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.


    Фото — Timwether — CC BY-SA

    Под катом — о принципах ее работы.

    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 для подобной нагрузки. Точку зрения аналитического агентства поддерживают телекоммуникационные компании и облачные провайдеры.

    Чтобы исправить ситуацию, все больше организаций работают над системами, повышающими пропускную способность «оптики». Одно из аппаратных решений разработали в Ciena — оно получило название WaveLogic 5. 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.

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

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

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

    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%.

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

    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.

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

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

    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. Для этого инженерам осталось преодолеть трудности, связанные с зашумлением каналов. 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:

    • +19
    • 11,5k
    • 9
    ITGLOBAL.COM
    135,63
    Компания
    Поделиться публикацией

    Комментарии 9

      0
      Для каждой из точек созвездия PCS-алгоритм высчитывает вероятность искажения данных и значение требуемой на отправку сигнала энергии. После он выбирает ту амплитуду, для которой соотношение сигнал/шум и энергозатраты будут минимальными.
      Я что-то не понял, и это он успевает делать с данными, летящими со скоростью 800 Гигабит/сек?
        0
        Представим процессор гораздо проще аналога GPU с 100 ядрами на частоте 1 Ггц. Все что ему требуется это рассчитать силу импульса скажем для 8 бит за такт для ядра, кодировать/декодировать с учетом ошибок и отправить. Все эти операции могут быть выполнены в виде конвейера, пока один пучок данных кодируется другой отправляется. Кодирование тоже может быть конвейерным и на выходе каждый такт новый блок данных. Благодаря высокой частотной плотности отправляются 800 бит за такт. В общем все сходиться. В реале скорее всего отношение чисел другое, частота или спектральная плотность (параллельных ядер) больше, ну это всего лишь предположение, но вполне реализуемое.

        новый процессор способен обеспечить скорость передачи данных до 800 Гбит/с на одной длине волны.
        Да, тут нужна частота генератора сигнала 800 Ггц. Вот тут действительно вопрос, реально ли?
          0

          Ну вот я тоже сомневаюсь в этом числе.

            0
            новый процессор способен обеспечить скорость передачи данных до 800 Гбит/с на одной длине волны.

            Да, тут нужна частота генератора сигнала 800 Ггц.

            Это было бы так, если бы за импульс передавался 1 бит, on-off keying.
            Но в игре участвует Coherent Transmission — система, позволяющая с помощью амплитудной модуляции, фазовой модуляции, поляризации за один импульс света передавать много бит. Модуляции вместе называются quadrature amplitude modulation (QAM). Поляризацию, насколько я понял, считают там же. 64 QAM — за один такт дают 64 «состояния» — это 6 бит за такт. Есть и более высокие уровни.
            Есть генераторы сигнала на 64 ГГц. Вот с их помощью и делают такие фокусы.

            Прошу прощения за упрощения и неточности в изложении.
              0
              Амплитудная модуляция это изменение интенсивности света за 1 интервал времени благодаря которому передается только 1 бит. Фазовая модуляция уже интереснее но тоже, благодаря своим изменениям позволяет передать не более 1 бита. Если представить что интенсивность света будет градуироваться не только 0 и 1 а больше, то это обычно приводит к повышению ошибок. С фазовой модуляцией думаю больше возможностей, но вот поляризация света звучит интригующе.
              6 бит за такт на 64 ГГц тоже маловато будет. Квадратурная модуляция я так понял может больше бит передать, база от 4 состояний, но и ошибок от качества оптики будет больше. То есть QAM конечно применяется в радио сигналах, но вот со светом такую магию проделать сложновато будет.

              Сейчас используются стандарты для света 8QAM и 16QAM соответственно 8 и 16 состояний, с 2015 года — это 4 бита максимум, и частота там должна быть при этом 200 Ггц. Хотя бы 100 для 64QAM.

              Я бы так особо не сомневался если бы это были разные длинны волн — вообще не вопрос передать параллельные сигналы на разных частотах (цветах) света.

              Но тут вишь че пишут, что там не квадратная модуляция (2D), а вообще 3D.
              Такой скорости достигают с помощью 3D-формирования сигнального созвездия
          –4
          Это конечно всё хорошо и даже круто, но до нас это дойдёт так же быстро как и до луны пешком…
            +1
            что за стереотип? у нас как-раз с телекоммуникациями все хорошо. скоростной и главное дешевый мобильный интернет и количество пользователей 80% — одна из первых стран в мире по этому показателю. кому из иностранцев не говорю, что за 5 баксов в месяц можно купить безлимитный lte, делают глаза по 5 копеек.
            и взять интернет в стране-родителе его самого. даже в силиконовой долине часто интернет просто днищенский. я уж молчу про тарифы.
              –1
              Я конечно понимаю что у нас дешевый и быстрый интернет, но как говорилось выше, пока нет такого оборудования для очень быстрой обработки сигнала на таких высоких скоростях
            +1
            В статье очень много неточностей, лучше бы вы оставили ссылку на оригинал, если это перевод.
            Касательно прорывов: Ciena производит два типа чипов — большие Extream для использования в платах оборудования для высокоскоростных применений и Nano для использования преимущественно в оптических модулях. Разница в отличиях по символьной скорости и поддерживаемых типах модуляции. По конкурентам — все примерно одинаково, модуляции используются такие-же (QAM). У Infinera — две несущих по 800G у Acacia — две несущих по 600G.
            Ну и собственно как работает «процессор» в статье ни слова.

            Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

            Самое читаемое