En este artículo analizamos el potencial de mercado de los interconectores ópticos, llamados a sustituir a los interfaces eléctricos en todos los ámbitos, desde enlaces de corta distancia hasta conexiones entre chips.

La tecnología de interconectores ópticos (optical interconnects) está evolucionando muy rápidamente como consecuencia del espectacular aumento en la tasa de bit de redes y sistemas. Los cables de cobre que enlazan servidores y routers se ven muy limitados y resulta cada vez más habitual su sustitución por conexiones de fibra (fibre ribbons). Según un informe de Ovum, se prevé que este mercado duplique su volumen en 2012 hasta alcanzar los 150 millones de euros. Estas previsiones incluyen la venta de transceptores POP4 y SNAP12, cables ópticos activos InfiniBand de 4 y 12 canales, así como convertidores electro-ópticos.

El transporte de señales por fibra óptica se realiza habitualmente empleando transmisión serie, especialmente en el caso de enlaces de larga distancia. Sin embargo, la llegada de 40 y 100GbE (Conectrónica no. 120, septiembre 2008) podría estimular considerablemente la demanda de interconectores ópticos paralelos. En la tabla I se indican algunos ejemplos de interfaces paralelo. La sustitución de los cables de cobre por fibra óptica siempre ha estado motivada por cuestiones de coste, ancho de banda y distancia. Pero un nuevo factor que ha entrado en escena recientemente es el del consumo. Se calcula que la conexión de los centros de cálculo con los usuarios finales por medio de las infraestructuras de telecomunicación representa un consumo del 9% de la producción mundial de energía. A modo de ejemplo, el interfaz 10GBase-T consume en torno a 6 W (chips de segunda generación), mientras que los interfaces ópticos consumen menos de 1 W para esta misma tasa de datos. Ante estos datos, resulta evidente la importancia de reducir el consumo de los dispositivos electrónicos, especialmente el de routers y servidores. Algunos operadores y fabricantes de equipamiento están estudiando la posibilidad de establecer conexiones Ethernet a Nivel 2, con el fin de evitar la transmisión de paquetes de Nivel 3 entre routers, lo que tendría un impacto muy positivo sobre el mercado de interfaces POP4 y SNAP12. De hecho, con la inminente llegada de 40 y 100GbE, algunos gestores de centros de cálculo se plantean la posibilidad de sustituir directamente los cables Cat6 por tecnología óptica, más fiable y unas 5 veces más ligera que el cobre, además de las ventajas de consumo asociadas. En este artículo analizamos algunos de los interconectores ópticos que han aparecido últimamente en el mercado, la mayor parte de ellos basados en conexiones paralelo.

Tipos de interconectores
Los interconectores pueden clasificarse atendiendo a multitud de criterios, si bien lo más habitual es en términos de su función lógica e implementación física, así como por la topología de la red de interconexión. En el primer caso, las conexiones se clasifican en base a características tales como ancho de banda, distancia y latencia. Estableciendo una estructura jerárquica, el primer tipo de conexiones que podemos definir son aquellas internas a los propios servidores, es decir, conexiones de buses de datos entre microprocesadores, controladores y memorias RAM. En estos casos son muy importantes características como latencia o ancho de banda. La extensión de estos sistemas se realiza mediante buses de entrada/salida que conectan discos o tarjetas de red. Las tasas de transmisión oscilan entre 33 MHz (PCI) y más de 2 Gbit/s (PCI-Express), con tamaños de palabra de 32-100 bits. Agrupando varios procesadores se puede crear un cluster, que sería el siguiente nivel jerárquico, caracterizado por distancias típicas de 10-100 m. Los enlaces del cluster suelen caracterizarse por conexiones paralelo (varias líneas por enlace), en contraposición de los enlaces de una red LAN/SAN que emplean únicamente un canal de comunicación para simplificar el tendido del cable. Las redes LAN/SAN cubren distancias de decenas o centenares de metros, proporcionando anchos de banda entre 1 y 10 Gbit/s. Finalmente, el último nivel de la jerarquía lo conforman las redes MAN/WAN, cuyos enlaces de interconexión entre routers y conmutadores cubren varios kilómetros de distancia. Evidentemente, los componentes y cables utilizados para la interconexión de estos sistemas tan diversos se basan en tecnologías diferentes. En la tabla II se resumen los distintos niveles de interconexión que pueden encontrarse en la actualidad, así como las previsiones de implementación mediante tecnología óptica. Por su parte, la figura 1 muestra la tendencia futura del mercado de interconectores ópticos.

