1.2Tbps実現に向けたコヒーレント光技術コンポーネント評価で開発を1年加速

C A S E S T U D Y Optics and Photonics コヒーレント光技術コンポーネント 事例企業： テストにより、1.2テラビット • NeoPhotonics社 ‐ 高速通信ネットワークに 使用される光電子 アプリケーションが可能に ソリューションの設計 および製造を行う企業 課題： NeoPhotonics社は、通信／データ・センター・アプリケーションで高速通信ネットワー • DSPシリコンを使用できる のが1年遅れているため、 クに使用されるオプトエレクトロニクスソリューションの設計および製造を行っています。 新しい光コンポーネント／ 開発しているのは、400G、600Gを超えるネットワーク通信用の高速オプティカルコンポー モジュールの調査が困難 ネントで、これにはデータ・センター・インターコネクト(DCI)も含まれています。 ソリューション： 一般的に、光トランシーバーをドライブする高速シリコンは、光素子よりも1年ほど遅れ • キーサイトのN4391A 光変調アナライザ(OMA)、 ています。ネオフォトニクスの技術者はOSFP(Octal Small Form factor Pluggable)モ M8196A 任意波形発生器 (AWG)、N4373D ジュールに組み込むために最新のコヒーレント光技術サブアセンブリー（COSA：Coherent 光コンポーネント・ Optical SubAssembly）を設計しており、その際にキーサイトの最新テスト機器を使用して、 アナライザ(LCA)を採用 最終モジュールで期待通りの性能を確認することができました。 結果： • 400Gと600Gの光学 コンポーネントおよび サブアセンブリーの 「キーサイトの協力により、コンポーネントをテストで、予定通りかつ目標通りにお客様に 開発が1年加速 対応できることがわかりました。」 NeoPhotonics社、ビジネス開発、バイスプレジデント、マーク・スティラー氏 www.keysight.co.jp 1

課題 デジタルコヒーレント光技術は当初、長距離伝送で使用されていましたが、現在はメトロネットワー クに進化し、データ・センター・インターコネクトにまで展開されています。高次直交振幅変調（QAM： Quadrature Amplitude Modulation）シグナリングでは、非常に高速なデータ伝送レートとハイレ ベルなスペクトラム効率を実現しています。 QAMは2次元変調方式で、信号の位相と振幅を変調します。QAMでは、光周波数が同じで変調振 幅が異なる2つのキャリアを合成しています。そのキャリアは同相（I：In-phase）／直交位相（Q： Quadrature）と呼ばれます。nビット／シンボルの伝送は、標準的に2n-QAMと記述されます。例え ば、16-QAMは4ビット／シンボル、64-QAMは6ビット／シンボルの送信を表します。以下の式を 使用してビットレートを定義しています。 ビットレート＝シンボルレート（シンボル／秒）×コーディング（ビット／シンボル）×偏波（通常は2） 16-QAMを使用した場合、シンボルレートが64 G baud（オーバーヘッドなしで50 G Baud）のトラ ンシーバーは、1つのチャネルで400 Gb/sを送信できます。 16-QAM 64-QAM 4ビット／シンボル 6ビット／シンボル 図1：正方格子状に配列されたQAM方式のコンスタレーションポイント www.keysight.co.jp 2

