La transmisión de luz a través de largos filamentos de vidrio ha transformado la manera en que evolucionan las telecomunicaciones. Goza de varios beneficios por encima de sus similares eléctricos en términos de velocidad, distancia, ancho de banda e incluso seguridad. Hoy en día, la transmisión óptica de fibras se usa como la columna vertebral absoluta de la infraestructura de telecomunicaciones globales modernas, y en consecuencia, se le lleva constantemente hasta sus límites.
La necesidad de velocidad
Para respaldar los servicios nuevos como el video de siguiente generación, el crecimiento de las redes sociales, los videojuegos en línea, las aplicaciones empresariales con sensibilidad a la latencia, y las tecnologías emergentes como el metaverso, los prestadores de servicios en la nube están reinventando constantemente la infraestructura de sus redes. Los proveedores de nube a hiperescala siguen construyendo centros de datos globales y redes backbone para respaldar a los mercados regionales, con centros de datos ubicados en hubs importantes en toda la ruta hasta el borde de la red. Al mismo tiempo, los proveedores de nubes regionales están construyendo centros de datos neutrales y de colocación para cumplir con los requisitos más regionales, incluidos el desempeño local, la escala y la soberanía de datos.
Las demandas de servicio que motivan el despliegue de estos nuevos centros de datos incrementarán por etapas la presión sobre la infraestructura de fibra óptica para la interconexión de centros de datos (DCI, por sus siglas en inglés). Por ejemplo, el más reciente índice de interconexión global de Equinix pronostica que el ancho de banda de interconexión global crecerá a una tasa de crecimiento compuesto anual (CAGR, por sus siglas en inglés) a cinco años de 40 %, para alcanzar los 27.762 Tb/s, que es equivalente a 110 zettabytes de datos intercambiados cada año.
Crece la demanda de redes con eficiencia energética
La mayor parte del consumo de energía en centros de datos proviene de las computadoras que operan en ellos y del equipo de enfriamiento que las mantiene dentro de los rangos de temperatura aceptables. Pero el consumo energético de las redes es importante también. Los operadores de centros de datos modernos adoptan un enfoque holístico cuando se trata de eficiencia energética, que abarca cada aspecto de la infraestructura. Considerarán todo para reducir el presupuesto energético, incluida la reducción de la energía por bit necesaria para enviar información entre las instalaciones.
Se consume energía también entre los dos extremos de la conexión DCI de fibra óptica. Puede resultar costoso con una DCI de fibra óptica de media o larga distancia, donde podría ser necesario contar con repetidores de fibra óptica para volver a amplificar la luz que se haya atenuado al recorrer esa distancia. Reducir la cantidad de repetidores necesarios recorta el presupuesto energético para esas conexiones de larga distancia y reduce los puntos de fallos a lo largo de la conexión. La situación ideal es no tener repetidores en absoluto.
La evolución continua de la tecnología de óptica de fibras.
Uno de los pasos más significativos y recientes en la evolución de la óptica de fibras fue la óptica coherente. La tecnología de óptica coherente ofrece técnicas de modulación que mejoran el rendimiento de longitud de onda para el multiplexado por división en longitudes de onda (WDM, por sus siglas en inglés). A través de su constante innovación y refinamiento, esta tecnología ha permitido aumentar de manera masiva la velocidad en términos de bits por segundo (b/s), eficiencia espectral (b/s/Hz) y capacidad de alcance (b/s-km). Esto ha llevado las velocidades de longitud de onda de 40 Gb/s a 800 Gb/s e incrementado el alcance de transmisión totalmente óptica de cientos a decenas de miles de kilómetros.
Conforme mejora la tecnología óptica, la industria está descubriendo que la capacidad de comunicaciones se está viendo topada a lo que se conoce como “el Límite Shannon”. Nombrado en honor a su inventor, el teórico de la información Claude Shannon, este límite representa la velocidad máxima a la que puede viajar una señal a través de un medio en consideración de dos factores: ancho de banda (el rango de frecuencias disponibles en ese canal) y ruido (interferencia).
El esfuerzo de Nokia para impulsar las tasas de DCI de fibra óptica cerca de alcanzar el límite Shannon reside en el módulo óptico que convierte las señales eléctricas en luz y las envía a través del cable. La empresa ha estado evolucionando las tecnologías para permitir esto, incluido el procesador digital de señal (DSP, por sus siglas en inglés) que permite la conversión de electricidad a luz, mediante su chipset de motor de servicio fotónico (PSE, por sus siglas en inglés).
Además de impulsar un aumento en la velocidad del reloj de los chips mediante troqueles de fabricación más pequeños, la empresa incluye también algunos otros elementos en su diseño del chip. Uno de estos se llama modelado de constelación probabilística (PCS, por sus siglas en inglés), desarrollado por la empresa de investigación y desarrollo de Nokia, Nokia Bell Labs. El PCS adapta continuamente la modulación de la señal coherente para ya sea maximizar la cantidad de bits transmitidos o minimizar la cantidad de espectro que se esté usando. Esto nos lleva de vuelta al límite de Shannon, que define los bits máximos por espectro que puede transmitir. Con el modelado de constelación probabilística, puede llevarlo cerca del límite de Shannon sobre cualquier distancia dada.
El otro punto focal de Nokia es la integración, por lo que debe hacer que el DSP que realiza la conversión de eléctrico a óptico esté más cerca de la fibra óptica usada para transmitir la señal de luz. Ya no resulta aceptable conectar los DSP y la fibra óptica en un tablero de circuitos impreso mediante un rastro de cobre porque genera demasiado ruido eléctrico. En lugar de esto, debe integrarlos en un módulo multi chip fotónico que apile juntos el chip de DSP y el procesador fotónico de silicio.
De la teoría a la práctica
Febrero de 2023 vio a Nokia lanzar la sexta generación de su chipset PSE, que triplica el rendimiento de la fibra óptica en términos de la distancia sobre la que se pueden transmitir los datos sin repetidores. Este mismo chipset reduce también el consumo energético en más de 60 % en comparación con el modelo anterior.
La nueva óptica súpercoherente PSE-6 opera a velocidades de hasta 1,2 Tb/s por longitud de onda, y se puede operar dos longitudes de onda como un mismo canal con una velocidad de transferencia máxima de 2,4 Gbit/sec. Esta velocidad máxima funciona sobre distancias más cortas, pero el sistema puede transmitir también servicios de 800 Gigabit Ethernet (800GE) sobre una misma longitud de onda a distancias de hasta 2000 km. Antes de este anuncio, la transmisión a 800 Gb/s por longitud de onda estaba limitada a varios cientos de kilómetros. Hoy en día, los operadores de redes se están cambiando a interfaces 800GE en sus redes de enrutamiento IP, poniendo presión en los módulos ópticos para respaldar de manera eficiente estas nuevas velocidades de interfaz de Ethernet.
Es solo el principio
Conforme aumenta el apetito por más capacidad entre los centros de datos, la demanda por una óptica coherente que tenga mayor escala y un mejor rendimiento no da señales de bajar la velocidad. La habilidad de obtener hasta la última gota de la capacidad de comunicación de las conexiones de fibra, ya sean metropolitanas, hasta el borde o mediante cables submarinos interoceánicos, será crítica durante mucho tiempo todavía.
Para más información sobre la construcción de plataformas de interconexión óptica e IP automatizadas, escalables y confiables, visite el sitio de tecnología a escala web de Nokia.
