データセンター相互接続のための低遅延オプション

Apr 18, 2024

光の速度を超えることはできませんが、適切な光ネットワーク設計とコンポーネントの選択により、光の速度にかなり近づくことができます。

トランザクションのマイクロ秒やナノ秒を短縮する競争の中で、低遅延を必要とするアプリケーションを作成する高頻度トレーダーやその他の開発者は、光の速度に近づけるためにテクノロジーを強化しています。 レイテンシーは、データ送信時に発生する遅延を定義するためにネットワーキングの専門家や高頻度トレーダーによって使用される用語であり、高頻度取引プラットフォーム、企業、科学的アプリケーションの成功にとって重要です。

過去数年にわたって、技術者はさまざまな改善を通じて遅延を短縮してきました。 これらには、コンピューティング デバイスの CPU サイクルと速度が含まれます。 デバイスの入出力速度。 ネットワークの帯域幅。 オペレーティングシステムの機能の速度。 ソフトウェアの計算速度。 もう 1 つの重要な要素は、データが通過する光ファイバー ネットワークによって引き起こされる遅延です。

ファイバーネットワークにおける基本的な制約は、光の最大速度である毎秒 300,000 km です。 コンピューターやソフトウェアがどれほど高速に取引を生成しても、データを送信するネットワークには光ファイバー媒体が介在するため、遅延が発生します。 物理法則により、光ファイバー ネットワーク上の光の伝播により、1 キロメートルあたり約 5 マイクロ秒 (0.6 マイル) の一定の遅延が発生します。 科学を変えることはできませんが、光ネットワークの設計とコンポーネントの選択には、光ネットワークの他の部分での遅延を最小限に抑えることができる技術があります。

低遅延が必要なアプリケーションでは、遅延が最適化された光システムを使用することで、トランスポート ネットワークに生じる遅延が最小限に抑えられます。 光学コンポーネントおよびシステムのテクノロジーの開発は急速に進化しており、最新のソリューションによって遅延の改善が実現できます。 低遅延の光ネットワークを構築する際に考慮すべき重要な要素が 2 つあります。1) ネットワーク設計と 2) 低遅延コンポーネント システムです。

遅延を最小限に抑える簡単な方法の 1 つは、コンピューティング プラットフォームからユーザーまでのファイバー接続を最短にすることです。 この要素は、利用可能な不動産と光ファイバーへのアクセスのしやすさによって決まります。 データセンターの場所とファイバーのルートが判明したら、次に挙げる要因が遅延に最も大きな影響を与えます。

ほとんどのファイバー ネットワークは、高密度波長分割多重 (DWDM) を使用して構築されています。 これらの DWDM 波長は、ファイバ内に仮想パイプを作成することでファイバを効率的に利用します。 現在、これらの波長のデータ速度は通常 10Gbps です。 ただし、100Gbps インターフェイスは現在導入されており、今年からはデータセンター内およびデータセンター間に設置される主要な新しいインターフェイス タイプになる予定です。 最先端の設備向けに、200Gbps インターフェイスも今年末までに利用可能になる予定です。 利用可能な最速のデータ レートでネットワークを構築することが、低遅延の光ネットワークへの第一歩です。 ただし、すべての 100G コンポーネントの遅延が同じというわけではありません。 100G に移行する場合は、リンクの送信側からリンクの受信側までの遅延を理解することが重要です。 この測定により、どの 100G 分散補償コンポーネントの遅延が最も低いかがわかります。

波長分散は、入力信号がファイバの長さに沿って進むにつれて広がることです。 信号が遠くに伝わるほど、より多くの分散が発生します。 世界中に敷設されている大部分のファイバで使用するために、競合する分散補償技術が多数存在します。 最適な分散補償コンポーネントでは、1 キロメートルあたり 0.15 ナノ秒の無視できる遅延が発生します。

光多重化により、個々の波長を追加または抽出できるため、帯域幅が必要な特定の場所でサービスを提供できます。 MUX/DEMUX 機器のベンダーは数多くあり、信号のアドやドロップに使用されるテクノロジーも多数あります。 これらのデバイスは一般にパッシブ光 MUX/DMUX として知られており、遅延が最も短い MUX/DEMUX ソリューションを選択することも、遅延効率の高い光ファイバー ネットワークを構築するためのもう 1 つの要素です。