Ограничения властей, введенные в большинстве стран мира из-за пандемии коронавируса, негативно отразились на работе ИТ-рынка. В частности, в сети поставщиков модулей оптических трансиверов было отмечено сокращение объёмов поставок, вызванное приостановкой производства, сбоями и задержками.

По данным источников в цепочке поставок оптических компонентов на Тайване, рост поставок начнётся в третьем квартале 2020 года, а в четвертом квартале ожидается их полное восстановление. 

Как полагают источники, следует ждать значительного роста поставок этой продукции в 2020 году и в последующий период, поскольку пандемия подстегнула спрос на более высокую пропускную способность сетей со стороны как предприятий, так и потребителей. Кроме того, спрос на высокоскоростную передачу данных в растущей инфраструктуре 5G и дальнейшее развертывание центров обработки данных будут залогом долгосрочного роста этого сектора индустрии, сообщили источники.

По оценкам Тайваньской ассоциации развития промышленности и технологий в области фотоники (PIDA), в ближайшие пять лет мировой рынок оптических приёмопередающих модулей будет увеличиваться в среднем на 10 % в год. В 2025 году объём рынка вырастет до $9,2 млрд с $5,7 млрд в 2020 году.

PIDA отметила, что в этом периоде наибольший рост будет наблюдаться в сегменте многомодовых оптических трансиверов с поддержкой скорости передачи данных от 41 до 100 Гбит/с. Между тем, по словам тайваньского производителя оптических модулей PCL Technologies, спрос на высокоскоростную передачу данных из сегмента центра обработки данных будет стимулировать бум для трансиверов 100G, 200G и 400G.

PCL отметил, что в настоящее время крупные ЦОД в основном расположены в США и Европе. Вместе с тем в последние три года крупнейшие китайские провайдеры сетевых услуг Baidu, Alibaba и Tencent строят ЦОД по всему Азиатско-Тихоокеанском региону, способствуя росту местного рынка оптических трансиверов.

Как ожидает PCL, поставки выпускаемых им одноканальных модулей оптических трансиверов 100G и модулей оптических трансиверов 32G значительно вырастут во втором квартале, что обусловлено растущей ёмкостью ЦОД и спросом на корпоративные облачные хранилища в Северной Америке.

Добавим, что согласно прогнозу ресурса MarketsandMarkets, в течение данного периода рост рынка будет в основном стимулироваться спросом на оптические трансиверы в форм-факторе QSFP, QSFP +, QSFP14 и QSFP28. Аналитики ресурса считают, что развёртывание новых ЦОД гиперскейлерами будет стимулировать рост производства оптических трансиверов с высокой скоростью передачи данных, таких как 100G, 200G и 400G.

Согласно новому исследованию Grand View Research, Inc., объём глобального рынка тёмного оптоволокна к 2027 году достигнет $11,22 млрд. Ожидается, что этот рынок в течение прогнозируемого периода будет расти на 12 % ежегодно. 

Тёмным называют ещё незадействованное, резервное волоконо в имеющихся кабелях оптических линий связи. На рынке тёмного волокна работают различные организации, которые сосредоточены на коммуникациях и управлении сетями.

Постоянно растущее проникновение интернет-услуг стало источником высокого спроса на широкополосный Интернет. Ожидается, что этот спрос сохранится в течение прогнозируемого периода. Это наиболее значимый фактор, стимулирующий рост рынка, который активно поддерживается компаниями, зависящими в большой степени от интернет-соединения.

Такие сети востребованы организациями, чья работа связана с передачей больших объёмов данных. Их использование обеспечивает снижение задержек в сети, масштабируемость, надёжность и повышенную безопасность. Но тёмное волокно используются не только в бизнесе. Например, с помощью кабелей, которые проложены под землей и на дне океанов можно производить мониторинг сейсмоактивности и вечной мерзлоты.

К числу недостатков такого волокна относится высокая первоначальная стоимость и потери времени при настройке инфраструктуры, а также высокие затраты на ремонт и обслуживание. Большие объёмы тёмного волокна в настоящее время доступны только в крупных городах.

В ближайшем будущем ожидается дальнейшее развёртывание телекоммуникаций благодаря внедрению 5G-технологий. Это позитивно скажется на медицинском, военном и аэрокосмическом секторах. Сети из тёмного оптоволокна обычно используются в многоточечных или двухточечных конфигурациях. Внедрение плотного мультиплексирования с разделением по длине волны (Dense Wavelength Division Multiplexing, DWDM) — важный фактор для улучшения и развития подобных сетей. Существенными преимуществами DWDM является высокая пропускная способность, которая нужна 5G.

