علم

1.400G، یہ واقعی یہاں ہے۔

کچھ عرصہ قبل، مارچ 2024 میں، چائنا موبائل نے دنیا کی پہلی 400G آل آپٹیکل بین الصوبائی (بیجنگ اندرونی منگولیا) ٹرنک لائن کھولی، جسے ایک اہم سنگ میل تصور کیا جاتا ہے۔

بیک بون نیٹ ورک کو 400G میں اپ گریڈ کرنے کی وجہ واضح ہے۔

ایک طرف، رہائشیوں کی ڈیجیٹل زندگی (ہائی ڈیفینیشن ویڈیو، ٹیلی کانفرنسنگ، آن لائن لائیو براڈکاسٹ، آن لائن گیمز، وغیرہ) کے ذریعے صارفین کے انٹرنیٹ ٹریفک میں اضافہ اب بھی جاری ہے۔

دوسری طرف، پوری صنعت ڈیجیٹل تبدیلی کو فروغ دے رہی ہے، اور انڈسٹری کے ڈیجیٹل سسٹمز سے ٹریفک میں اضافے نے ریڑھ کی ہڈی کے نیٹ ورکس پر دباؤ کو تیز کر دیا ہے۔

ریڑھ کی ہڈی کے نیٹ ورک پر دباؤ میں اچانک اضافہ بھی ایک اہم وجہ ہے - AI کا دھماکہ۔

AIGC بڑے ماڈل کے عروج کے بعد، اس نے AI کی لہر کو متحرک کیا۔ AI کاروبار کی ضروریات کو پورا کرنے کے لیے، بڑی تعداد میں ذہین کمپیوٹنگ مراکز کی تعمیر ضروری ہے۔ ماڈل اربوں پیرامیٹرز سے کھربوں پیرامیٹرز تک تیار ہوا ہے، اور GPU کمپیوٹنگ پاور کلسٹر بھی ایک ہزار کارڈ کلسٹر سے دس ہزار کارڈ کلسٹر یا یہاں تک کہ ایک لاکھ کارڈ کلسٹر میں منتقل ہو گیا ہے۔

ایک GPU کمپیوٹنگ پاور کلسٹر دراصل بڑے پیمانے پر GPU کارڈز (GPU سرورز) کی ایک صف ہے جو اعلی کارکردگی والے نیٹ ورکس جیسے InfiniBand اور RoCEv2 کے ذریعے آپس میں جڑی ہوئی ہے۔ اس میں نیٹ ورک کی کارکردگی اور وشوسنییتا کے لیے بہت زیادہ تقاضے ہیں، جو براہ راست تربیت کی کارکردگی اور لاگت کو متاثر کرتے ہیں۔

اکیلے GPU سرورز کے نیٹ ورک پورٹ کی رفتار کے لحاظ سے، یہ پہلے ہی 400G کی ایک پورٹ سے شروع ہو چکا ہے، اور یہاں تک کہ 800G یا اس سے زیادہ کی ضرورت ہے۔

GPU سرورز کے نیٹ ورک پورٹس

پہلے، GPU کمپیوٹنگ پاور کلسٹرز DCN (ڈیٹا سینٹر نیٹ ورک) کے زمرے سے تعلق رکھتے تھے۔ اب، کلسٹر سائز کی مسلسل توسیع کے ساتھ، ہم نے تقسیم شدہ ذہین کمپیوٹنگ مراکز کو ماڈل ٹریننگ کے لیے لاگو کرنے پر غور شروع کر دیا ہے۔

کہنے کا مطلب یہ ہے کہ مختلف مقامات پر متعدد ذہین کمپیوٹنگ مراکز کو تربیت کے لیے ایک ساتھ استعمال کیا جائے گا۔

یہ ڈی سی آئی (ڈیٹا سینٹر انٹر کنکشن نیٹ ورک) کے لیے اعلیٰ ضروریات کو آگے بڑھاتا ہے، اور آپٹیکل کمیونیکیشن بیک بون نیٹ ورک کو تکنیکی کارکردگی کے لحاظ سے اس طلب کو پورا کرنے کے قابل ہونا چاہیے۔

