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Jun 15, 2023

Das Potenzial von Next freisetzen

Die neueste Generation kohärenter DSPs kann Netzwerkbetreibern dabei helfen, die Leistung zu maximieren und gleichzeitig die Nachhaltigkeit voranzutreiben. In den heutigen Kommunikationsnetzwerken ist das Streben nach Effizienz, Geschwindigkeit und

Die neueste Generation kohärenter DSPs kann Netzwerkbetreibern dabei helfen, die Leistung zu maximieren und gleichzeitig die Nachhaltigkeit voranzutreiben.

In den heutigen Kommunikationsnetzen ist das Streben nach Effizienz, Geschwindigkeit und Kosten-pro-Bit-Reduzierung wohl der heilige Gral des Netzbetreibers. Die digitale Signalverarbeitungstechnologie (DSP), die die Netzwerkfähigkeiten prägt, wird für diese Entwicklung immer wichtiger.

Insbesondere kohärente DSPs spielen eine entscheidende Rolle bei der Optimierung dieses Prozesses, indem sie die kohärente Erkennungstechnik verbessern. Bei der kohärenten Erkennung werden Daten auf optische Träger kodiert und sowohl die Amplituden- als auch die Phaseninformationen des empfangenen Signals für eine genaue Erkennung verwendet. Kohärente DSPs verarbeiten diese komplexen Signale und kompensieren verschiedene Beeinträchtigungen, die während der Übertragung auftreten, wie beispielsweise Dispersion und Nichtlinearitäten.

Einer der Hauptvorteile kohärenter DSPs ist ihre Fähigkeit, erweiterte Modulationsformate wie Quadratur-Amplitudenmodulation (QAM) zu implementieren. Dadurch können mehr Daten auf jeden optischen Träger gepackt werden, wodurch die Datenrate effektiv erhöht wird, ohne dass zusätzliche spektrale Ressourcen erforderlich sind. Sie können die Modulationsformate adaptiv an die Kanalbedingungen anpassen, was für Flexibilität sorgt und die Kapazitätsnutzung des Netzwerks optimiert.

Neben der Maximierung der Datenraten können kohärente DSPs eine größere Reichweite in optischen Netzwerken ermöglichen. Sie können die durch chromatische Dispersion verursachte Signalverschlechterung mildern, die auftritt, wenn sich Lichtimpulse über große Entfernungen ausbreiten und überlappen. Durch den Einsatz hochentwickelter Algorithmen können kohärente DSPs die Auswirkungen der Streuung umkehren, sodass Daten ohne nennenswerte Qualitätsverluste weiter übertragen werden können.

Darüber hinaus erleichtern kohärente DSPs die Implementierung leistungsstarker Fehlerkorrekturcodes. Die Vorwärtsfehlerkorrektur (Forward Error Correction, FEC) ist eine wichtige Technik, die in optischen Netzwerken eingesetzt wird, um Signalbeeinträchtigungen entgegenzuwirken und Fehler zu minimieren. Kohärente DSPs können die Effizienz von FEC-Algorithmen steigern, eine robustere Fehlerkorrektur ermöglichen und eine zuverlässige Datenübertragung auch bei Rauschen und Interferenzen ermöglichen. Dies ist besonders wichtig für Anwendungen, die ein hohes Maß an Datenintegrität erfordern.

Die Entwicklung kohärenter DSPs hat im Laufe der Jahre ein breiteres Anwendungsspektrum eröffnet, und die nächste Generation dieser Technologie kann nun in nahezu jeder Art von Netzwerk eingesetzt werden, von Kernnetzwerken bis hin zu Metro- und Rechenzentrumsverbindungen. Muhammad Sarwar, Distinguished Global Solution Planner bei Fujitsu, erklärt: „Diese neue Generation von DSPs kann Netzwerkanwendungen so breit abzielen, dass mehr als 90 % der Netzwerkverbindungen oder -anwendungen mit einer 800G-Rate unterstützt werden könnten.“ Diese Generation von DSPs und Produkten ermöglicht es Netzwerkbetreibern, die bisher in optischen Kernnetzen genutzte Kapazität zu verdoppeln und gleichzeitig den Stromverbrauch und den Gerätebedarf um jeweils bis zu 50 % zu reduzieren.“