В 2019 году основой рынка являлись системы большой протяжённости с долей 69,7 %. Сегмент продолжает набирать обороты благодаря своей способности осуществлять соединения на большие расстояния при низкой интенсивности сигнала, что важно и для наземных сетей, и для подводных кабелей, прокладываемых в океане на большие расстояния.

Исходя из показателя выручки телекоммуникационный сегмент доминировал на рынке с долей 43,3 % в 2019 году и, как ожидается, сохранит свое доминирование по размеру рынка к 2027 году, в том числе, благодаря растущему внедрению технологии 5G в сервисы связи и передачи данных. Кроме того, растущие облачные приложения, аудио-видео сервисы и сервисы видео по запросу (VoD) стимулируют спрос.

В 2019 году Северная Америка лидировала на рынке исходя из дохода с долей около 30 %. В свою очередь, Азиатско-Тихоокеанский регион был лидером по скорости роста доходов благодаря технологическим достижениям и крупномасштабному внедрению технологий в сфере информационных технологий, телекоммуникаций и административного сектора.

Высокий уровень проникновения технологий в производственный сектор и расширение сферы информационных технологий и телекоммуникаций в Азиатско-Тихоокеанском регионе позволил региону укрепить свои позиции на рынке. Кроме того, всё более широкое применение оптоволоконных сетей в медицинском секторе будет способствовать росту индустрии в таких странах, как Китай, Япония и Индия, тем самым стимулируя спрос на услуги.

Сотрудники южнокорейского института ETRI объявили об успешном создании первого в мире оптического «движка» с пропускной способностью 400 Гбит/с. Он способен обеспечивать бесперебойную передачу видео в высоком качестве одновременно 100 тысячам зрителей. Новинка будет востребована в крупных ЦОД.

Источник: Electronics and Telecommunications Research Institute (ETRI)

Нынешние решения с пропускной способностью 100 Гбит/с работают с четырьмя каналам со скоростью 25 Гбит/с. Новинка ETRI тоже передаёт данные по четырём каналам, но скорость передачи данных составляет 100 Гбит/с, что в итоге и даёт нужные 400 Гбит/с. 

Разработанная южнокорейскими исследователями технология быстрее, но и компакетнее. Типовые линейные карты телекоммуникационного оборудования обычно состоят из 32 оптических трансиверов. Решение ETRI позволяет удвоить их число. 

Возможности нового «движка» были продемонстрированы на конференции OFC 2020, посвящённой телекоммуникационным технологиям. В этом году на ней отметилась ещё и NICT, поставившая рекорд скорости в 100 Тбит/с на длинные расстояния. А одним из самых интересных событий на конференции OFC прошедшего 2019 года была демонстрация компании Cisco Acacia. Она представила систему, способную увеличить скорость передачи данных по оптоволокну на одной длине волны до 1,2 Тбит/с. 

Современная индустрия компьютерных сетей хоть и не имеет отношения к спорту, но с ним её всё же роднит одно — рекорды. Ещё недавно предельной скоростью для одного потока данных было 400 Гбит/с, но это достижение удалось превзойти более чем в три раза.

На прошедшей в прошлом месяце конференции Optical Fiber Communications 2020 было объявлено о достижении двух новых рекордов в области передачи данных, и эти цифры впечатляют.

Команда Японского Национального института информационных и коммуникационных технологий (NICT) регулярно обновляет рекорды скорости передачи данных. Они уже показали экспериментальную сеть 1 Пбит/с, а позже им удалось достичь показателя 10,66 Пбит/с. Правда, в последнем случае речь идёт о линии длиной всего 13 км и особом кабеле. 

Ну а в этот раз они достигли скорость 172 Тбит/с при использовании одного мультиядерного оптоволоконного кабеля. Это выше совокупного показателя всех волокон в наиболее производительном подводном кабеле, используемом сегодня. Предыдущий рекорд составляет 159 Тбит/с; казалось бы, новый показатель ненамного выше, но стоит учесть и возросшую вдвое дистанцию тестовой передачи — 2040 против 1045 километров. 

Сети нуждаются в пропускной способности, особенно сейчас, в обстановке эпидемии, вынуждающей многих заменять личное присутствие удалённым. Но оптоволоконные технологии вплотную подошли к пределу Шеннона. Стандартное 125-мкм оптоволокно, используемое в подводных и просто протяжённых линиях связи, содержит пять ядер, поскольку при расстоянии менее 40 микрон между ними неприемлемо возрастает уровень перекрёстных помех, а увеличение диаметра волокна делает его негибким и усложняет конструкцию кабеля.