کمپیوٹنگ پاور میں ہمارے ملک کی حکمت عملی اب بھی "قومی ہم آہنگی اور مجموعی ترتیب" کے خیال پر قائم ہے۔ فروری 2022 سے، چین نے ملک بھر میں مربوط کمپیوٹنگ پاور سسٹم بنانے کے لیے ایسٹ ویسٹ کمپیوٹنگ پروجیکٹ کا آغاز کیا ہے۔

سیدھے الفاظ میں، ایک طرف، ہمیں ڈیٹا سینٹرز کی ایک بڑی تعداد (پاور پلانٹس کے برابر) بنانے کی ضرورت ہے، اور دوسری طرف، ہمیں تقسیم کرنے کے لیے ایک مضبوط بیک بون ٹرانسمیشن نیٹ ورک (پاور گرڈ کے برابر) بنانے کی ضرورت ہے۔ یہ کمپیوٹنگ طاقت اور مختلف صنعتوں کی ضروریات کو پورا کرتی ہے۔

400G کیسے حاصل ہوا؟

موجودہ آپٹیکل کمیونیکیشن بیک بون نیٹ ورک، پوری ڈیجیٹل سوسائٹی کی بنیاد کے طور پر، متعدد خصوصیات کا ہونا ضروری ہے جیسے کہ الٹرا لارج بینڈوڈتھ (400G، مستقبل میں 800G یا یہاں تک کہ 1.6T)، انتہائی کم لیٹنسی (ملٹی لیول لیٹینسی دائرہ)، الٹرا لاج اسکیل نیٹ ورکنگ (تقسیم شدہ کمپیوٹنگ اور AI کلسٹرز کی خدمت کرنا جس کا پہلے ذکر کیا گیا ہے)، انتہائی اعلی استحکام، انتہائی اعلی وشوسنییتا، انتہائی اعلی سیکورٹی، انتہائی لچکدار تعیناتی، ذہین آپریشن اور بحالی کنٹرول، وغیرہ

آج، ہم بنیادی طور پر سب سے اہم رفتار بینڈوتھ کے بارے میں بات کریں گے۔

آپٹیکل کمیونیکیشن ٹیکنالوجی کی ترقی، رفتار میں بہتری لانے کے لیے، درج ذیل پہلوؤں پر توجہ دینے کے سوا کچھ نہیں:

سب سے پہلے، بوڈ کی شرح ہے.

ٹرانسمیشن کی شرح، جسے بٹ ریٹ بھی کہا جاتا ہے، فی یونٹ وقت میں منتقل ہونے والے بٹس کی تعداد ہے، جسے بٹس فی سیکنڈ میں ماپا جاتا ہے۔

بٹ ریٹ=باؤڈ ریٹ کو ایک ہی ماڈیولیشن حالت کے مطابق بائنری بٹس کی تعداد سے ضرب۔

بوڈ کی شرح فی یونٹ وقت کی منتقلی علامتوں کی تعداد ہے۔ باؤڈ کی شرح جتنی زیادہ ہوگی، اتنی ہی زیادہ علامتیں فی سیکنڈ منتقل ہوتی ہیں، اور یقیناً، معلومات کی مقدار اتنی ہی زیادہ ہوگی، جس سے رفتار میں اضافہ ہوتا ہے۔

باؤڈ کی شرح آپٹیکل ڈیوائس کی صلاحیت سے طے کی جاتی ہے۔ ڈیوائس چپ کا عمل جتنا زیادہ جدید ہوگا، بوڈ ریٹ اتنا ہی زیادہ ہوگا، اور بٹ ریٹ اتنا ہی زیادہ ہوگا۔

اس وقت، CMOS عمل 16nm سے بڑھ کر 7nm اور 5nm ہو گیا ہے، اور baud کی شرح آہستہ آہستہ 30+GBaud سے 64+GBaud، 90+GBaud، اور 128+ تک بڑھ گئی ہے۔ جی باؤڈ۔

موجودہ 400G تجارتی طور پر دستیاب ہے اس کی بدولت اس کی بوڈ ریٹ 128Gbaud تک پہنچ گئی ہے۔

آئیے ماڈیولیشن کے طریقہ کار پر ایک اور نظر ڈالتے ہیں۔

ابھی فارمولے میں 'ایک واحد ماڈیولیشن حالت سے مطابقت رکھنے والے بائنری ہندسوں' کا تعین ماڈیولیشن کے طریقہ کار سے ہوتا ہے۔

