AI時代のデータ通信の革新

トランシーバーの世界において、唯一変わらないのは変化そのものである。人工知能の進歩により、私たちは今、根本的な変革の初期段階に立っている。

私は先日、Coherent 。ご存知の方も多いと思いますが、Finisar（Coherent ）はプラグイン型トランシーバー分野のパイオニアであり、その名こそがトランシーバーの代名詞となっているほどです。

通信ネットワークから企業のデータセンター、さらにはWeb 2.0の超大規模サーバーに至るまで、主要な市場要因の進化と画期的な変化により、この20年間で業界は劇的な変貌を遂げた。

今日、私たちは人工知能（AI）と機械学習（ML）の急速な発展という、市場における新たな大きな変革の真っ只中にいます。これらの技術は、光トランシーバーの歴史に新たな一章を刻むことになるでしょう。そして、Coherent すでにCoherent 。

これは重要な話です。なぜなら、トランシーバーは現代社会において、目に見えない重要な要素の一つだからです。自覚しているかどうかに関わらず、私たちのほとんどは毎日、光ファイバーネットワークとトランシーバーを利用しています。

簡単な例として、検索エンジンの利用が挙げられます。検索クエリを入力してから結果が表示されるまでの間に、一体何が起きているか考えたことはありますか？ 検索クエリはデータセンターに到達し、光ファイバーネットワークを経由して返されますが、その距離は平均で数百マイルにも及びます。データセンター内では、1つの検索クエリに対して数百台のコンピュータが動員され、これらのコンピュータは光ファイバーで相互接続されています。光トランシーバーは、電気信号と光信号を相互に変換するという重要な役割を果たしています。したがって、今日検索を行う際には光ファイバーネットワークが利用され、その信号Coherent 介して伝送されている可能性が高いのです。

なぜAIのイノベーションにはネットワークのイノベーションが必要なのか

市場の観点から考えてみましょう。

私たちの多くは、OpenAIのChatGPTやGoogle Bard、Microsoft Bingに関する記事を読んだことがあるか、あるいは実際に利用したことがあるでしょう。実際、OpenAIのChatGPTは史上最も急速に成長したアプリケーションと呼ばれており、わずか2ヶ月でユーザー数が1億人に達しました。

しかし、これとトランシーバーとは一体何の関係があるのでしょうか？

AIは既存のデータセットを用いて学習させる必要がありますが、そのデータセットには数十億ものパラメータが含まれている場合があります。これには強力な計算能力が必要であり、その計算能力は数万台のプロセッサに分散されています。こうした新たな要件を満たすため、データセンターは根本的な再構築を行い、AIや機械学習専用のサーバーやネットワーク機器を追加する必要があります。

ネットワークのフロントエンド（レベル1）は、依然としてトポロジ（ToR）スイッチに接続されたバックボーンスイッチという従来のアーキテクチャを採用しています。ネットワークの新たなアクセラレーテッド・コンピューティング層（レベル0またはバックエンド）は、AI/MLサーバーおよびアクセラレーテッド・コンピューティング・デバイスで構成され、従来のコンピューティングおよびストレージと共に従来のネットワークに接続されています。このネットワークの各レベルでは、トランシーバーを含む光インターコネクトが採用されています。

AI/MLサーバーとその接続構成、および従来のコンピューティング・ストレージサーバーとの接続により、データセンター内の光リンクの数が増加しています。

トランシーバーの速度は、ネットワークのパフォーマンスにとって極めて重要です。人工知能（AI）や機械学習（ML）の課題を解決するためのネットワーク変革により、当社や他社はこれまで以上に速いペースで、より高速なトランシーバーを市場に投入しています。わずか20年前、光トランシーバーの最高データ転送速度は10Gでした。今日では、Coherent 、200Gおよびそれ以上のデータ転送速度を持つトランシーバーCoherent 。AI/MLアプリケーションの需要拡大に後押しされ、800Gトランシーバーはすでに量産段階に入っており、最初の1.6Tトランシーバーも今後数年のうちに市場に登場すると予想されています。今後5年間で、800Gおよび1.6Tデータ通信トランシーバーの市場機会は、他のすべての種類のデータ通信トランシーバーの合計を上回ると予測されており、これは主にAIとMLによって牽引されるものです。

Coherent AIおよびMLの要件を満たす包括的なトランシーバー製品ラインナップCoherent 。これらのトランシーバーはプロトコルに依存しないため、同一のハードウェアでイーサネットや無制限帯域幅に加え、NVIDIAのNVLinkなどのAI・ML向け独自プロトコルにも対応可能です。Coherent 、業界で広く認知されています。

垂直統合 → 迅速なイノベーション → より高速なトランシーバー

トランシーバーの速度を向上させてこのニーズに応えるには、極めて迅速なイノベーションが求められます。では、どうすればよいのでしょうか？

長年にわたり、当社は数多くの戦略的投資を行い、比類のない垂直統合を実現してきました。当社はトランシーバーを社内で設計・製造するだけでなく、レーザー、検出器、受動光学部品など、多くのコンポーネントも自社で設計・製造しています。新しいコンポーネントを必要とする新しいトランシーバーを設計する際には、主要な開発パートナーからそのコンポーネントを調達するか、社内で設計・製造するかを選択します。何を自社開発し、何をサプライヤーと共同開発するかは、ビジネスケース、市場投入時期、および戦略的配慮に基づいて決定しています。

