แสงโคฮีเรนต์ในระบบเชื่อมต่อศูนย์ข้อมูล: จาก 100G ถึง 800G และเส้นทางสู่ 1.6T

ตลาด อุตสาหกรรม DCI มีการพัฒนาอย่างมากในช่วงสิบปีที่ผ่านมา เมื่อสิบปีก่อน อุตสาหกรรมนี้เน้นไปที่เทคโนโลยีสำหรับเครือข่ายโทรศัพท์ระยะไกลเป็นหลัก ปัจจุบัน DCI คือรากฐานของเศรษฐกิจที่ขับเคลื่อนด้วยคลาวด์และปัญญาประดิษฐ์ เทคโนโลยีแสงแบบโคฮีเรนต์ (coherent optical technology) คือหัวใจสำคัญของการเปลี่ยนแปลงนี้ ซึ่งขับเคลื่อนการเพิ่มขีดความสามารถให้สอดคล้องกับความต้องการของเศรษฐกิจดิจิทัลเรา หากคุณเป็นผู้ให้บริการเครือข่ายที่กำลังวางแผนอนาคต การเข้าใจประวัติศาสตร์ของเทคโนโลยีนี้อย่างลึกซึ้งจึงมีความสำคัญยิ่ง เพื่อช่วยกำหนดกลยุทธ์ DCI รุ่นถัดไปของคุณ

เหตุใดเทคโนโลยีแสงแบบโคฮีเรนต์จึงกลายเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับ DCI

รูปแบบดั้งเดิมของการสื่อสารด้วยแสงใช้เทคนิคการตรวจจับโดยตรง (direct detection) ซึ่งปรับเปลี่ยนเฉพาะแอมพลิจูดของแสงเท่านั้น เมื่อความเร็วในการส่งข้อมูลเพิ่มสูงขึ้น เทคนิคพื้นฐานนี้ก็ถึงขีดจำกัดหนึ่งที่ไม่สามารถก้าวผ่านไปได้ แต่ด้วยเทคโนโลยีแสงแบบโคฮีเรนต์ ข้อมูลจะถูกส่งผ่านการเปลี่ยนแปลงทั้งแอมพลิจูดและเฟส และยังสามารถส่งข้อมูลพร้อมกันผ่านทั้งสองโพลาไรเซชันได้อีกด้วย ส่งผลให้จำนวนบิตข้อมูลที่สามารถส่งผ่านสัญญาณแสงเพียงหนึ่งสัญญาณเพิ่มขึ้นอย่างมาก

นวัตกรรมทางเทคโนโลยีนี้อาศัยเทคโนโลยีที่เรียกว่าการประมวลผลสัญญาณแบบดิจิทัล (DSP) ที่ฝั่งตัวรับ อัลกอริทึมที่ใช้ DSP จะชดเชยความผิดปกติของสัญญาณแสง เช่น การกระจายโหมดโพลาไรเซชันและการกระจายสี ซึ่งมิฉะนั้นจะทำให้สัญญาณเสื่อมคุณภาพระหว่างเดินทางผ่านเครือข่าย ผลลัพธ์คือประสิทธิภาพการใช้แบนด์วิดท์สเปกตรัมเพิ่มขึ้นอย่างมาก และสามารถส่งข้อมูลความเร็วสูง ระยะไกล และความจุสูงได้ ซึ่งเทคโนโลยีการตรวจจับโดยตรงไม่สามารถทำได้เทียบเคียง แท้จริงแล้ว การส่งสัญญาณแบบโคฮีเรนต์ได้กลายเป็นมาตรฐานอันดับหนึ่งในปัจจุบันสำหรับความเร็วตั้งแต่ 100 Gbps ขึ้นไป และระยะทางตั้งแต่ 40 กิโลเมตรขึ้นไป