Was die Vorteile betrifft, die sich daraus für die Betreiber dieser Netzwerke ergeben können, besteht einer der größten darin, dass sie dazu beitragen, die Herausforderung zu meistern, Netzwerke zu skalieren, um den ständig steigenden Bandbreitenbedarf zu decken und gleichzeitig die Kosten pro Bit niedrig zu halten. Aber DSPs der nächsten Generation können auch aufkommende Herausforderungen im Zusammenhang mit Umwelt-, Sozial- und Governance-Verpflichtungen (ESG) bewältigen. Sarwar sagt: „Ja, die größte Herausforderung besteht darin, das Netzwerk für Wachstum zu skalieren und gleichzeitig die Kosten pro Bit zu senken, aber die zweite Herausforderung ist die Herausforderung der Nachhaltigkeit.“ Wenn ein Betreiber die Kapazität des Netzwerks erhöhen kann, möchte er dies vermeiden, wenn dies zu einer Verringerung der Energieeffizienz führt.“

Die neueste Generation kohärenter DSPs, von denen viele im Vorfeld oder während des OFC 2023 eingeführt wurden, soll noch in diesem Jahr Einzug in optische Kommunikationsnetze halten. Der Unterschied zu den neuesten Versionen besteht darin, dass sie auf fortschrittlichen 5-nm-Komplementär-Metalloxid-Halbleitern (CMOS) basieren, was dazu beiträgt, das Problem des Stromverbrauchs zu bewältigen. Sarwar erklärt: „Diese neuen DSPs verwenden eine neue CMOS-Technologie, die vom 7-nm- auf den 5-nm-Prozess umsteigt, was allein aus DSP-Perspektive zu einer Leistungsreduzierung von fast 30 % führt.“

Sawar sagt, dass die neueste Generation kohärenter DSPs, wie sie in seinem flüssigkeitsgekühlten Transponder 1FINITY Ultra Optical System T900 verwendet werden, den Bedarf an Kosten-pro-Bit-Reduzierung decken kann. „T900 reduzierte die Kosten pro Bit um 50 %, indem es die Anzahl der Transponder reduzierte, die Netzwerkbetreiber bereitstellen müssen. Zuvor wurden 64 Transponder eingesetzt, um das C-Band zu füllen. Jetzt brauchen sie nur noch 32, die doppelt so schnell arbeiten.“

Fujitsu ist außerdem noch einen Schritt weiter gegangen, um Betreibern bei der Reduzierung des Stromverbrauchs zu helfen, einschließlich der Hinzufügung einer Flüssigkeitskühlung zur optischen Transportplattform. Sawar sagt: „Bestimmte DSP-Funktionen wie FEC verbrauchen viel Strom innerhalb des DSP. Es ist sehr wichtig, dass der Stromverbrauch nicht linear ansteigt, da sie beispielsweise höhere Datenraten unterstützen. Wir haben einige Innovationen in den DSP integriert.“ DSP, der den Stromverbrauch für diese Algorithmen mit hohem Stromverbrauch gleich halten kann, selbst wenn die Kapazität von 400 G auf 800 G oder 1,2 T verdoppelt wird.

„Nachdem wir den DSP im Transpondersystem verpackt hatten, verwendeten wir einen neuartigen Kühlmechanismus, um den Stromverbrauch weiter zu reduzieren. Beispielsweise ist der neueste T900-Transponder von Fujitsu, der diesen DSP verwendet, flüssigkeitsgekühlt, was für ein effizienteres Wärmemanagement als luftgekühlte Systeme sorgt und eine Leistungsreduzierung ermöglicht. Die Idee besteht darin, die Nachhaltigkeit auf allen Ebenen anzugehen, angefangen beim DSP-CMOS-Prozess, über die Algorithmen innerhalb des DSP bis hin zur Art und Weise, wie er in einem kompakten modularen Transponder-Blade verpackt ist. Dadurch sehen wir eine 50-prozentige Leistungsreduzierung in unserem Transponder Design mit 5-nm-DSPs durch Kombination dieser Energieeffizienzen.“

Ein weiteres wichtiges Problem, das die neuesten kohärenten DSPs für Betreiber lösen können, besteht darin, neue Automatisierungsmöglichkeiten in ihr Betriebsparadigma zu integrieren. „Unsere Kunden benötigen Automatisierung in ihren Netzwerken, um den Skalierungsprozess zu vereinfachen. Wenn also neue DSPs dazu beitragen können, ihr Betriebsmodell zu vereinfachen, indem sie tiefere Einblicke in optische Netzwerke bieten, wird dies einen großen betrieblichen Vorteil für ihr Unternehmen darstellen.“

Das neueste White Paper von Fujitsu bietet weitere Einzelheiten dazu, wie digitale Signalprozessoren (DSPs) der nächsten Generation Netzwerkbetreibern dabei helfen, die Leistung zu maximieren und gleichzeitig die Nachhaltigkeit voranzutreiben.