400G ٹیکنالوجی کی ماڈیولیشن اسکیموں میں فی الحال بنیادی طور پر 16QAM، 16QAM-PCS (PCS ایک امکانی شکل دینے والی ٹیکنالوجی ہے، جسے اگلی بار تفصیل سے متعارف کرایا جائے گا) اور QPSK، جو کہ مختلف ایپلیکیشن منظرناموں کے لیے موزوں ہیں۔

آپٹیکل کمیونیکیشن وائرلیس کمیونیکیشن سے مختلف ہے کیونکہ یہ ہائی آرڈر ماڈیولیشن کو آنکھ بند کر کے آگے نہیں بڑھاتا ہے۔

ماڈیولیشن آرڈر جتنا کم ہوگا، لائن کی ضروریات اتنی ہی کم ہوں گی، اور نیٹ ورک کی تعمیر کی لاگت اتنی ہی کم ہوگی۔ لہذا، لمبی دوری کے بیک بون نیٹ ورکس کے ابتدائی ڈیزائن کے مرحلے میں، بنیادی طور پر توجہ 16QAM اور QPSK پر تھی۔ بعد ازاں 16QAM-PCS بھی مقابلے میں شامل ہوئے۔

اس سے پہلے، "ایسٹ ویسٹ کیلکولیشن" کا کوئی ذکر نہیں تھا، اور آپریٹرز کا خیال تھا کہ 400G کو بہت لمبی دوری کی ترسیل کی ضرورت نہیں ہوگی۔ لہٰذا، زیادہ پختہ ٹیکنالوجی اور کم قیمتوں کے ساتھ کم بوڈ ریٹ والے آلات کو اپنانا، اعلیٰ ماڈیولیشن آرڈر کے ساتھ 16QAM کے ساتھ مل کر، صنعت میں مرکزی دھارے کی رائے ہے۔

بعد میں، ایک طرف، ترسیل کے فاصلے کی بڑھتی ہوئی ضروریات کی وجہ سے، یہ 1000 کلومیٹر سے بڑھ کر کئی ہزار کلومیٹر تک پہنچ گئی۔ دوسری طرف، 128GBaud baud ریٹ ڈیوائسز تیزی سے پختہ ہو گئے (DCN منظر نامے میں، 800G تیزی سے بڑھ گیا، صنعتی سلسلہ کو متحرک اور فروغ دے رہا ہے)، QPSK کے نمایاں ہونے کے حالات پیدا کر رہے ہیں۔

QPSK نان لائنیرٹی کے لیے زیادہ رواداری رکھتا ہے اور 16QAM-PCS کے مقابلے میں ان پٹ پاور کو مناسب طریقے سے بڑھا سکتا ہے۔ دوم، QPSK کی بیک ٹو بیک OSNR تھریشولڈ 16QAM-PCS کے مقابلے میں بہتر ہے۔ مزید برآں، QPSK کے چینل کی جگہ کو 150GHz پر سیٹ کرنا ٹرانسمیشن کے دوران تقریباً کوئی فلٹرنگ لاگت کو یقینی بناتا ہے۔

ان فوائد نے آہستہ آہستہ QPSK کو بیک بون نیٹ ورکس اور DCI کے لیے انڈسٹری کا پسندیدہ انتخاب بنا دیا ہے۔

تین اختیارات کا ایک موٹا موازنہ

اب، پہلے دو اختیارات کو عام طور پر شہری یا صوبائی ایپلی کیشنز کے لیے سمجھا جاتا ہے۔

تیسرا، یہ فریکوئنسی بینڈ کو بڑھانا ہے۔

بوڈ کی شرح اور ماڈیولیشن بنیادی طور پر واحد لہر کی شرح کو متاثر کرتی ہے۔ ایک فائبر آپٹک کیبل میں متعدد لہریں ہوسکتی ہیں، جب تک کہ اسپیکٹرل رینج کافی بڑی ہو۔

سنگل ویو بینڈوتھ x سنگل فائبر ویونمبر=سنگل فائبر بینڈوتھ۔

جیسا کہ پچھلے جدول میں بتایا گیا ہے، QPSK 400G کا چینل سپیسنگ 150GHz تک پہنچ جاتا ہے۔ روایتی سی بینڈ اور توسیعی سی بینڈ دونوں سپیکٹرم بینڈوتھ کی مانگ کو پورا کرنے کے لیے ناکافی ہیں۔