วิวัฒนาการจากเทคโนโลยีโคฮีเรนต์ 100G สู่ 800G

การก้าวข้ามจาก 100G ไปสู่ 800G เกิดขึ้นจากการพัฒนาอย่างต่อเนื่องทั้งในด้าน DSP และกระบวนการผลิตชิปเซมิคอนดักเตอร์ แหล่งกำเนิดแสงแบบโคฮีเรนต์รุ่นแรกมีขนาดใหญ่และใช้พลังงานสูงมาก ขณะที่แหล่งกำเนิดแสงแบบโคฮีเรนต์ 100G เป็นการเปลี่ยนผ่านครั้งสำคัญครั้งแรก เพราะแนวทางนี้ทำให้สามารถสร้างลิงก์ระยะไกลได้โดยไม่จำเป็นต้องใช้ตัวปรับสัญญาณซ้ำกลางทาง

สิ่งที่กลายเป็นจุดเปลี่ยนสำคัญในการก้าวสู่ความเร็ว 400G คือ ความพร้อมใช้งานของโมดูลแบบโคฮีเรนต์ที่เสียบเข้าได้ (pluggable coherent modules) ผลิตภัณฑ์อย่าง QSFP-DD ผสานรวมหน่วยประมวลผลสัญญาณดิจิทัลแบบโคฮีเรนต์ (coherent DSP) ที่มีประสิทธิภาพสูงมาก เข้ากับอุปกรณ์ออปติกส์และเทคนิคการมอดูเลตสมัยใหม่ ลงในรูปแบบที่สามารถเสียบเข้ากับพอร์ตเราเตอร์ได้โดยตรง สิ่งนี้ทำให้เกิดการผสานรวมระหว่างระบบ IP กับระบบออปติกส์อย่างกลมกลืน พร้อมสถาปัตยกรรมที่เรียบง่ายขึ้นและต้นทุนการดำเนินงานที่ลดลง ความก้าวหน้าในกระบวนการผลิตชิป CMOS ยังส่งผลให้ได้หน่วยประมวลผลสัญญาณดิจิทัลแบบโคฮีเรนต์ที่ทำงานเร็วขึ้นและใช้พลังงานน้อยลง ซึ่งกำลังขับเคลื่อนรุ่นปัจจุบันของโมดูลแบบเสียบเข้าได้ที่รองรับความเร็ว 800G

วิธีที่เทคโนโลยีโคฮีเรนต์ช่วยเพิ่มความจุและระยะทางการส่งสัญญาณ

ระบบโคฮีเรนต์มอบข้อได้เปรียบต่าง ๆ ผ่านเทคโนโลยีหลักหลายประการ   ประการแรก มีระบบปรับสัญญาณอัจฉริยะที่ใช้งานอยู่ ตัวอย่างเช่น การใช้เทคนิค DP-16QAM (Dual-Polarization 16-Quadrature Amplitude Modulation) ซึ่งสามารถบรรจุบิตหลายตัวไว้ในแต่ละสัญลักษณ์หนึ่งตัว ส่งผลให้ประสิทธิภาพการใช้ช่วงความถี่เพิ่มขึ้นอย่างมาก และทำให้อัตราการส่งข้อมูลต่อความยาวคลื่นสูงขึ้นด้วย ประการที่สอง การใช้การมัลติเพล็กซ์แบบโพลาไรเซชัน (polarization multiplexing) ทำให้สามารถส่งสัญญาณสองชุดแยกจากกันบนความยาวคลื่นเดียวกันได้ จึงเพิ่มความสามารถในการส่งข้อมูลเป็นสองเท่า

ประการที่สาม เครื่องประมวลผลสัญญาณดิจิทัล (DSP) ที่ติดตั้งภายในสามารถชดเชยสิ่งรบกวนต่าง ๆ ที่เกิดขึ้นในเส้นใยแก้วนำแสงแบบเรียลไทม์ ทำให้การส่งสัญญาณที่เชื่อถือได้เป็นไปได้แม้เกินระยะที่ระบบที่ใช้การตรวจจับโดยตรง (direct-detection) จะทำได้ โดยการรวมองค์ประกอบทั้งหมดเหล่านี้เข้าด้วยกัน ได้แก่ อัตราสัญญาณสูง (high baud rate) การปรับสัญญาณที่ซับซ้อน และเครื่องประมวลผล DSP ที่ทรงพลัง ทำให้ระบบที่ใช้เทคนิคโคฮีเรนต์ (coherent systems) สามารถเอาชนะข้อจำกัดที่เคยจำกัดระบบที่ใช้การตรวจจับโดยตรงไว้ที่ไม่เกิน 100 กิโลเมตร สำหรับความเร็วสูงกว่า 400G บนความยาวคลื่นเดียว