Coherent 。上の写真：Coherent 。

最先端のデータ通信技術で世界をつなぐ

CTOとして、私は15年間にわたり、当社のデータ通信トランシーバー開発部門を率いてきました。ここで、垂直統合（特に一連の最先端レーザー技術）を活用し、市場での需要が高まる800Gおよび1.6Tトランシーバーをどのように開発したのか、順を追ってご説明させていただきます。

800Gおよび1.6Tトランシーバーには、チャネルあたり100Gおよび200Gの速度に対応するレーザーが必要です。使用するレーザーの種類は、データ転送速度と光ファイバーリンクの長さによって決まります。一般的に、ネットワークのAI/MLインフラストラクチャ部分（レイヤー0）における相互接続は50メートル未満ですが、ToRスイッチをバックボーンスイッチ（レイヤー1）に接続する相互接続は最大500メートル、スイッチとルーター間の接続やルーター同士の接続（通信アクセス）は2～10キロメートルの距離になります。これらの距離や用途のそれぞれについて、異なるレーザー技術によって十分に要件を満たすことができます。

カリフォルニア州フリーモントにあるCoherent 。

100 m未満のリンク距離（レベル0およびレベル1の相互接続を含む）については、垂直共振器表面発光レーザー（VCSEL）を採用しています。これらのレーザーは、当社のガリウムヒ素(GaAs) 技術プラットフォームに基づいています。VCSELソリューションは、通常、コストと消費電力が極めて低く、100 m以下の接続において最適なレーザーです。AI/MLアプリケーションにおいて、VCSELベースのトランシーバーに対する需要が非常に高いことが見て取れます。

Coherent 複数の6インチGaAs VCSEL工場Coherent 。当社は世界最大級のVCSELメーカーの一つであり、データ通信および民生用アプリケーション向けに大量のVCSELを供給しています。当社の1チャネルあたり100GのVCSELは、400Gおよび800Gトランシーバーに対応するため、すでに量産を開始しています。現在、当社は1チャネルあたり200GのVCSELの開発を進めており、これにはVCSELデバイスの設計および製造における大幅な変更が必要となります。

6インチのガリウムヒ素ウェハーを基板として製造された高速VCSEL。

VCSELのサポート距離を超える距離でのレベル1スイッチングおよび通信アクセスには、シングルモード機器の使用が必要です。これらの機器は、リン化インジウム（InP）材料で作られています。Coherent 複数のInPウェハー工場Coherent 。当社のInP技術プラットフォームは、業界でも数少ない大規模な実稼働実績を持つプラットフォームの一つです。過去20年間にわたり、2億台以上のデータ通信用レーザーを現場に導入してきました。当社のレーザーは、世界中のほぼすべてのネットワークOEMおよびWeb 2.0企業に採用・導入されており、その豊富な経験を活かして、シングルモード800Gおよび1.6Tトランシーバーに対応するレーザーの開発を進めています。

100メートルを超えるクラス1のリンク距離については、シリコンフォトニクスベースのトランシーバーを使用できます。すべてのシリコンフォトニクス製品は、InP連続波 （CW）レーザーを必要とします。当社は現在、これらのレーザーの市場投入を進めており、2022年9月の欧州光通信会議（ECOC）で展示したシリコンフォトニクスベースの800G-DR8トランシーバーなど、自社設計のトランシーバーへの採用を計画しています。

100メートルを超えるクラス1リンクや通信アクセス（2～10キロメートル）には、電気吸収変調レーザー（EML）を使用できます。当社は、400Gおよび800Gトランシーバーに対応するため、1チャネルあたり100GのEMLを製造しており、例えば、EMLをベースとした800G DR8トランシーバーなどがあり、当社は2022年のECOCでこのトランシーバーを展示しました。また、同ECOCでは、単一チャネルレート200GのEMLを発表し、これにより光通信年間イノベーション賞を受賞しました。

200Gの単一チャネル速度を実現するトランシーバーの開発は期待されていますが、EMLを使用した場合でも、10kmの伝送距離を実現することは大きな課題となっています。この用途において、私たちは「DFB-MZ」と呼ばれる最新の画期的なレーザー技術に大きな期待を寄せています。これは、マッハ・ツェンダー干渉計を備えた分布帰還型レーザー（DFB）を構築できることを意味します。これは、InPマッハ・ツェンダー変調器と単一チップ上に集積されたInP連続波レーザーです。このレーザー技術により、1.6Tトランシーバーの伝送距離を10kmに延伸することが可能となります。これは間違いなく、最先端の単一チャネル200Gレーザー技術です。

Coherent OFC 2023において、200G PAM4用単一チップ集積型分散フィードバックレーザー・マッハツェンダー変調器技術を展示しました。

私たちの約束：AI時代におけるイノベーションの推進

間違いなく、私たちは人工知能の時代へと突入しつつあります。実際、私たちはすでにその時代の中にいます。Coherent 絶え間ないイノベーションを追求し、画期的な技術を通じて、お客様が未来を切り拓くお手伝いをすることをお約束します。

20年以上にわたり、データ通信トランシーバーのリーダー企業の一つとして、私たちは今後も革新を続け、技術の先駆者であり続け、データセンターがお客様のニーズに応えられるよう、包括的なソリューションを提供していきたいと考えています。パートナー企業と協力し、人工知能（AI）や機械学習の力を最大限に引き出すハードウェアソリューションを提供できることを嬉しく思います。信じられないかもしれませんが、この分野で20年もの間働いてきましたが、私は今も変わらず、この変化の激しい、かつ影響力の大きな光通信の世界で働き続けており、以前と変わらぬ情熱を持って取り組んでいます。

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