OIF(Optical Internetworking Forum)は、高密度波長分割多重化（DWDM：Dense Wavelength Division Multiplexing）と高次変調を用いて、最大120 kmまでのデータ・センター・インター コネクトに400ギガビットイーサネット(400 GbE)ペイロードを送信するための400ZR実装協定 （IA：Implementation Agreement）を開発しています。400ZR規格では、約60 G baudのシンボ ルレートで16-QAMを推奨しています。15 Wの最大消費電力でこの速度を実現し、求められる ターゲット形状からのスペースの制約を考慮すると、光トランシーバーに高密度な電子／フォト ニック集積化が求められます。そのため、すべてのコンポーネントに非常に厳格な仕様／性能マー ジンが必要になります。これらのスモール・フォーム・ファクターには、小さなコンポーネント サイズと低い消費電力が必要です。これらの制限により、デジタル・シグナル・プロセッサ(DSP) とコンポーネントメーカーに課題が生じます。400ZR規格では定義されていませんが、光トラン シーバーは、OSFPやDD-QSFP(Double Density Quad Small Form factor Pluggable)のような 小型でなければなりません。 NeoPhotonics社は自社の製品を、超高速性能と小型サイズの2つの方向で最適化することを目指 しています。NeoPhotonics社の新しいCOSA製品では、コヒーレントレシーバー／変調器の技術 を1つのパッケージ部品に統合します。これはOSFP形状に適したもので、最終的にはDD-QSFP 形状にも収まるものです。残念なことに、400ZRトランシーバー用のDSPシリコンを入手するま でにまだ1年かかります。そのため、NeoPhotonics社は光コンポーネントを調査する手段がなく、 キーサイトに支援を依頼しました。 ソリューション NeoPhotonics社は、新しい64 G baud COSAを含む、1.2Tアプリケーション用の64 G baud対応 のコヒーレント光技術を開発するために、キーサイトのN4391A 光変調アナライザ（OMA：Optical Modulation Analyzer）、M8196A 任意波形発生器（AWG：Arbitrary Waveform Generator）、 N4373D 光コンポーネント・アナライザ（LCA：Lightwave Component Analyzer）を採用しました。 200G、400G、1.2Tのデータレートでの高速アプリケーションでは、速度、精度、柔軟性を兼ね 備えた新たなクラスの信号発生器が必要になります。M8196A AWGは、光パワーアンプなどの ディスクリート部品から、コヒーレント光変調器やコヒーレント光レシーバーなどのより複雑な デュアル偏波システムまで、さまざまな光システムをテストするのに最適なソリューションです。 1スロットのAXIeモジュールで最大4個のチャネルを搭載し、各チャネルが32 GHzの3 dBアナロ グ帯域幅で最高92 Gsa/sでサンプリングできるため、M8196A AWGでは、小型パッケージでの デュアル偏波テストと、64 G baudまでの複数の変調方式を用いた複雑な信号の作成が可能です。 www.keysight.co.jp 3

NeoPhotonics社は、M8196Aに81195A 光変調発生ソフトウェアを追加して、光信号劣化を伴 う16-QAMの64 G baud信号と高次QAMを作成し、新しい高速COSAのテストを実行しました。 信号解析は、63 GHz帯域幅のN4391A OMAを使用しました。N4391Aは、高シンボルレートか つ高次QAMの高速コヒーレント光信号の受信、復調、解析を最適化します。 キーサイトのN4373D LCAにより、NeoPhotonics社は、64 G baud対応のコヒーレント光コン ポーネントを徹底的にテストすることができるようになりました。このようなコンポーネントの 周波数応答は、一般的に、バイアス電圧、動作電流、環境温度などのさまざまなパラメータに依 存します。N4373D LCAを使用して、NeoPhotonics社は光‐電気伝達関数を迅速に特性評価して、 さまざまな動作条件での変化を解析することができました。その成果として、NeoPhotonics社 とキーサイトは、業界で初めて400G ZRアプリケーションに対応する600 G baudの光コンポー ネントおよびCOSA/アナログOSFPモジュールをOFC 2018で展示することができました。 図2：NeoPhotonics社とキーサイトの展示製品(OFC 2018) www.keysight.co.jp 4

まとめ 大学構内や大都市圏にある多くのデータセンターでは、センター間の帯域幅接続を大幅に増強 するためのニーズが高まっています。DCI接続は、一般的に、120 km以内の距離です。ネットワー クは、ほぼポイントツーポイントのリンクで比較的シンプルですが、データの量はますます増 加しています。次世代データセンターのインターコネクトには、16-QAM、64 G baudに対応 したトランシーバーが必要です。 キーサイトの最新テスト機器を使用することで、NeoPhotonics社は、トランシーバー用のDSP シリコンが入手できるようになるよりも約1年も早く、新しい400ZR COSAを含む64 G baud コンポーネントの性能検証に成功することができました。キーサイトの機器が無ければ、 NeoPhotonics社は、コンポーネントの性能をテスト／調査する手段がありませんでした。 関連情報 • Lightwave Catalog 2018 • フォトニックソリューション • Neophotonics High-Speed Coherent Solutions • キーサイト･テクノロジー @ FOE 2019ブースガイド 詳細情報：www.keysight.co.jp キーサイト・テクノロジー株式会社 本社〒192-8550 東京都八王子市高倉町9-1 計測お客様窓口 受付時間 9:00-12:00 / 13:00-18:00（土・日・祭日を除く） TEL：0120-421-345 (042-656-7832) | Email：contact_japan@keysight.com 本書の情報は、予告なしに変更されることがあります。© Keysight Technologies, 2018, Published in Japan, December 11, 2018, 5992-3492JAJP 5