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ペースの速い今日の世界では、高速データ伝送の需要はかつてないレベルに達しています。AIアプリケーションやChatGPTのような大規模モデルの出現により、コンピューティングパワーはAI業界にとって重要なインフラストラクチャになりました。スーパーコンピューティングにおける高速通信の必要性が高まりに伴い、高速光モジュールはAIサーバーにとって不可欠なコンポーネントとなっています。この記事では、800G光トランシーバーのエキサイティングな進歩と、AI時代におけるその計り知れない可能性について掘り下げます。

800G光トランシーバーの進化

帯域幅需要の増加

帯域幅需要の増大は、高速光モジュールに大きな影響をを与えています。新興技術の普及と大規模データ伝送の必要性により、従来の100G、200G、400G光モジュールでは、もはや市場の需要を十分に満たすことができなくなっていました。増え続ける帯域幅要件に対応するため、800G光モジュールが顕著なトレンドとして浮上しています。

LPOテクノロジーの可能性を解き放つ

800G光トランシーバーの時代において、リニア・ドライブ・プラガブル・オプティクス（LPO）技術は有望なソリューションとして際立っています。LPOはデータリンクにリニアアナログ部品を利用するため、複雑なCDRやDSP設計が不要になります。DSPソリューションと比較して、LPOは消費電力とレイテンシを大幅に削減できるため、AIコンピューティングセンターにおける短距離、高帯域幅、低消費電力、低レイテンシのデータ接続要件に最適です。クラウドサービスプロバイダーがコンピューティングリソースを拡大する中、800G LPOを含むLPOソリューションは大きな市場シェアを獲得する態勢を整えています。

800Gイーサネットの電気および光インターフェース・アーキテクチャ

研究によると、電気インターフェースと光インターフェースのシングル・チャンネル速度を一致させることで、光モジュールのアーキテクチャが最適化され、その結果、消費電力が減少し、コストが削減されます。例えば、8×100Gbit/s光トランシーバは、シングルチャネルの100Gbit/s電気インターフェイスから恩恵を受け、4×200Gbit/s光トランシーバは、シングルチャネルの200Gbit/s電気インターフェイスとうまく組み合わせられます。800G光トランシーバのパッケージは、2倍密度の4チャネル小型フォームファクタ・プラガブル（800G QSFP-DD）や8チャネル小型フォームファクタ・プラガブル（800G OSFP）など、さまざまな形態をとることができます。

800Gbit/s光トランシーバーには3つの主要な光インターフェイス・アーキテクチャがあります:

8×100 Gbit/s PAM4光トランシーバー

このトランシーバーは53Gbdで動作し、8組のデジタル・アナログ・コンバーター（DAC）とアナログ・デジタル・コンバーター（ADC）、8個のレーザー、光トランシーバー、8チャンネルの粗波長分割多重（CWDM）またはLAN-WDMマルチプレクサーとデマルチプレクサーのペアを利用します。

4×200 Gbit/s PAM4光トランシーバー

106Gbdで動作するこのトランシーバーは、4組のDACとADC、4組の光トランシーバー（4つのレーザーを含む）、1組の4チャンネルCWDMまたは LAN-WDMマルチプレクサーとデマルチプレクサーを採用しています。

800 Gbit/sコヒーレント光トランシーバー

16QAM変調を備えた128Gbdで動作するこのトランシーバーは、4組のDACとADC、1組のレーザー、1組の光トランシーバーを利用します。さらに、データセンターのコヒーレント光モジュールは、コストと消費電力を削減するために固定波長レーザーを統合することができます。

800G光トランシーバの開発動向

800G光トランシーバーの進化はまだ初期段階にあり、今後5年間は進歩し続けるでしょう。主なトレンドは以下の通りです:

シングルモードの移行:

マルチモード・ファイバには帯域幅の制限があり、100 Gbit/s PAM4 VCSEL+マルチモード・ファイバの伝送距離は50メートルに制限されます。これを克服するために、業界はSiPh（シリコンフォトニクス）技術の恩恵を受けるシングルモード光インターフェイス・ソリューションに移行しています。

単一波長200Gbit/sの到来:

112GbdのEML（Electroabsorption Modulated Laser）技術は急速に進歩していますが、利用可能な55GHz帯域幅リソースはわずかに制限されています。将来的には、SiPh変調器とシリコンベースの薄膜ニオブ酸リチウムが、200Gbit/sの単一波長ソリューションを可能にすることが期待されます。

コヒーレントなマイグレーション

コヒーレント技術のソリューションは、既存の80kmの範囲に加えて、より短い距離（40km、20km、10km）をカバーするように進歩しています。非コヒーレント・ソリューションもまた、より長い距離へのリーチを広げています。コヒーレント・ソリューションは、レーザー、変調器、受信機がそれぞれ1つで済むため、PAM4とコスト競争力があります。800Gbit/sの複雑さにもかかわらず、これらのデバイスはシステム・コストを効果的に削減し、PAM4の競争力を確保しています。コヒーレント伝送とPAM4伝送の間で進行中の競争は、結果を判断するために継続的な観察を必要とします。

800G光トランシーバーの導入におけるAlの影響

AIサーバーにとって400Gより800Gの方が重要なのはなぜか？

まず、Alサーバーは高いデータ転送速度と低レイテンシーを必要とするため、基礎となる帯域幅に見合ったトップ・オブ・ラック・スイッチが必要です。これらのスイッチには、レイテンシの冗長性も必要な場合があり、高速光モジュールが求められます。例えば、NVIDIA DGX H100サーバーは8個のH100 GPUモジュールを搭載しており、各GPUには2個の200Gの光モジュールが必要です。したがって、各サーバーには最低16個の200Gモジュールが必要で、対応するトップ・オブ・ラック・スイッチ・ポートには最低4個の800Gが必要です。

第二に、800G光チップは、より高いコスト効率と経済的メリットを提供します。200G/400Gが50G光チップを使用するのに対し、800Gは100G EMLチップを使用します。計算の結果、同じレートであれば、100G光チップのコストは、50G光チップ2個のコストより30％低いことが明らかになりました。

しかし、400G光トランシーバーが依然として業界で重要な位置を占めていることに注目することは重要です。800G光トランシーバーの速度には及ばないかもしれないが、旧来の技術に比べて帯域幅が大幅に向上するため、多くの組織にとって費用対効果の高いソリューションとなっています。さらに、特定のアプリケーションによっては800Gイーサネットの全機能を必要としない場合もあり、400Gイーサネットの方がより実用的な選択肢となります。

400G/800Gトランシーバー

FS社は、金融、医療、教育、政府、電気通信など様々な業界の顧客に、高速光ネットワーク製品と完全なHPCネットワークソリューションを提供しています。最新の光接続ソリューションを提供するため、FSは公式ウェブサイトでの400Gおよび800G光トランシーバ製品を紹介しています。

データレート	PN	製品仕様
400Gトランシーバー	OSFP-SR4-400G-FL	NVIDIA InfiniBand互換 400G SR4 PAM4 OSFP光モジュール(850nm 50m DOM デュアルMPO-12/APC NDR MMF、フラットトップ)
400Gトランシーバー	OSFP-DR4-400G-FL	NVIDIA InfiniBand互換 400G DR4 PAM4 OSFP光モジュール(1310nm 500m DOM MPO-12/APC NDR SMF フラットトップ)
800Gトランシーバー	OSFP-SR8-800G	NVIDIA InfiniBand MMA4Z00-NS互換 800G SR8 PAM4 OSFP光モジュール(2x SR4 850nm 50m DOM デュアルMPO-12/APC NDR MMF フィン付きトップ)
	OSFP-DR8-800G	NVIDIA InfiniBand MMS4X00-NM互換 800G DR8 PAM4 OSFP光モジュール(2x DR4 1310nm 500m DOM デュアルMPO-12/APC NDR SMF フィン付きトップ)
	OSFP-2FR4-800G	NVIDIA InfiniBand MMS4X50-NM互換 800G 2FR4 PAM4 OSFP光モジュール(1310nm 2km DOM デュアルLCデュプレックス NDR SMF フィン付きトップ)

より高速で効率的なデータ伝送への需要が急増し続ける中、800G光トランシーバーの時代が到来しました。その卓越した帯域幅能力とLPO技術の進歩により、これらのトランシーバーはAI業界に革命をもたらし、データセンターを変革することになるでしょう。800G光トランシーバーの導入は、AIの潜在能力を最大限に引き出すことができます。