DCO, ZR และ ZR+: การเลือกเทคโนโลยีแสงที่เหมาะสม

สิ่งนี้หมายความว่าผู้ให้บริการเครือข่ายยังคงมีตัวเลือกอุปกรณ์ออปติกแบบเชื่อมต่อได้ (pluggable optics) ที่ใช้เทคโนโลยีโคฮีเรนต์ในรูปแบบต่าง ๆ มากมาย การเข้าใจความแตกต่างระหว่างแต่ละแบบจึงมีความสำคัญต่อการเลือกใช้ที่เหมาะสม

ดิจิทัล โคฮีเรนต์ ออปติกส์ (DCO): นี่คือคำทั่วไปที่ใช้เรียกตัวรับ-ส่งสัญญาณโคฮีเรนต์ซึ่งรวมหน่วยประมวลผลสัญญาณดิจิทัล (DSP engine) ไว้ภายในโมดูลเอง จึงไม่จำเป็นต้องพึ่งการประมวลผลภายนอก

OIF 400ZR: นี่คือข้อกำหนดพื้นฐานสำหรับอุปกรณ์ออปติกแบบเชื่อมต่อได้ (pluggable) ที่รองรับความเร็ว 400G โดยออกแบบมาเพื่อใช้งานเชื่อมโยงแบบจุดต่อจุด (point-to-point) ระยะทางเดียวในระบบเครือข่ายเมือง (metro DCI) ได้สูงสุดประมาณ 120 กิโลเมตร ซึ่งรับประกันความสามารถในการทำงานร่วมกันระหว่างผู้ผลิตหลายราย (multi-vendor interoperability) แต่ใช้อัตราการส่งข้อมูลและรูปแบบการปรับสัญญาณ (modulation format) ที่กำหนดตายตัว

ZR+ (ระยะทางไกลเพิ่มเติม): โดยทั่วไป หมายถึงโมดูลที่มีสมรรถนะเหนือกว่ามาตรฐาน 400ZR โดยมีกำลังส่งสูงขึ้น ระบบแก้ไขข้อผิดพลาดแบบล่วงหน้า (FEC) ที่เหนือกว่า และสามารถรองรับรูปแบบการปรับสัญญาณ (modulation schemes) หลากหลาย เพื่อใช้งานที่ระยะทางไกลขึ้น (600 กิโลเมตรขึ้นไป) หรือเพื่อความเข้ากันได้กับระบบ ROADM อย่างไรก็ตาม เนื่องจากคำว่า "ZR+" นี้อาจเป็นการขยายฟังก์ชันแบบเฉพาะเจาะจงของแต่ละผู้ผลิต (vendor-specific proprietary extension) จึงอาจมีความแตกต่างกันไปตามผู้ผลิตแต่ละราย

OpenZR+: มักถูกอธิบายว่าเป็น "สิ่งที่ดีที่สุดของทั้งสองโลก" ซึ่งเป็นเทคโนโลยีที่รองรับการทำงานร่วมกันได้ระหว่างผู้ผลิตหลายราย (multi-vendor interoperable) ที่ให้เลือกอัตราการปรับเปลี่ยนสัญญาณ (modulation rates) ผ่านซอฟต์แวร์ได้ ตั้งแต่ 100G ถึง 400G และให้ระยะทางการส่งสัญญาณเทียบเคียงกับโซลูชันทรานสโพนเดอร์แบบเฉพาะเจาะจง (dedicated transponder solutions) จึงเป็นตัวเลือกหลักสำหรับผู้ให้บริการอินเทอร์เน็ตระดับกลางและองค์กรขนาดเล็กถึงขนาดกลาง (SMB ISPs และ enterprises) ที่ให้ความสำคัญกับความยืดหยุ่นโดยไม่ผูกมัดกับผู้ผลิตใดผู้ผลิตหนึ่ง