لہذا، C6T+L6T طریقہ آہستہ آہستہ اپنایا جا رہا ہے، جس کی کل سپیکٹرم بینڈوتھ 12THz ہے۔ حساب لگائیں، 80 لہروں اور 400G کی واحد لہر کے ساتھ، ایک فائبر کی کل صلاحیت 32T ہے۔ اگر ہم کچھ فاصلے کی قربانی دیتے ہیں اور اخراجات کو بچانے کے لیے استعمال کرتے ہیں، تو QPSK یا 16QAM-PCS کی تعیناتی صلاحیت کو مزید بڑھا کر 48T تک پہنچ سکتی ہے۔

فریکوئنسی بینڈز کے تفصیلی تعارف کے لیے، آپ یہاں دیکھ سکتے ہیں: آپٹیکل کمیونیکیشن کے لیے فریکوئنسی بینڈ کیا ہیں؟

فریکوئنسی بینڈ کو بڑھانے کے ساتھ سب سے بڑا مسئلہ یہ ہے کہ آیا ڈیوائس اس کو سپورٹ کر سکتی ہے اور کیا لاگت قابل کنٹرول ہے۔ یہاں جن آلات کا حوالہ دیا گیا ہے ان میں ITLA، CDM، ICR، EDFA، اور WSS شامل ہیں، جن میں روشنی کی ترسیل اور استقبال کے ساتھ ساتھ آپٹیکل راستوں کا تبادلہ اور توسیع شامل ہے۔

جب بات بینڈ کی توسیع کی ہو تو اس میں ایک مسئلہ بھی شامل ہے، جو کہ انضمام ہے۔

موجودہ بینڈ کی توسیع دراصل دو نظاموں (C اور L) کی ایک سادہ بائنڈنگ کی طرح ہے۔ دو نظام آزادانہ طور پر کام کرتے ہیں، ملٹی پلیکسنگ کے ذریعے منتقل ہوتے ہیں، اور پھر مخالف سرے پر تقسیم ہوتے ہیں، ہر ایک کا عمل جاری رہتا ہے۔

اگر دو نظام ہیں، تو حجم بڑا ہوگا، بجلی کی کھپت زیادہ ہوگی، اور ڈیزائن زیادہ پیچیدہ ہوگا۔ لہذا، صنعت کو اس بات کا مطالعہ کرنے کی ضرورت ہے کہ آلات کو کیسے مربوط کیا جائے اور صحیح معنوں میں ایسا نظام بنایا جائے جو ایک ہی وقت میں مختلف توسیعی بینڈز کو سپورٹ کرے۔ یعنی حقیقی انضمام کو حاصل کرنا۔

فائبر آپٹک مواصلات، آپٹیکل ماڈیولز اور آلات کے علاوہ، فائبر آپٹک پر بھی توجہ دینے کی ضرورت ہے۔

موجودہ مین اسٹریم فائبر آپٹک G.652D فائبر آپٹک ہے۔ 400G QPSK EDFA ایمپلیفیکیشن کے ساتھ G.652D پر 1500km بھی منتقل کر سکتا ہے۔

کئی سالوں کی تصدیق کے بعد، صنعت نے G.654E فائبر کو نئے جانشین کے طور پر شناخت کیا ہے۔ اگر بہتر کارکردگی کا مظاہرہ کرنے والا G.654E استعمال کیا جائے تو، انہی حالات میں، 400G QPSK کے ٹرانسمیشن فاصلے کو 30% سے زیادہ بڑھایا جا سکتا ہے۔

G. 654E فائبر آپٹک کیبل بڑے پیمانے پر پیداوار کی صلاحیت رکھتی ہے اور اسے بڑے پیمانے پر لمبی دوری کی ٹرنک لائنوں پر تعینات کیا جائے گا۔ G. 654 سیریز کے کچھ کم نقصان والے آپٹیکل فائبرز بھی سب میرین کیبل سسٹمز میں سمندروں میں طویل فاصلے تک ترسیل کے لیے ترجیحی انتخاب بن گئے ہیں۔

روایتی فائبر آپٹکس کے علاوہ۔ صنعت کا یہ بھی ماننا ہے کہ ملٹی کور ریشوں اور کھوکھلی ریشوں میں وسیع اطلاق کے امکانات ہیں۔

