Por Serge Melle, líder de marketing de redes ópticas da Nokia
Com a digitalização cada vez mais acelerada de nossas economias e sociedades, os data centers se tornaram a infraestrutura essencial que fornece os serviços e aplicativos dos quais todos dependemos.
Esses data centers, por sua vez, devem se interconectar uns com os outros, bem como com trocas de dados de Internet e pontos de peering para fornecer conectividade global contínua e confiável.
O que permite isso são soluções de interconexão óptica de data center (DCI) que usam óptica coerente para aproveitar o enorme potencial de transporte de dados da fibra óptica e ajudar a conectar data centers diferentes em distâncias metropolitanas, regionais e intercontinentais.
Os dois desafios mais comuns enfrentados pelos operadores de data center são maximizar a capacidade de suas conexões ópticas DCI e, ao mesmo tempo, gerenciar o consumo de energia.
Um exemplo do aumento da banda larga de interconexão necessária vem de um relatório do C&C Technology Group. O documento mostra que, de 2010 a 2018, o tráfego IP global aumentou 10 vezes, enquanto a capacidade de armazenamento do data center cresceu 25 vezes.
Os recursos de interconexão de data centers continuam a aumentar significativamente, impulsionados pela crescente virtualização de data centers, a mudança de aplicativos e serviços de negócios locais para serviços de negócios fornecidos na nuvem e o crescimento de cargas de trabalho de IA e ML que aumentam drasticamente os requisitos de computação e conectividade.
Além disso, gerenciar o consumo de energia também é um requisito fundamental aos operadores de corrente contínua. Só no mercado americano, o consumo de energia DC deve chegar a 35 gigawatts (GW) até 2030, contra 17 GW em 2022, de acordo com análise da McKinsey.
Para acompanhar esse crescimento, as operadoras precisam implementar soluções que possam escalar significativamente a capacidade DCI e, ao mesmo tempo, reduzir a potência por bit (watts) necessária para fornecer uma determinada capacidade transmitida por fibra e o consumo geral de energia da rede.
Maximizar a capacidade
Maximizar a capacidade significa aumentar a eficiência espectral (SE) da óptica coerente, definida como a quantidade de dados que podem ser transmitidos em uma determinada quantidade de espectro de fibra óptica. Quanto mais bits são transmitidos em uma determinada quantidade de espectro, ou quanto menos espectro é usado para um determinado número de bits, maior o SE.
Recentemente, dois novos avanços em óptica coerente estão ajudando as operadoras a resolver esses desafios e escalar suas interconexões DC, cada uma com uma abordagem diferente; seja minimizando o consumo de energia ou maximizando a capacidade da fibra (resumida na Figura 1).
Por um lado, existem ópticas coerentes conectáveis, como a 400ZR, implementada em módulos transceptores QSFP-DD que podem ser instalados diretamente em portas de roteador Gigabit Ethernet (GE) de 400 Gigabit.
Eles normalmente consomem entre 15 e 20 watts de energia e permitem DCI óptico a velocidades de 400 Gigabits por segundo (Gbps) por comprimento de onda em distâncias metropolitanas de até 80 a 100 quilômetros. São complementados por ópticas 400ZR+, que permitem um maior alcance de até várias centenas de quilômetros, embora à custa de um consumo de energia ligeiramente maior, de até 25W.
Óptica supercoerente
Outra solução para aplicações ópticas DCI é a óptica coerente de alto desempenho ou óptica supercoerente. Operam a velocidades de até 1,2 Terabits por segundo (Tbps) por comprimento de onda ou mais, maximizam o SE de links DCI ópticos, estendem a conectividade DCI óptica em distâncias intercontinentais e de longa distância e reduzem a potência por bit em 40% em comparação com as gerações anteriores de óptica coerente de alto desempenho.
A óptica coerente otimizada para desempenho consegue isso implementando algoritmos sofisticados, incluindo modelagem probabilística de constelação (PCS) e correção de erro de avanço de alto ganho (FEC), que permite que mais bits sejam transmitidos em uma determinada quantidade de espectro, em distâncias significativamente maiores, de vários milhares de quilômetros, para permitir DCI óptico em trechos submarinos e de longa distância.
A vantagem da óptica otimizada para desempenho pode ser vista em suas capacidades de alcance. Por exemplo, eles podem transmitir até 1,2 Tbps de dados ao longo de 100 km usando apenas 150 Giga-hertz (GHz) de espectro de fibra, enquanto a óptica 400ZR transmite 400 Gbps na mesma distância usando até 100 GHz de espectro.
Portanto, a óptica de alto desempenho pode dobrar a eficiência espectral e a capacidade dos links de fibra em comparação com a óptica 400ZR/ZR+ (veja a Figura 2). Em contraste, a óptica otimizada para desempenho pode transmitir 400 Gbps de dados acima de 4.000 km ou mais, ou 800 Gbps até 2.000 km, em comparação com a óptica 400ZR+ que, em aplicações típicas, só atinge 500 a 750 km a velocidades de 400 Gbps.
Desse modo, os operadores de CC devem considerar cuidadosamente as características de seus requisitos de conexão DCI óptica para implementar a solução ideal às suas necessidades.
Em alguns casos, a óptica plug-in 400ZR/ZR+ pode permitir reduções significativas no consumo de energia da rede, eliminando a necessidade de sistemas de transporte óptico separados e independentes.
No entanto, esses benefícios são limitados a links ópticos DCI que abrangem distâncias metropolitanas e regionais, para operadoras que têm baixos requisitos de capacidade e que têm grandes quantidades de fibras ópticas implantadas entre data centers.
Para operadores de DC que alugam fibras e/ou têm fibra limitada implantada entre data centers e ainda precisam conectar grandes capacidades, a óptica coerente de alto desempenho usada (em vez de 400ZR) pode dobrar sua capacidade de fibra antes de ter custos adicionais para mais fibras.
Quando as conexões ópticas DCI se estendem além de algumas centenas de quilômetros, a óptica coerente otimizada para desempenho pode fornecer conectividade escalável entre DCs separados por centenas ou milhares de quilômetros.
Muito importante, a óptica coerente otimizada para desempenho também pode suportar interconexões de 800 Gbps em praticamente qualquer distância, fornecendo suporte às atualizações mais recentes do roteador a velocidades de porta de 800 GE.
Os operadores de data centers podem se beneficiar de novos avanços em óptica coerente para evoluir seus links DCI de uma maneira que melhor se adapte às suas restrições e prioridades. Ópticas conectáveis como 400ZR/ZR+ fornecem uma solução ideal para reduzir o consumo de energia em links DCI de curta distância que têm muitas fibras entre os locais.
Por outro lado, a óptica coerente otimizada para desempenho supera os limites de alcance de capacidade para dobrar a capacidade de fibra DCI para a mesma distância e permite interconexões entre data centers em praticamente qualquer distância, ao mesmo tempo em que habilita soluções DCI que suportam novas velocidades de porta de roteador 800GE.
