ネットワーク サービスの急成長に基づいて、データ センターの帯域幅に対する需要はますます高くなっています。 元々は複数のリンクを束ねることで需要を満たすことができましたが、現在ではクラウド コンピューティング、オンライン ゲーム、オンライン HD ビデオはすべて大量のネットワーク帯域幅を必要とし、リンクを追加するだけでは満たすことができません。 たとえば、従来のデータセンターのアップリンク上の基本的な 10G 相互接続ポートは 8 つにバンドルされており、これは 80G 帯域幅を意味します。 リンクを追加するコストが高すぎる場合、多くのネットワーク デバイスはより多くのポート バンドルをサポートできません。そのため、より高い転送レートのポート デバイスのみを要求できます。40G/100G は、そのような巨大な需要を考慮して作成されました。 現在、40G/100G は通常のデータセンターに導入できるように拡張されており、大規模データセンターには必須のオプションとなっており、データセンターの相互接続口にいくつかの 40G または 100G 相互接続ポートが展開され、データセンターの外部アクセス帯域幅が 100G 以上に増加しています。 、または最大1Tまで。 幸いなことに、100G 光モジュールの技術的困難は人々にとって克服されましたが、この部分の技術にはまだ多くの問題があり、まだ継続的に開発が行われているため、この分野の技術の進歩についてお話しましょう。
高速光モジュールとは、一般に40G/100G以上の伝送距離を実現する光モジュールを指しますが、特に伝送距離の面で技術的に実現が難しく、100G光モジュールでは10KMを超える伝送距離を達成することは困難です。 これにより、データセンター アプリケーションにおける 100G 光モジュールの普及が鈍化しました。 しかし、この発展傾向は不可逆的であり、コンピューターや携帯電話の動作速度がますます速くなっているのと同じように、テクノロジーが向上する限り速度は上がり続けます。 高速光モジュール技術も日々進化しています。 現在最も成熟しているのは、PLC 技術、InP ベースの集積技術、シリコン フォトニクス ベースの集積技術です。
PLC（平面光波回路）はプラットフォーム光導波路技術と呼ばれ、光導波路が平面上に配置されることを指し、その製造プロセスは従来の半導体製造プロセスと互換性があり、従来の光アセンブリプロセスよりも安価で、パッケージング技術が優れています。 PLC には 128 つの基本構造があります。XNUMX つは長方形の光導波路で、光コア層は柱状です。 XNUMX つはリッジ状の光導波路で、光コア層はリッジ上の長方形です。 PLC テクノロジーは、機能要件に応じた統合光プロセスの中核であり、さまざまな平坦な光導波路で作られます。一部の光導波路では、特定の位置に電極を堆積し、次に光導波路を配置し、光ファイバまたはファイバ アレイと結合する必要があります。高度に統合された準備技術、タップ数は最大 XNUMX です。フォトリソグラフィー、成長、およびドライ エッチング プロセスを使用して、石英基板上に光パワー分配用の埋め込み光導波路を形成することは、光スプリッターの製造に最適な技術です。 PLC は、ニオブ酸リチウムチタンメッキ光導波路、シリコンベースの蒸着二酸化ケイ素光導波路、InGaAs/InP 光導波路、ポリマー光導波路などのさまざまな媒体を使用して実現できます。これらは異なります。コストと伝送効率にはいくつかの違いがあります。これらの異なる素材と、それぞれの長所と短所があるため、ここでは詳しく説明しません。 つまり、PLC テクノロジーは完全に新しいテクノロジーではありませんが、高度な製造プロセスの助けを借りて、個々の光モジュールの伝送帯域幅を向上させるという目的を達成するために、依然としてオリジナルの光テクノロジーの多くを借用しています。
光モジュールの速度が 10G から 40G または 100G に増加する場合、PLC テクノロジーを使用することでまだ満足できますが、400G、さらには 1T に増加する必要がある場合、このテクノロジーはやや圧倒されます。 現在の技術プロセスには、そのような帯域幅密度を達成する手段がまだありません。光モジュールを大型化することでこれを達成する場合、それは明らかに良い解決策ではありません。また、製造プロセスの複雑さによって PLC が大幅に増加し、これにより、 PLCタイプの光モジュールの価格は依然として高く、下げることができないため、シリコンフォトニクス技術が登場しました。 これはシリコンフォトニクスに基づく低コストで高速な光通信技術であり、電子信号の代わりにレーザー光線を使用してデータを送信します。 この低コスト技術は、データセンターの拡張コストを大幅に削減するだけでなく、速度の点でムーアの法則の寿命を破り（ムーアの法則に従えば、イーサネットの伝送速度が 1T に達することは不可能です）、これを破ることが可能になります。これは、1 年以来多くの注目を集めている新しいデータセンター技術です。ただし、シリコンフォトニクスと光ファイバーの結合には依然として技術的な課題があり、2016 ミクロンのコアを調整する際にも課題があります。ウェーハレベルの検査向けに、わずか 10 ～ 0.35 ミクロンのサイズの導波路を備えたファイバ。 幸いなことに、これらの技術的困難を克服し、0.5G高速光モジュールの短い伝送距離の問題を克服したいくつかのシリコンフォトニック光モジュールを正式販売用に生産したメーカーがまだいくつかあります。 これらの光モジュールはまだ 100G 以上の速度を提供できませんが、技術の継続的な改善により、将来的には確実に可能になると考えられています。 イーサネット標準化団体が現在 200G 伝送規格の開発を開始しているという事実は、これが理論的には可能であることを示していますが、そうでなければそのような伝送規格を開発することは不可能です。
フォトニック統合は、将来の高速光モジュールに選択される可能性のある技術でもあります。 誘電体導波路を中心とした光導波路型集積回路は、基板上に多数の光素子を集積して全体を形成し、それらを半導体光導波路で接続して光素子を集積したものである。高速転送光モジュール。 フォトニック統合は、光ファイバー通信の最も最先端かつ有望な分野であり、将来のネットワークの帯域幅要件を満たす最良の方法の 400 つです。 もちろん、フォトニック集積光モジュールの製造は簡単な作業ではありません。 フォトニックデバイスは三次元構造を持ち、製造するには異なる材料の複数の薄膜誘電体層上での堆積とエッチングを繰り返す必要があり、この種の複雑な技術は XNUMXG でのみ見られると予想されます。
データセンターの高速光モジュール技術は依然として進化しており、ブレークスルーがあれば、データセンターにとってネットワーク帯域幅を増やすのに非常に有益です。 高速光モジュールのテクノロジーにより、データセンターがより高いネットワーク帯域幅に移行することが大幅に妨げられてきました。 過去のネットワーク帯域幅拡張プロセスから、より高速な光モジュールが設計および実装され、市販されると、すぐに実際のネットワークと、それをサポートするすべてのネットワーク機器、光ファイバー、ネットワーク チップなどに置き換えの波が起こるでしょう。すぐにサポートが提供されるため、光モジュール技術の開発レベルがデータセンター全体の帯域幅レベルを決定し、ネットワーク帯域幅を向上させることがデータセンターの最も重要な部分となります。