Ответом на этот вызов может стать новая технология, в которой взаимное влияние оптических ядер в волокне создаётся намеренно (т.н. close-coupled fiber) и начинается оно уже с первых метров передачи. Это похоже на многомодовую технологию, но требует более простой MIMO-обработки. Перспективы у технологии многообещающие: трёхъядерный кабель с диаметром волокна 125 микрон длиной 80 километров успешно передавал 24,5-гигабодовый сигнал с модуляцией 16-QAM по 359 каналам.

Для симуляции линии дальней связи длиной 2040 км сигнал несколько раз запускался по кругу с помощью оптического усилителя.  Совокупная скорость передачи данных при этом составила 172 Тбит/с. Да, существуют и более скоростные кабели, но они используют волокна большего диаметра с большим количеством оптических «ядер»; пока такие разработки не вышли из стен лабораторий. Рекорд для коммерчески доступной системы принадлежит Pacific Light Cable Network, но для достижения скорости 144 Тбит/с он требует использования шести пар волокон.

Другой рекорд поставлен лабораторией Nokia Bell Labs. Ранее в прошлом году на аналогичной конференции были продемонстрированы примеры сетевых соединений для коммерческих ЦОД со скоростью 400 Гбит/с и объявлено о стремлении к отметке 800 Гбит/с, а в этом году компания отчиталась об успешных лабораторных испытаниях линка со скоростью 1,52 Тбит/с, причём, с использованием стандартного одномодового волокна. В достижении такой скорости помог новый кремниево-германиевый (SiGe) трансивер.

Прототип был изготовлен компанией Micram Microelectronic на основе высокоскоростных биполярных транзисторов и 55-нм техпроцесса CMOS. С помощью новых эрбиевых оптических усилителей на симулированной дистанции 240 километров удалось достичь скорости 1,46 Тбит/с; поставлена цель достичь полновесных 1,6 Тбит/с. Достижение таких показателей должно как повысить эффективность использования существующей инфраструктуры, так и снизить стоимость новой — и оба пункта очень важны, ведь значимость компьютерных сетей сейчас как никогда высока.

Существующая волоконно-оптическая инфраструктура в России требует серьёзной модернизации и проведения масштабных работ по замене магистральных кабелей, которые используются уже более 20 лет и требуют обновления. Об этом свидетельствует исследование, проведённое компанией J’son & Partners Consulting.

По оценке аналитиков J’son & Partners Consulting, в 2020-2030 гг. всего в стране предстоит заменить более 400 тысяч километров волоконно-оптического кабеля.

В исследовании J’son & Partners Consulting подчёркивается, что в настоящее время в России эксплуатируются приёмо-передающие системы с максимальной скоростью передачи данных до 4-8 Тбит/с, однако этого может быть недостаточно в будущем, особенно в свете развития сетей 5-го поколения и роста объёмов передаваемой информации.

Новые системы потребуют реализации расширенного оптического спектра в оптических волокнах, что очевидно невозможно в устаревших оптических кабелях со сроками эксплуатации 20-25 лет и более. «Таким образом, можно говорить не только о физическом износе (снижении оптических характеристик), но и о моральном устаревании кабелей, что наиболее критично для магистральной инфраструктуры связи», — отмечают эксперты J’son & Partners Consulting, акцентирующие внимание на том, что модернизация кабельной инфраструктуры затронет не только операторов сетей связи общего назначения, но и операторов ведомственных сетей железных дорог, энергетики, нефтегазовой отрасли.

С полной версией отчёта компании J’son & Partners Consulting можно ознакомиться на сайте json.tv.

Осенью прошлого года японский институт NICT продемонстрировал первый в мире рабочий прототип сети с пропускной способностью 1 Пбит/с. По оценкам учёных, занятых в проекте, такая сеть позволит снабжать 10 миллионов пользователей трансляцией видео в формате 8K.

Но, как выяснилось на днях, это не предел для оптоволоконных сред передачи данных. Этот же институт доказал возможность передачи данных со скоростью более 10 Пбит/с. Такая цифра наверняка обрадует крупных магистральных провайдеров.

NICT активно ведёт разработку новых высокопроизводительных оптоволоконных сред и на его счету ряд интересных достижений: ещё в 2015 году в стенах NICT были разработаны «многоядерные» одно-и многомодовые кабели. Одномодовая версия с 22 проводящими «ядрами» показала производительность 2,15 Пбит/с.

А 14 февраля NICT совместно с компаниями Sumitomo Electric и Optoquest объявили о достижении нового мирового рекорда — скорости передачи данных на уровне 10,66 Пбит/с.