ลดต้นทุนต่อบิตผ่านออปติกส์ความเร็วสูง

เหตุผลเชิงเศรษฐศาสตร์ในการนำออปติกส์โคฮีเรนต์ความเร็วสูงมาใช้งานนั้นชัดเจนมาก เมื่ออัตราการส่งข้อมูลบนเส้นทางเดียวเพิ่มขึ้น ต้นทุนต่อบิตที่ส่งจะลดลงอย่างมาก การย้ายจากระบบ 100G ไปเป็น 400G หรือ 800G จะทำให้ผู้ให้บริการสามารถส่งข้อมูลได้มากขึ้น 4–8 เท่า บนโครงสร้างพื้นฐานไฟเบอร์เดิม โดยไม่จำเป็นต้องเพิ่มจำนวนฮาร์ดแวร์ พื้นที่ และพลังงานที่ใช้ในสัดส่วนเดียวกัน

ยิ่งไปกว่านั้น โมดูลโคฮีเรนต์แบบปลั๊กอิน (pluggable coherent modules) ยังช่วยกำจัดความจำเป็นในการใช้ชั้นวางทรานสโพนเดอร์แยกต่างหาก ทำให้จำนวนอุปกรณ์ในเครือข่ายลดลง และทำให้การจัดการระบบง่ายขึ้น . โมดูลรุ่นล่าสุดใช้ชิป DSP ขั้นสูง เพื่อให้การใช้พลังงานต่อบิตลดลงได้สูงสุดถึง 30% เมื่อเทียบกับรุ่นก่อนหน้า . สำหรับผู้ให้บริการอินเทอร์เน็ตขนาดเล็กและขนาดกลางที่ใส่ใจด้านพลังงาน การลดลงนี้ส่งผลโดยตรงต่อค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานที่ต่ำลง และรอยเท้าคาร์บอนที่เล็กลง

เส้นทางอนาคตสู่การส่งสัญญาณแบบโคฮีเรนต์ที่ความเร็ว 1.6T

อุตสาหกรรมกำลังวางแนวทางสำหรับก้าวต่อไปแล้ว นั่นคือ 1.6T องค์กร OIF กำลังพัฒนาข้อตกลงการนำไปปฏิบัติจริงสำหรับ 1600ZR และ 1600ZR+ . ซึ่งจะใช้ประโยชน์จากความก้าวหน้าเพิ่มเติมของเทคโนโลยี CMOS เพื่อเพิ่มอัตราเบาด์ (baud rates) และนำรูปแบบการปรับสัญญาณ (modulation formats) ที่ซับซ้อนยิ่งขึ้นมาใช้งาน รวมถึงการปรับรูปแบบกลุ่มสัญญาณแบบความน่าจะเป็น (probabilistic constellation shaping: PCS) ที่สามารถทำงานร่วมกันได้ .

Sino-Telecom กำลังเตรียมความพร้อมสำหรับอนาคตข้อนี้อยู่แล้ว แพลตฟอร์ม DCI STN6800-D16-1U ของเราสนับสนุนความจุสูงสุดถึง 6.4T ต่อไซต์ในปัจจุบัน โดยมีอัตราความเร็วที่ด้านสายส่ง (line-side rates) สูงสุดถึง 400G ทั้งนี้ แพลตฟอร์ม STN6800-D16 ถูกออกแบบมาเพื่อการพัฒนาอย่างราบรื่นสู่ความเร็ว 800G และโซลูชัน DCI แบบ coherent ring ที่มีความจุสูงของเราให้เส้นทางการอัปเกรดที่ชัดเจนสู่คลื่นความถี่ 48 × 800G ซึ่งรับประกันว่าการลงทุนของคุณจะยังคงใช้งานได้ในอนาคต และสามารถปรับขยายตามความต้องการของธุรกิจเมื่อความต้องการแบนด์วิดท์เพิ่มสูงขึ้นอย่างต่อเนื่อง ด้วยการดำเนินงานอยู่ที่แนวหน้าของการนวัตกรรมด้านแสง เราออกแบบระบบของเราให้รองรับเทคโนโลยี coherent ล่าสุด ตั้งแต่ 400G ไปจนถึง 800G และสูงกว่านั้น เพื่อให้เครือข่ายของคุณก้าวทันยุคที่ขับเคลื่อนด้วย AI

