O Centro de Pesquisa e Desenvolvimento em Telecomunicações (CPqD) desenvolveu, em conjunto com a BrPhotonics, uma nova técnica de modulação em transmissões WDM (Wavelength Division Multiplex) para interconexão de data centers.
 
Mantendo velocidades de transmissão elevadas, na faixa de 100 Gb/s, a solução conecta data centers separados por distâncias de até 140 quilômetros; o padrão mundial hoje alcança 80 quilômetros. 
 
Projeto
 
Parceiro industrial do CPqD, a BrPhotonics, que desde a sua criação atua no desenvolvimento de dispositivos optoeletrônicos para telecomunicações, desenvolveu um modulador de intensidade de banda ultra larga (> 50GHz) para aplicações em sistemas de alta capacidade baseados em modulação de intensidade e detecção direta (IM-DD). 
 
Andrea Chiuchiarelli, pesquisador da Gerência de Tecnologias Ópticas do CPqD, afirma que essa tecnologia é, atualmente, a de maior interesse no mercado para interconexão de data centers, devido à alta relação custo-benefício propiciada, quando comparada com a tecnologia de transmissão coerente. 
 
Utilizando o modulador de banda larga desenvolvido pela BrPhotonics, junto com as técnicas avançadas para processamento de sinais, desenvolvidas pelo CPqD, foi possível gerar e transmitir 40 canais ópticos (na grade de 100 GHz), com uma taxa de 100 Gbit/segundo por canal, por meio de modulação de intensidade de quatro níveis (PAM-4) na taxa de símbolo de 56 GBaud por canal, sobre a distância recorde de 140 km.
 
Parceria
 
 
A BrPhotonics domina a tecnologia de fabricação de moduladores em polímero sobre silício (TFPS), tecnologia que permite fabricar moduladores eletro-ópticos de banda ultra larga, garantindo ao mesmo tempo maior nível de integração, em comparação a outros materiais como, por exemplo, Niobato de Lítio (LiNbO3). Sendo assim, é possível desenvolver moduladores eletro-ópticos compactos e de banda larga, fundamentais para a integração em módulos transceptores para data centers, em que o tamanho e o consumo de energia são parâmetros críticos.
 
Do lado do CPqD, a experiência em estudo e caracterização de sistemas ópticos de alta capacidade, junto com o desenvolvimento de algoritmos avançados para processamento digital de sinais (DSP), permitiu aproveitar o potencial oferecido pelo modulador da BrPhotonics, alcançando esse marco na pesquisa mundial sobre interconexão de data centers.
 
Mercado
 
A tecnologia, que foi apresentada ao mercado em maio de 2016, ainda não vem sendo utilizada em data centers de empresas. “Contudo, é preciso dizer que a interconexão de data centers em altas taxas (100Gb/s por canal) e longas distâncias (80 km) ainda se encontra em fase inicial e que, para os próximos anos, está prevista uma difusão crescente de módulos transceptores operando na taxa de 100 Gb/s por canal utilizando tecnologia IM-DD”, observa o pesquisador do CPqD.
 
Benefícios 
 
A solução, que foi apresentada no artigo publicado nos anais da ECOC 2016 (grande conferência do setor de tecnologia óptica), permite gerar um tráfego de dados por canal óptico maior, de até 100 Gb/s, em sistemas WDM para interconexão de data centers. O principal benefício é permitir incrementar a taxa agregada transmitida por uma única fibra, que no caso mostrado, chegou a 4 Tb/s (obtidos transmitindo 40 canais DWDM na banda C), utilizando um menor número de interfaces ópticas, em comparação com outras soluções que utilizam mais canais em taxas menores para atingir a mesma capacidade. O resultado é relevante no cenário de Interconexão de Data Centers (DCI, na sigla em inglês), em que há uma forte necessidade de aumentar a taxa transmitida, puxada pelo constante aumento da demanda por banda e serviços para interligações entre data centers, e pelo aumento do número de data centers no mundo. 
 
Estudos no setor apontam que o mercado de Interconexão de Data Center irá crescer com um CAGR (Compound Annual Growth Rate) de 20,6% entre 2016 - 2021, sendo que o faturamento total em 2016 foi de $ 1,69 bilhões. Entretanto, a demanda por banda é fortemente limitada por requisitos de custo, tamanho e consumo de energia dos transceptores. 
 
“Isso se aplica não só em cenários de interconexão em longas distâncias, mas também às interconexões dentro de um mesmo data center (intra data center). Viabilizar 100G por lambda utilizando tecnologia não coerente, obtendo transmissão sobre distâncias que podem chegar a mais de 100 km, mostra como a tecnologia proposta pode ser uma alternativa extremamente promissora para os transceptores de próxima geração”, diz o pesquisador, ressaltando que ainda é cedo para encontrar transceptores PAM-4 em 100G por lambda, disponíveis no mercado. Segundo ele, os módulos 100G Ethernet, atualmente existentes, fazem uso de tecnologia não coerente e são baseados em dois ou mais canais ópticos em taxas por canal mais baixas para garantir uma taxa agregada de 100 Gbps. 
 
Andrea Chiuchiarelli revela que o caso mais famoso de Interconexão de Data Centers hoje, é o ColorZ, da norte-americana Inphi Corporation, apresentado ao mercado em março de 2016, no congresso OFC. Trata-se de um módulo 100G QSFP28, baseado em dois canais na taxa de 50G por canal (~25-28 GBaud PAM-4), capaz de atingir distâncias de até 80 km e capacidade total de até 4 Tb/s utilizando transmissão DWDM (80 canais). O consumo do módulo é de aproximadamente 4,5 W.
 
O pesquisador acredita que não deve demorar para aparecerem os primeiros módulos (provavelmente ainda no formato QSFP28) trabalhando em taxas de 100G por canal. “Acredito que essa será uma tecnologia fundamental, principalmente nos futuros transceptores 400G Ethernet”, conclui Andrea Chiuchiarelli.
 
CPqD
 
O Centro de Pesquisa e Desenvolvimento em Telecomunicações foi criado em 1976, como centro de pesquisa e desenvolvimento da Telebras, e hoje é uma instituição independente, 100% brasileira, com foco na inovação em tecnologias da informação e comunicação. Mantém o maior programa de pesquisa e desenvolvimento da América Latina em sua área de atuação e possui um portfólio abrangente de soluções, serviços, sistemas de missão crítica e tecnologias de produto transferidas para a indústria, que vem sendo utilizado nos mais diversos segmentos de mercado brasileiro e internacional.