Для этого был использован новый трёхмодовый кабель с 38 «ядрами», сигнал модулировался с использованием методов 64QAM и 256QAM. За разработку нового типа кабеля ответственна компания Sumitomo Electric, 38-канальный мультиплексор для него был разработан Optoquest. Задача весьма непростая, поскольку взаимное влияние передаваемых одновременно сигналов в таких средах требует серьезной цифровой обработки. Для того, чтобы снизить вычислительную нагрузку на DSP, разработчики ввели межмодовую временную задержку, составляющую от 0,6 до 3 наносекунд.

Схема новой экспериментальной установки NICT

Хотя это и экспериментальная система, она имеет достаточно серьёзные масштабы — длина линии передачи данных составила 13 километров. Достигнутая скорость на два порядка превышает показатели широко распространённых сегодня коммерческих решений.

NICT собирается представить своё достижение на конференции Optical Fiber Communication Conference, которая откроется 8 марта в США в городе Сан-Диего. Также институт собирается продолжить работу в данном направлении и приложит все силы к практической реализации новых технологий высокоскоростной передачи данных.

Увеличение пропускной способности компьютерных сетей, подключение новых клиентов — все это приводит к разрастанию кабельного хозяйства в ЦОД. Вопрос плотности упаковки оптических кабелей встаёт довольно остро.

Компания Connectivity Solutions Direct объявила о том, что в новой системе n+1 ей удалось добиться наивысшей в индустрии плотности размещения волоконно-оптических кабелей в модулях и кассетах: до 96 дуплексных портов на 1 стоечный юнит.

Модуль CSD n+1 с установленными кассетами

Новая система CSD может использовать как восьми-, так и двенадцатипортовые кассеты. Это 192 подключения для LC или 2304 волокна в кабелях типа MPO (Multi-fiber Push On). Стойка предусматривает возможность одновременной установки кассет с разным числом портов, что обеспечивает дополнительную гибкость.

Новинка была запатентована под номером 10,514,518. Производитель заявляет, что плотность размещения портов у n+1 на 33% выше показателей конкурентов, которые якобы остановились на 72 портах на 1U. Однако, как оказалось, Connectivity Solutions Direct слегка слукавила. 

Кассеты для R&M Netscale. Порты расположены более плотно

Компания R&M ещё в 2016 году объявила о выпуске кабельной системы Netscale с плотностями до 120 портов на 1 юнит для наиболее крупных модулей. Один модуль Netscale содержит до пяти кассет (до 18 портов), что формально даёт лишь 90 портов на 1U. Однако за счёт меньшей высоты (3/4U) компания смогла выпустить 3U-модуль формата c четырьмя рядами кассет, что даёт 360 портов, а это как раз и составляет 120 портов в пересчёте на 1U.

Волна роста объёма передаваемых данных неизбежно должна была затронуть и соединяющие континенты подводные коммуникации — на их плечах лежит основная нагрузка. Так что разработчики ищут способы увеличения пропускной способности подводных кабелей.

Компания NEC, один из ведущих поставщиков таких решений, объявила о том, что ею разработан новый вариант подводного кабеля с 20 парами оптических волокон. Утверждается, что это рекордное на сегодня число пар для этого типа кабелей.

Для сравнения, кабели Equiano и Dunant, которые должны будут соединить восточный берег США с Францией, а Южную Африку с Португалией, и прокладку которых ведет Google, используют, по имеющимся данным, всего 12 пар волокон. Кабель типа Dunant способен передавать данные на скорости 250 Тбит/с, но на момент анонса этого дизайна NEC заявила, что уже располагает конструкцией, позволяющей объединять до 16 пар волокон.

Как уже было сказано, новейший дизайн NEC, анонсированный на этой неделе, имеет на 25% больше оптических пар и это не предел — японский гигант ведёт работы по созданию ещё более ёмких кабелей с 24 парами волокон.

По словам представителей компании, увеличение количества волокон не потребует от NEC существенной переработки существующих кабельных конструкций — необходима будет лишь незначительная переделка повторителей и самих кабелей. Об этом свидетельствует и тот факт, что NEC продолжает использовать в новой конструкции старые «помпы» (усилители оптического сигнала) с технологией «quadruple pump sharing», разработанной ещё десятилетие назад.

Подводные повторители NEC

Телекоммуникационные гиганты, владеющие инфраструктурой подводных кабелей, такие, как NEC, TE Subcom и Alcatel-Lucent в последнее время испытывают нарастающее давление со стороны таких крупных ИТ-компаний, как Google, Facebook и Microsoft.

