データセンター内における高速短距離通信は、サーバー、ストレージ、スイッチなどを接続する光インターコネクト(相互接続)技術が主流です。これは、電気配線(銅線)の限界を超えて、大容量化と低消費電力化を実現するための最重要技術領域です。
🚀 高速化を支える主要技術トレンド
データセンター内の通信速度は現在、400Gから800Gイーサネットへと移行しており、以下の技術がその短距離通信を支えています。
1. 伝送技術の高度化(PAM4変調)
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技術: 従来の「光のオン/オフ」で1ビットを送るNRZ (Non-Return-to-Zero) 方式から、光の強度を4段階に分けて1回の変調で2ビットを伝送するPAM4 (Four-Level Pulse Amplitude Modulation) 方式が広く採用されています。
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効果: 信号速度(ボーレート)を変えずに、データ伝送容量を2倍にできるため、400G/800Gといった超高速化の実現に不可欠です。
2. 光源とファイバーの最適化
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VCSEL (Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser):
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特徴: 安価で製造が容易、低消費電力、高速変調が可能という利点から、短距離(一般的に100m以下)通信のマルチモードファイバー (MMF) と組み合わせて利用されます。
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波長: 主に850nm帯が使われてきましたが、より高速化や伝送容量の向上のため、940nmなど他の波長帯のVCSEL開発も進んでいます(前回の質問の940nmはこれに該当します)。
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マルチモードファイバー (MMF):
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特徴: コアが太く、光源との結合が容易なため、安価なVCSELと組み合わせて使われます。伝送距離は短いですが、データセンター内のラック間接続などに最適です。
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3. パッケージング技術の進化
データレートが上がるにつれて、電気信号の損失が深刻化するため、電気信号の伝送距離を短くする技術が重要になっています。
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CPO (Co-Packaged Optics):
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概要: 従来のプラグアブル光トランシーバー(挿抜可能な光モジュール)から、光トランシーバーの機能をスイッチングチップのすぐ隣、あるいは同じパッケージ内に実装する技術です。
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効果: 電気信号の配線長を極端に短くすることで、信号の損失を大幅に減らし、消費電力の削減と高速化を両立させます。
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LPO (Linear-drive Pluggable Optics):
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概要: DSP (Digital Signal Processor) チップを使わずに、アナログ駆動で信号を伝送する技術。
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効果: DSPの消費電力を削減できるため、低消費電力での短距離通信に適しています。
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📉 銅線から光通信へのシフトの背景
データセンター内の短距離通信で光ファイバーが使われる主な理由は以下の通りです。
| 項目 | 光通信(光ファイバー) | 電気通信(銅線) |
| 伝送損失 | 非常に小さい | 高速化するほど大きい |
| 最大速度 | 高い(テラビット級へ) | 限界に近づいている |
| 到達距離 | 長い(データセンター内の短距離〜数百m) | 短い(数メートルが限界) |
| 電磁ノイズ | 影響を受けない | 影響を受けやすい |
| 消費電力 | 長距離では有利、短距離でもCPO/LPOで削減中 | 信号を補償するための電力が増加 |
光通信は、高速・大容量化の要求が続くデータセンターにおいて、電気通信のボトルネックを解消する不可欠な技術となっています。
光ニューラルネットワークが光回路を使ってどのように高速情報処理を行うかについて、さらに詳細を知ることができます。(PyTorchによる畳み込み演算)
ありがとうございます。
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