Productos existentes
La mayor parte de productos ópticos paralelo se basan en cables activos, es decir, un cable de fibra con transmisores y receptores instalados de fabrica en cada extremo. De este modo, los usuarios pueden sustituir un interfaz de cobre (CX4 ó QSFP) por el cable activo, el cual convierte la señal de eléctrico a óptico en un extremo y viceversa en el opuesto. Este tipo de cables puede extender el alcance desde los 15 m del cable de cobre hasta los 300 m, siendo la solución ideal para enlaces de menos de 30 m (interconexiones de racks). Para distancias de 100 m y superiores, el cableado estructurado resulta más elegante, si bien algunas personas se decantan todavía por el cable óptico activo debido a su reducido precio. Como ejemplo, el coste de un cable activo se sitúa en torno a los 200 dolares, mientras que cada módulo conectable cuesta unos 300 dolares. Así, empresas como Intel, Luxtera, Zarlink, Finisar, Reflex Photonics, Tyco Electronics y Lightwire han anunciado productos basados en cables ópticos activos en los últimos 2 años, si bien con características diferenciadas de tasa de bit, alcance y tipo de conector.
La empresa Luxtera ha lanzado el producto Blazar LUX5010 (figura 2) compatible con QSFP, consistente en un cable óptico activo formado por fibra monomodo tipo “ribbon” de 4 canales de hasta 10,5 Gbit/s y sus correspondientes transceptores. El conjunto permite una tasa de bit agregada de 40 Gbit/s sobre distancias de hasta 300 m. Adicionalmente, la empresa también se plantea el desarrollo de productos InfiniBand QDR de 12 canales (120 Gbit/s) para sustituir a los actuales interfaces de cobre. Por otro lado, la empresa Zarlink ha desarrollado el cable ZLynx que soporta tanto 10GbE como InfiniBand DDR usando un conector CX4 (figura 3). Se trata de un cable óptico activo (4 + 4) x 5 Gbps.
Pero no todas las empresas están interesadas en cables ópticos activos. Por ejemplo, JDSU no dispone de productos de estas características, sino que la compañía vende módulos paralelo basados en SNAP12 y planea desarrollar productos que soporten el mercado emergente de 40 y 100GbE, haciendo uso de su experiencia en empaquetado y en chips VCSEL.

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Sin lugar a dudas, JDSU es una compañía líder en lo que respecta al mercado de módulos ópticos activos, disponiendo de una variada oferta de transceptores a 850, 1310 y 1550 nm: 4/2/1G SFP, 10G XFP, SFP+ y 30G SNAP12. En la figura 4 se muestra un ejemplo de transceptores 12 x 2,7 Gbit/s (32,4 Gbit/s) compatibles con SNAP12. La start-up Xloom ha lanzado también un interconector óptico paralelo que no está basado en cable óptico activo, sino que consiste en un transceptor óptico de cuatro canales compatible con el estándar 10GBASE-CX4. Este producto, que se conoce como AVDAT 4X (figura 5), resulta ideal para extender el alcance de los conmutadores Ethernet 10G hasta distancias de más de 200 m. Adicionalmente, soporta InfiniBand SDR (10 Gbit/s por enlace) y DDR (20 Gbit/s por enlace), además de Fibre Channel.

 

Como se puede apreciar, existe una gran actividad en el mercado de interconectores ópticos. Y esta se espera que vaya en aumento con la finalización de los estándares de 40 y 100GbE, prevista para junio de 2010, lo que provocará la casi completa sustitución de los interfaces eléctricos aún presentes a día de hoy. Pero el desarrollo de interconectores ópticos no sería posible sin las mejoras que se están produciendo en las tecnologías ópticas asociadas. Por ello noticias recientes como la anunciada por Intel, que ha desarrollado un modulador de 40 Gbit/s en silicio, supone un gran avance, pues augura la posibilidad de conexiones ópticas entre chips a velocidades de Tbit/s.

 

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Francisco Ramos Pascual. Doctor Ingeniero de Telecomunicación.
Profesor Titular de la Universidad Politécnica de Valencia.