Пока существующие кабельные подводные системы ещё располагают запасом ёмкости, однако упомянутые выше игроки на ИТ-рынке активно инвестируют в создание собственных подводных сетей, соединяющих крупные ЦОД. Это должно обеспечить им контроль над каналами передачи данных и обеспечить повышенную надёжность коммуникаций, вот почему в эту сферу вкладываются сотни миллионов долларов.

Сети на основе оптических кабелей с многомодовым волокном достаточно популярны. Недорогие кабели типа типов 50/125 или 62,5/125 широко применяются для организации локальных сетей. Они обеспечивают пропускную способность на уровне 1 Гбит/с при длине до 220-550 метров в зависимости от категории кабеля.

Сегодня такой скорости уже мало. Но исследователям удалось найти решение, позволяющее избежать дорогостоящей и требующей существенных временных затрат замены кабелей в уже построенных сетях на одномодовые.

Многомодовые (ММ) кабели распространены и не так дороги, однако их возможности ограничены: большая толщина проводящей оптической среды (50 или 62,5 мкм против 9 мкм у одномодовых волокон) приводит к возникновению так называемой модальной дисперсии. Световые импульсы проходят по разным траекториям с рассогласованием по времени. В итоге трансиверам приходится тратить время на согласование, а это замедляет работу сети.

Поведение импульсов в одномодовом (внизу) и многомодовом волокне

ММ-кабели категорий OM2 и выше поддерживают скорости в районе 10 Гбит/с и сами по себе, но предельная дистанция при этом невелика: менее 100 метров для OM2, и даже варианты OM4 или OM5 дают лишь несколько сотен метров, чего может оказаться недостаточно для локальной сети предприятия, крупного офисного здания или университетского кампуса. Для скоростей 40 Гбит/с и выше максимальная длина падает до 100 ‒ 150 метров.

Варианты применения технологии Calibas AROONA

Французская компания Cailabs разработала технологию, позволяющую сохранить старую оптоволоконную кабельную инфраструктуру. Созданные ею оптические трансиверы позволяют добиться скорости порядка 10 Гбит/с на расстояниях до 10 километров — а это уже близко к возможностям высокоскоростных одномодовых кабелей с тонким сердечником. К сожалению, технических подробностей Cailabs пока не разглашает, но комплекс модернизации сетей AROONA уже существует, и соответствующая услуга может быть заказана.

Возможные топологии при использовании коммутатора AROONA-STAR

Несколько недель назад компания завершила модернизацию оптической сети общей протяженностью 4 километра на одном из крупных химических предприятий в Германии. Теперь эта сеть работает с гарантированной скоростью 10 Гбит/с. Исследователи не останавливаются на достигнутом результате и планируют покорить барьер 100 Гбит/с. Соответствующие тесты уже ведутся.

Достижение Calibas трудно недооценить. Процесс замены ММ-кабелей на одномодовые при большой протяженности может быть весьма дорогостоящим, и, что важнее, выводящим сеть из строя на длительный период времени. К примеру, Технологический институт Джорджии посчитал стоимость такой замены неприемлемой. Технологии Calibas позволили институту обойтись без замены кабельного хозяйства, повысив при этом производительность сети на два порядка.

Британский оператор Openreach, входящий в телекоммуникационный холдинг BT, собирается к 2025 году отключить коммутируемую телефонную сеть общего пользования (Public Switched Telephone Network, PSTN) и перевести абонентов на IP-телефонию. Это решение может иметь большие последствия для страны.

В Великобритании работает множество компаний, которые пользуются обычными телефонными линиями. Для них даже день без связи может обернуться большими убытками и сильным ударом по репутации, поэтому они могут переключиться на новый канал связи только ночью. Кроме того, есть немало представителей незащищённых слоёв населения, которые могут обратиться за помощью только по PSTN.

Руководитель направления услуг проводной связи Openreach Джеймс Лилли (James Lilley) говорит, что компания сама до конца не знает, где используются все PSTN-сервисы. Также неясно, будет ли развёрнутое оборудование совместимо с новой VoIP-службой.

По словам Лилли, с тех пор, как Openreach впервые объявила о планах отказаться от PSTN в прошлом году, около миллиона человек перестали пользоваться этой услугой, но, когда это сделают остальные, на рынке произойдёт мощный сдвиг. Он сравнил масштаб проекта с переходом от аналогового к цифровому телевидению в 2007 году. Однако тогда миграция происходила при государственной финансовой поддержке, в то время как сейчас переход ложится на плечи операторов.

Openreach не работает с пользователями телеком-услуг напрямую, а сотрудничает более чем с 600 операторами связи, которые должны будут донести до абонентов необходимость использования VoIP. В рамках реализации этого проекта будет отключено около 15 млн традиционных медных телефонных линий, которые будут заменены на оптоволоконные интернет-каналы.