ملٹی کور فائبر ایک قسم کی مقامی ڈویژن ملٹی پلیکسنگ ہے، جس میں ایک فائبر میں زیادہ فائبر کور داخل کیے جاتے ہیں اور فائبر کی صلاحیت کو نمایاں طور پر بڑھانے کے لیے چند طریقوں کا استعمال کیا جاتا ہے۔

کھوکھلی فائبر آپٹک کیبلز اور بھی زیادہ متاثر کن ہیں۔ بس فائبر آپٹک کیبل کو کھوکھلا بنائیں اور گلاس فائبر کور کو ہوا سے بدل دیں۔

کھوکھلی فائبر زیادہ صلاحیت، کم تاخیر، چھوٹا ٹرانسمیشن نقصان، اور انتہائی کم نان لائنیرٹی لانے کے لیے ثابت ہوا ہے، اور صنعت کی طرف سے آپٹیکل کمیونیکیشن میں بڑے پیمانے پر سب سے زیادہ امید افزا ٹیکنالوجیز میں سے ایک سمجھا جاتا ہے۔

400G، 800G یا 1.6T کے لیے اگلا مرحلہ؟

400G کے سرکاری تجارتی پیمانے کے بعد، پوری صنعت 400G سے آگے تکنیکی معیاری نظام پر توجہ مرکوز کرے گی۔

صنعت اب بھی گہری بحث کر رہی ہے کہ آیا 800G، 1.2T، یا 1.6T کے ساتھ آگے بڑھنا ہے۔

اگر آپ تیز رفتاری حاصل کرنا چاہتے ہیں تو آپ کو "ماڈولیشن میتھڈ + بوڈ ریٹ" پر کام جاری رکھنا چاہیے۔ 130GBd، یا 260GBd پر اس سے بھی زیادہ، ناگزیر سمت ہے۔ زیادہ بوڈ ریٹ کا مطلب ہے کہ متعلقہ آلات کو برقرار رکھنا چاہیے اور ایک پختہ صنعتی سلسلہ بنانا چاہیے۔

400G سے آگے، ہم QPSK پر مزید انحصار نہیں کر سکتے۔ 16QAM ماڈیولیشن فی الحال صنعت میں ایک وسیع پیمانے پر تسلیم شدہ آپشن ہے۔

فریکوئنسی بینڈ کو مزید وسعت دینے کی بھی ضرورت ہے۔ C اور L کو پھیلانے کی بنیاد پر، S-band، U-band، E-band، وغیرہ تک پھیلانے پر غور کریں۔ اگر یہ C+L+S ہے، تو یہ 12T+5T ہے، جس کی بینڈوتھ حاصل کرنا 17THz

متعدد عوامل کے امتزاج کے ساتھ، ایک ہی سمت میں ایک ریشہ کی ترسیل کی شرح 100Tbps سے تجاوز کر سکتی ہے، جو بالکل کونے کے آس پاس ہے۔

ڈیٹا سینٹر کے اندر، 800G (100GBd، سنگل چینل 100G سے زیادہ بوڈ ریٹس پر مبنی) تجارتی طور پر دستیاب ہے۔ سنگل چینل 200G، 400G، 800G، یہ صرف وقت کی بات ہے۔ اس حوالے سے بیرون ملک ترقی تیز تر ہے۔

صلاحیت میں مسلسل اضافے کے ساتھ، اس کے سامنے آنے والے تکنیکی چیلنجز بھی بڑھ رہے ہیں۔ آپٹیکل کمیونیکیشن کی ترقی، دوسرے لفظوں میں، آلات، چپس، عمل اور مواد پر انحصار کرتی ہے۔

بجلی کی کھپت، سیکورٹی، آپریشن اور دیکھ بھال کی ضروریات کو پورا کرنے کے لیے جن کا پہلے ذکر کیا گیا ہے، یہ ٹیکنالوجی، فن تعمیر، پیکیجنگ، مصنوعی ذہانت، اور ڈیجیٹل جڑواں جیسی جدتوں کی ایک سیریز پر بھی انحصار کرتا ہے۔ صنعتی سلسلہ کے اپ اسٹریم اور ڈاون اسٹریم میں ابھی بہت کام کرنا باقی ہے۔ آگے کا راستہ ابھی بھی طویل ہے۔