光通信の通信領域とは？テレコム・データコム・DCIの位置づけと光トランシーバーの役割

AI時代で重要性が高まる光通信インフラとは

私たちが日常的に利用するインターネット通信、動画ストリーミング、クラウドサービス。これらを支えているのが世界中に広がる「光通信」のインフラです。しかし一口に光通信といっても、その通信距離によって大きく2つのセグメントに分かれています。本稿では、光通信の2つのセグメントについて解説するとともに、その中核を担う「光トランシーバー」の重要性について説明します。

テレコムとデータコムの違いとは：光通信を支える2つの通信領域

ここ数年のAIの急速な普及にともない、通信速度の高速化が進行しています。データトラフィックも年々増加しており、特にAI需要の拡大を背景に成長が加速しています。この膨大なデータ通信量を支えているのが、2つのネットワーク領域に分かれる光通信インフラです。

光通信は、大きく「テレコム」と「データコム」の2つの領域に分かれています。テレコムは都市間・国際間を結ぶ長距離通信、データコムは、データセンター内部を担う短～中距離通信です。AI需要の拡大により、特にデータコム領域では高速通信技術の進化が加速しています。※DCI（Data Center Interconnect）の詳細は後半で解説します。

テレコムとデータコムはどう接続されているのか：光通信インフラ全体の仕組み

下図は、テレコムとデータコムを含む光通信インフラ全体の構成を示したものです。私たちがスマートフォンからクラウドサービスへアクセスする際には、長距離通信を担うテレコムとデータコムが連携しながら通信を行っています。

この2つのセグメントは、いずれも物理的に光ファイバーで接続されていますが、事業者により管轄が明確に分かれています。テレコムは日本ではNTT、米国ではベライゾンなどといった通信キャリアが管理しています。一方、データセンターはGoogle、AWS、Meta、Microsoftといった大手CSP（Cloud Service Provider）が管理しています。

両者の境界には、スイッチングやルーティングを行う装置が設置されており、セキュリティドメインの切り替えや信号形式の変換が行われます。私たちが日常的に使用している通信は、この複雑な経路を経由してデータがやり取りされています。

なぜ光トランシーバーが必要か：データセンター通信を支える役割

近年のデータ通信量は、従来の「人間が必要とするデータ量の増加」とは、まったく異なる次元の変化が起きていることです。その主因こそがAIです。AIモデルの学習では、膨大なデータセットを何度も処理する必要があります。また、学習済みモデルを使った推論処理にも、リアルタイム性が求められます。これらの処理には、従来のデータ消費とは桁違いの計算資源が必要となります。

データセンターの内部は、サーバー基板が収められたラックと呼ばれる筐体が、数万台という単位で設置されています。サーバーに搭載されるCPU、GPU、TPU自体の性能もさることながら、このサーバー基板同士、ラック同士のデータ通信速度も、AIデータセンター全体の処理性能を左右します。

これらの膨大なデータを、別のサーバー基板やラック間で高速通信させるには、光通信が必要となります。基板上の電気信号は数十cm以上の距離になると、信号劣化や電力消費が問題となります。そのため一台のサーバーラック内であっても、他のサーバー基板との通信には光ファイバーが使用されます。そのとき電気信号を、光信号へと変換する重要な機能を担っているのが、「光トランシーバー」です。光トランシーバーの基本構造や動作原理については、以下の記事で詳しく解説しています。
光トランシーバーの基礎知識と最新動向

上図は、データセンター内のReach（通信距離）と接続機器を表したものです。
これらすべての階層で、光トランシーバーの高速化が進行しています。データセンターでの通信は、現在主流の800Gbpsから、1.6Tbps、3.2Tbpsへと高速化が進んでいます。テレコム通信は、都市間・国際間を結ぶ大容量の長距離通信を担っています。近年では、AI需要の拡大を背景に、データセンター間接続（DCI）の高速化需要も高まっています。

DCI（Data Center Interconnect）需要が拡大する背景

データセンター間の通信高速化の需要が拡大している原因の一つに、近年、ハイパースケーラーがデータセンターを地理的に分散配置していることがあります。分散配置の目的は、事業の継続性を確保するためです。ワールドワイドなクラウドサービスを提供する企業は、膨大に必要となる電力の確保や、大規模停電、火災、自然災害などにより個別のデータセンターが機能停止した場合でも、サービスを継続できるよう複数拠点に分散されています。

また、最新トレンドでは、DCIの高速化により物理的に離れたデータセンターを1つのデータセンターと同レベルまで低レイテンシーで高速通信させることで、Scale Accrossと呼ばれる分散データセンターシステムとして構成しています。センター間の高速通信の需要は高まり続けているのです。

データセンター間通信（DCI）に求められる技術要件

データセンター間通信（DCI：Data Center Interconnect）は、通常10〜80km程度の距離で実装され、都市圏では複数のデータセンターが結ばれています。そのため、別の記事で解説する「Coherent通信方式」技術が注目されている領域でもあります。

AI時代に急成長する光トランシーバー市場と今後の展望

本記事で解説してきた、テレコム通信、データセンター間の通信、データセンター内部の通信、そのすべてにおいて、装置間は光ファイバーケーブルで接続されています。そして、その両端には必ず光トランシーバーが配置されています。光トランシーバーは、送信側（Tx）で電気信号を光信号に変換して送出し、受信側（Rｘ）で光信号を電気信号に変換して受信します。この双方向の「電気‐光変換」機能により、高速・長距離のデータ伝送が可能になります。光トランシーバーの市場は、特にデータセンター向けが急成長しており、AI需要の拡大を背景に、イーサネットトランシーバー市場は急成長が続いています。さらに今後1.6Tbps、3.2Tbpsへと進化していく見込みです。

光トランシーバー高速化を支える「bps」「bps/lane」「Baud Rate」の違いや、400Gbps/lane時代の技術課題については、以下の記事で詳しく解説しています。
光トランシーバーの通信性能はどう決まる？bps、bps/lane、Baud Rateの解説