー・アグノスティック」なアプローチを採用しており、これにより時間とコストの削減を実現しています。
より高速なデータ転送速度を実現するソリューション
100 Gbps以上のデータ転送速度を要する高速データ通信アプリケーションでは、主に2種類のレーザーが使用されています：
- 短距離用垂直共振器面発光レーザー（VCSEL）
- 長距離伝送向けに、変調器と一体化した分散帰還型レーザー（DFB）をフォトニック集積回路（PIC）に組み込んだもの。
吸収 （EML）を内蔵したレーザーは、現在のトランシーバーで広く使用されています。一方、マッハ・ツェンダー変調器（MZ）を内蔵したレーザー（DFB-MZ）は、直線性やチャープ制御が求められる場面――例えば、2 kmを超えるリンク長やリニア・プラグアブル・オプティクス（LPO）の用途など――において優位性を発揮します。
Coherent 、現行世代の400G（4x100G）および800G（8x100G）トランシーバーに使用される100G EMLCoherent 。 今後登場が予想される800G（4x200G）および1.6T（8x200G）アプリケーション向けに、当社は200G EMLおよびDFB-MZ技術の両方を提供しています。これらにより、性能とコストの両面において、各アプリケーションに最適なモジュール設計が可能となります。
どちらのPICファミリーも、複雑なPIC（IQ変調器や波長可変レーザー）の製造における当社の長年の歴史から得た豊富な知識と経験を反映しています。 さらに、200G/レーンという環境では、特に多数の送受信チャネルが高密度に配置されたトランシーバーにおいて、シグナルインテグリティが極めて重要となります。当社のデータ通信用チップファミリーはすべて、優れたシグナルインテグリティとクロストークの低減を実現するオンチップRF終端回路を搭載しています。これにより、モジュール設計が簡素化され、コスト削減が可能となるほか、優れた信号性能も得られます。
常に先を見据えて ― LPOのビジネスチャンス
前述の通り、AI/MLサーバーは外部と接続するために光リンクに依存しています。これらの光リンクには、高速かつモジュール式であることに加え、低コストかつ低消費電力であることが求められます。従来のトランシーバー形式に代わる比較的新しい選択肢が注目を集めています。LPOは、トランシーバーからDSPを取り除くことで、低コスト、低消費電力、低遅延を実現します。 DSPはスイッチASICとパッケージ化されており、この構成ではASIC、DSP、および光エンジンがすべてスイッチ内にパッケージ化される従来のコパッケージ型光モジュールとは異なり、フェイスプレートへの単純な電気配線のみで接続されます。
LPOがAI/ML分野でどの程度採用されるかは、まだ明らかになっていない。LPOはまだ発展途上にあるが、トランシーバーから削除されたDSP機能を代替できる高度なDSP機能を備えたスイッチが登場し始めている。
トランシーバー分野における主要なイノベーターとして、当社の研究開発チームは、LPOプラグイン製品に対する将来の市場需要に応えるための解決策を模索しています。また、垂直統合型ベンダーとして、当社は既存の幅広い技術と製品群を駆使し、LPOバリューチェーンのあらゆる段階をサポートする体制を整えています。これには、当社の垂直共振器面発光レーザー（VCSEL）が含まれます。当社は近年、文字通り数千億個ものこの発光素子を出荷してきました。 その他の主要製品としては、 半導体レーザ 回路やトランスインピーダンス増幅器（TIA）が挙げられます。また、あらゆる光通信の基盤となるだけでなく、LIDAR、AR/VR、車内センシングを可能にするレーザーダイオードや半導体レーザ もその一例です。
Coherent：過去、現在、そして未来のAIを支える
データ通信分野は、その黎明期から、常により高い速度を追求し続けてきました。しかし、近年AIや機械学習（ML）への需要が急増したことで、より高速なデータ通信技術の開発が急務となっています。AIの普及が進む中、当社の垂直統合体制と幅広い技術的専門知識という独自の強みは、データ通信のバリューチェーンのあらゆる段階において、今後も不可欠な基盤となるソリューションであり続けるでしょう。
Coherent 、ジュリー・シェリダン・エン博士が語る、AIにおけるCoherent役割