สรุป

ตั้งแต่ยุคทรานส์โพนเดอร์ 100G ที่มีขนาดใหญ่และไม่คล่องตัว จนถึงยุคปัจจุบันที่มีโมดูลแบบปลั๊กอิน 400ZR/800ZR และการพัฒนาสู่ 1.6T เทคโนโลยีแสงแบบ coherent ได้เปลี่ยนแปลงเกมของการเชื่อมต่อศูนย์ข้อมูล (DCI) อย่างสิ้นเชิง เมื่อเปรียบเทียบกับโมดูล OTN หรือทรานส์โพนเดอร์รุ่นก่อนหน้า แสงแบบ coherent ให้ประสิทธิภาพด้านสเปกตรัมสูงสุดในกลุ่มเดียวกัน ร่วมกับการปรับปรุง DSP และการมอดูเลต ทำให้สามารถส่งสัญญาณได้ไกลขึ้นอย่างมาก ลดต้นทุนต่อบิตลงอย่างมหาศาล และทำให้การส่งข้อมูลความเร็วสูงสามารถใช้งานได้จริงในแอปพลิเคชัน DCI ระดับเมโทร ภูมิภาค และระยะไกล ปัจจุบัน จาก แพลตฟอร์ม OTN แบบโมดูลาร์ STN6800 D16 (1U 6.4T / 2U 12.8T) , ระบบพลากระบบโคฮีเรนต์แบบครบวงจร (400ZR, OpenZR+, 800ZR/800LR), ระบบสายส่งในย่าน C-band/L-band ที่รองรับอนาคต และระบบ NMS แบบเปิดที่มีคุณสมบัติ SNMP/NETCONF ทำให้ซิโน เทเลคอมมั่นสามารถรับประกันได้ว่าผู้ให้บริการเครือข่ายและผู้ให้บริการโทรคมนาคมจะสามารถเลือกระบบโคฮีเรนต์ที่เหมาะสมที่สุดได้ ไม่ว่าจะเป็นแบบอัตราคงที่สำหรับลิงก์จุดต่อจุดง่าย ๆ, ZR+ สำหรับระยะทางไกลขึ้นและเข้ากันได้ดีกับ ROADM, Open ZR+ สำหรับความเปิดกว้างระหว่างผู้ผลิตหลายราย หรือ Open ZR สำหรับทางเลือกที่เปิดกว้างที่สุด นอกจากนี้ เรายังรับประกันว่าสามารถอัปเกรดไปสู่ความเร็ว 1.6T ได้อย่างไร้รอยต่อ โดยไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนโครงสร้างพื้นฐานทั้งหมด (forklift) ด้วยสถานะในฐานะหนึ่งในผู้จัดจำหน่ายระบบ DCI รายใหญ่ที่สุดของโลก ที่ส่งมอบอุปกรณ์แล้วมากกว่า 100,000 หน่วยไปยังกว่า 30 ประเทศทั่วโลก พร้อมด้วยความน่าเชื่อถือที่พิสูจน์แล้วจากการใช้งานจริงในสนาม ห่วงโซ่อุปทานที่มั่นคง และทีมผู้เชี่ยวชาญด้านเทคนิคระดับลึก ข้อเสนอจากซิโน เทเลคอมมั่นจึงมอบทางเลือกที่หลากหลายที่สุด เพื่อตอบโจทย์ความต้องการที่แตกต่างกันของโครงการ DCI ทั้งจากผู้ให้บริการอินเทอร์เน็ตขนาดเล็ก-กลาง (SMB ISP) ไปจนถึงผู้ให้บริการคลาวด์ชั้นนำระดับ Tier-1 โปรดติดต่อทีมผู้เชี่ยวชาญฝ่ายขายของซิโน เทเลคอมมั่นเพื่อขอใบเสนอราคา เราสามารถจัดเตรียมเอกสารข้อมูลจำเพาะ (datasheets), กรณีศึกษา (case studies) และแนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดสำหรับการติดตั้ง (deployment best practices) ที่ปรับแต่งเฉพาะสำหรับโซลูชันเครือข่าย DCI รุ่นใหม่ของคุณ ซึ่งอาศัยนวัตกรรมด้านเทคโนโลยีโคฮีเรนต์ที่พัฒนามายาวนานกว่าทศวรรษ