JST 戦略的創造研究推進事業（ACT-X）超大容量データセンタ光ネットワークの研究開発Development of High-capacity Datacenter Optical Networks
- 事業
- JST 戦略的創造研究推進事業（ACT-X）
- 研究領域
- AI共生社会を拓くサイバーインフラストラクチャ
- 課題番号
- JPMJAX24M5
- 研究代表者
- 久野 拓真東海国立大学機構・名古屋大学
- 研究期間
- 2024年10月〜2027年3月
研究の目的
データセンタネットワークでは、AIの普及に伴って通信需要が急増しており、通信機器の省電力化が欠かせません。これまで信号の経路制御は電気スイッチで行われてきましたが、電気スイッチで繰り返される光・電気・光の変換には大きな電力を要します。本研究は、信号を光のまま経路制御する光スイッチにより、超大容量・低消費電力・高拡張性を兼ね備えたデータセンタ向け光スイッチアーキテクチャを確立することを目的としています。
研究の内容と成果
光スイッチについては、三段Closネットワークの各段に波長制御用と空間制御用の光スイッチをどのように適用するかという観点から、考えられる8通りの構成法を評価し、多段光スイッチの設計指針を示しました。提案構成に基づく試作機を用いた実験では、12,288ポート、17.2 Pb/sの大容量光スイッチを実証しました。さらに、空間スイッチと波長ルーティングスイッチにおける光信号の結合と分岐を単一のスターカプラに集約することで、光損失の累積を抑えた新しい構成を提案し、単一のスイッチング層で4,096×4,096ポート、819.2 Tb/sのスループットを実証しました。低コスト・低消費電力な強度変調・直接検波方式の光送受信器を大規模光スイッチへ適用するため、光スイッチに波長分散補償を担わせる構成も提案しています。
光送受信器のディジタル信号処理については、高速コヒーレント伝送で信号を劣化させる位相雑音に対し、二つのパイロット光を用いた位相推定方式を提案しました。また、電気デバイスの帯域制限に起因するスペクトル狭窄に対し、部分応答スペクトル整形と再帰型ニューラルネットワークによる系列推定を組み合わせた復調法を提案し、広帯域信号の高品質な伝送を可能としました。この成果は、国際会議OECC/PSC 2025においてBest Paper Awardを受賞しました。
研究成果
学術論文誌JOURNAL PAPERS3件
- Spectrum Narrowing Mitigation via Opto-Electrical Hybrid Partial-Response Spectrum Shaping and RNN-Based Sequence EstimationT. Sekizuka, T. Kuno, Y. Mori, and H. HasegawaIEICE Transactions on Communications, vol. E109-B, no. 11, November 2026.
- Low-Loss and Incrementally Expandable Flat Modular OXC for Scalable Metro-Core Optical NetworksA. Wada, T. Kuno, Y. Mori, and H. HasegawaIEEE/Optica Journal of Optical Communications and Networking, 2026.
- Three-Stage Optical Circuit Switch Architectures for Intra-Datacenter NetworkingT. Mitsuya, R. Higuchi, T. Kuno, T. Ochiai, H. Yuasa, Y. Mori, and H. HasegawaIEEE/Optica Journal of Lightwave Technology, vol. 43, no. 2, pp. 400-407, January 2025.
国際会議INTERNATIONAL CONFERENCES8件
- Split-Sideband Digital Subcarrier Multiplexing for IQ-Impairment Compensation without Inter-Subcarrier MIMOT. Kuno, T. Sekizuka, Y. Mori, and H. HasegawaEuropean Conference on Optical Communication, paper We4-P54, Málaga, Spain, September 2026.
- Network-Level Impact of EDFA Gain Fluctuations under Dynamic RWA in High-Symbol-Rate WDM NetworksT. Sekizuka, S. Shimoi, T. Kuno, H. Hasegawa, and Y. MoriEuropean Conference on Optical Communication, paper We3-A4, Málaga, Spain, September 2026.
- A 4,096×4,096 Strictly Non-Blocking Optical Circuit Switch Delivering 819.2 Tb/s via Space-and-Wavelength RoutingK. Mano, T. Sekizuka, T. Kuno, H. Hasegawa, and Y. MoriOptica Optical Fiber Communication Conference, paper M3F.3, Los Angeles, USA, March 2026.
- In-Service Laser Anomaly Detection via DSP-Enabled Optical Performance MonitoringT. Sekizuka, K. Mano, T. Kuno, H. Hasegawa, and Y. MoriOptica Optical Fiber Communication Conference, paper Th1I.1, Los Angeles, USA, March 2026.
- Low-Loss and Infinitely Scalable Flat Modular OXC for Metro-Scale Optical NetworksA. Wada, T. Kuno, Y. Mori, and H. HasegawaOptica Optical Fiber Communication Conference, paper W3A.6, Los Angeles, USA, March 2026.
- High-Port-Count Optical Circuit Switch Architecture Enabling IM/DD Transmission through Static Chromatic Dispersion CompensationK. Mano, T. Sekizuka, T. Kuno, Y. Mori, and H. HasegawaSPIE Photonics West, paper 13905-7, San Francisco, USA, January 2026.
- Spectrum Narrowing Mitigation via Optoelectrical Partial-Response Spectrum ShapingT. Sekizuka, R. Higuchi, K. Satake, T. Kuno, Y. Mori, and H. HasegawaOptoElectronics and Communications Conference / International Conference on Photonics in Switching and Computing (OECC/PSC), paper ThB1-2, Sapporo, Japan, June/July 2025.
- EEPN Mitigation by Local Oscillator Phase Isolation with Dual Pilot CarriersT. Sekizuka, T. Kuno, R. Higuchi, R. Shiraki, Y. Mori, and H. HasegawaSPIE Photonics West, paper 13374-18, San Francisco, USA, January 2025.
国内学会・研究会DOMESTIC CONFERENCES4件
- 空間・波長ルーティングを用いたデータセンタ向け大規模光スイッチ眞野 幸希，關塚 太成，久野 拓真，長谷川 浩，森 洋二郎電子情報通信学会 フォトニックネットワーク研究会 学生ワークショップ，pn2026-stws-14，沖縄，2026年3月．
- 位相で診るレーザ異常 ～ディジタル信号処理による稼働中監視手法～關塚 太成，眞野 幸希，久野 拓真，長谷川 浩，森 洋二郎電子情報通信学会 フォトニックネットワーク研究会，PN2025-49，沖縄，2026年3月．
- 空間・波長混成型光スイッチ構成におけるIM/DD方式の適用性評価眞野 幸希，關塚 太成，久野 拓真，森 洋二郎，長谷川 浩電子情報通信学会 ソサイエティ大会，B-12-11，岡山，2025年9月．
- スペクトル狭窄を緩和する光電気ハイブリッド信号処理手法關塚 太成，樋口 怜治，佐竹 風人，久野 拓真，森 洋二郎，長谷川 浩電気・電子・情報関係学会 東海支部連合大会，D1-5，長野，2025年9月．
受賞AWARDS1件
- T. Sekizuka, R. Higuchi, K. Satake, T. Kuno, Y. Mori, and H. Hasegawa, Best Paper Award, OptoElectronics and Communications Conference / International Conference on Photonics in Switching and Computing (OECC/PSC), July 2025.