Por Serge Melle, líder de marketing de redes ópticas de Nokia
Con la digitalización cada vez más acelerada de nuestras economías y sociedades, los centros de datos se han convertido en la infraestructura clave que brinda los servicios y aplicaciones de los que todos dependemos.
Estos centros de datos, a su vez, deben interconectarse entre sí, así como con intercambios de Internet y puntos de peering para proporcionar una conectividad global confiable y sin interrupciones.
Lo que permite esto son las soluciones de interconexión óptica de centros de datos (DCI) que utilizan óptica coherente para aprovechar el enorme potencial de transporte de datos de la fibra óptica y ayudar a conectar centros de datos dispares a través de distancias metropolitanas, regionales e intercontinentales.
Los dos desafíos más comunes que enfrentan los operadores de centros de datos son maximizar la capacidad de sus conexiones ópticas DCI y, al mismo tiempo, gestionar el consumo de energía.
Un ejemplo del creciente ancho de banda de interconexión necesario proviene de un informe de C&C Technology Group, que documentó que de 2010 a 2018, el tráfico IP global aumentó 10 veces, mientras que la capacidad de almacenamiento del centro de datos creció 25 veces.
Las capacidades de interconexión de los centros de datos continúan aumentando significativamente, impulsadas por la creciente virtualización de los centros de datos, el cambio de aplicaciones y servicios empresariales locales a servicios empresariales entregados en la nube, y el crecimiento de las cargas de trabajo de IA y ML que aumentan drásticamente los requisitos de computación y conectividad.
Además, gestionar el consumo de energía también es un requisito clave para los operadores de CC. Solo en el mercado estadounidense, se espera que el consumo de energía CC alcance los 35 gigavatios (GW) para 2030, frente a los 17 GW en 2022, según un análisis de McKinsey .
Para seguir el ritmo de este crecimiento, los operadores necesitan implementar soluciones que puedan escalar significativamente la capacidad DCI y, al mismo tiempo, reducir la potencia por bit (vatios) necesaria para ofrecer una capacidad determinada transmitida a través de fibra y el consumo general de energía de la red.
Maximizar la capacidad
Maximizar la capacidad significa aumentar la eficiencia espectral (SE) de la óptica coherente, definida como la cantidad de datos que se pueden transmitir en una cantidad determinada de espectro de fibra óptica. Cuantos más bits se transmitan en una determinada cantidad de espectro, o cuanto menos espectro se utilice para un determinado número de bits, mayor será el SE.
Recientemente, dos nuevos avances en óptica coherente están ayudando a los operadores a resolver estos desafíos y escalar sus interconexiones de CC, cada una con un enfoque diferente; ya sea minimizando el consumo de energía o maximizando la capacidad de fibra (resumido en la Figura 1).
Por un lado, están las ópticas coherentes enchufables, como la 400ZR, implementadas en módulos transceptores QSFP-DD que pueden equiparse directamente en puertos de enrutador 400 Gigabit Ethernet (GE).
Por lo general, consumen entre 15 y 20 vatios de potencia y permiten DCI óptico a velocidades de 400 Gigabits por segundo (Gbps) por longitud de onda en distancias metropolitanas de hasta 80 a 100 km. Estos se complementan con ópticas 400ZR+, que permiten un mayor alcance de hasta varios cientos de kilómetros, aunque a expensas de un consumo de energía ligeramente mayor, de hasta 25 W.
Óptica supercoherente
Otra solución para aplicaciones ópticas DCI es la óptica coherente de alto rendimiento u óptica supercoherente. Estos operan a velocidades de hasta 1,2 Terabits por segundo (Tbps) por longitud de onda o más, maximizan el SE de los enlaces DCI ópticos, extienden la conectividad DCI óptica a través de distancias intercontinentales y de larga distancia y reducen la potencia por bit en un 40 por ciento en comparación con generaciones anteriores de óptica coherente de alto rendimiento.
La óptica coherente de rendimiento optimizado logra esto mediante la implementación de algoritmos sofisticados que incluyen conformación probabilística de constelaciones (PCS) y corrección de errores directos de alta ganancia (FEC), que permite transmitir más bits en una cantidad determinada de espectro, a distancias significativamente mayores de hasta varios miles de kilómetros, para permitir la DCI óptica en tramos submarinos y de larga distancia.
La ventaja de la óptica de rendimiento optimizado se puede ver en sus capacidades de alcance. Por ejemplo, pueden transmitir hasta 1,2 Tbps de datos a lo largo de 100 km utilizando sólo 150 GigaHercios (GHz) de espectro de fibra, mientras que las ópticas 400ZR transmiten 400 Gbps a lo largo de la misma distancia utilizando hasta 100 GHz de espectro.
Por lo tanto, la óptica de alto rendimiento puede duplicar la eficiencia espectral y la capacidad de los enlaces de fibra en comparación con la óptica 400ZR/ZR+ (consulte la Figura 2). Por el contrario, las ópticas de rendimiento optimizado pueden transmitir 400 Gbps de datos a lo largo de 4000 km o más, u 800 Gbps hasta 2000 km, en comparación con las ópticas 400ZR+ que en aplicaciones típicas solo alcanzan de 500 a 750 km a velocidades de 400 Gbps.
Por lo tanto, los operadores de CC deben considerar cuidadosamente las características de sus requisitos de conexión DCI óptica para implementar la solución óptima para sus necesidades.
En algunos casos, las ópticas enchufables 400ZR/ZR+ pueden permitir reducciones importantes en el consumo de energía de la red al eliminar la necesidad de sistemas de transporte óptico independientes y separados.
Sin embargo, estos beneficios se limitan a los enlaces DCI ópticos que abarcan distancias metropolitanas y regionales, y para los operadores que tienen requisitos de capacidad bajos o que tienen grandes cantidades de fibras ópticas desplegadas entre los centros de datos.
Para los operadores de DC que alquilan fibras y/o tienen fibra limitada implementada entre centros de datos y, sin embargo, deben conectar grandes capacidades entre centros de datos, la óptica coherente de alto rendimiento utilizada (en lugar de 400ZR) puede duplicar su capacidad de fibra antes de que surjan costos adicionales por más fibras.
Cuando las conexiones ópticas DCI se extienden más allá de unos pocos cientos de kilómetros, la óptica coherente de rendimiento optimizado puede proporcionar conectividad escalable entre DC separados por cientos o miles de kilómetros.
Muy importante, la óptica coherente de rendimiento optimizado también puede admitir interconexiones de 800 Gbps en prácticamente cualquier distancia, lo que brinda soporte para las últimas actualizaciones de enrutadores a velocidades de puerto de 800 GE.
Los operadores de centros de datos pueden beneficiarse de los nuevos avances en óptica coherente para evolucionar sus enlaces DCI de la manera que mejor se adapte a sus limitaciones y prioridades. Las ópticas conectables como 400ZR/ZR+ proporcionan una solución ideal para reducir el consumo de energía en enlaces DCI de corta distancia que tienen muchas fibras entre sitios.
Por el contrario, la óptica coherente de rendimiento optimizado supera los límites de alcance de capacidad para duplicar la capacidad de fibra DCI para la misma distancia, o permite interconexiones entre centros de datos a través de prácticamente cualquier distancia, al tiempo que permite soluciones DCI que admiten nuevas velocidades de puerto de enrutador de 800GE.