Oportunidades e Oportunidades e Oportunidades e Oportunidades e DesafíosDesafíosDesafíosDesafíospara a Indústria de para a Indústria de para a Indústria de para a Indústria de

Equipamentos... Equipamentos... Equipamentos... Equipamentos... [para comunicações ópticas][para comunicações ópticas][para comunicações ópticas][para comunicações ópticas]

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Equipamentos... Equipamentos... Equipamentos... Equipamentos... [para comunicações ópticas][para comunicações ópticas][para comunicações ópticas][para comunicações ópticas]

Hugo L. Fragnito

Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia Fotônica para Comunicações Ópticas INCT - Fotonicom

Centro de Pesquisa em Óptica e Fotônica da Unicamp CePOF-UnicampUnicamp – IFGW, Campinas, 13083-970, SP, Brazil

17 May 2011 1

Oportunidades para os próximos 5 anosOportunidades para os próximos 5 anosOportunidades para os próximos 5 anosOportunidades para os próximos 5 anos

(para empresas já consolidadas)(para empresas já consolidadas)(para empresas já consolidadas)(para empresas já consolidadas)

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FTTH Fiber-To-The Home● Componentes passivos (Passive Optical Networks) e at ivos (Terminais

Ópticos,... ) ---- Volume de vendas

Sistemas de 100 Gb/s● FPGAs (Fully Programable Gated Arrays), 60 portas de 10 Gb/s, 16 portas de

28 Gb/s, software proprietário ..... Margens de lucro

....

... mas isto é para manter competitividade...

As grandes oportunidades vêm em 10-20 anos (e fruto de investimentos em P&D no presente) – Quais tecnologias poderão ser importantes?

10/05/2010 2

Capacidade das fibras ópticasCapacidade das fibras ópticasCapacidade das fibras ópticasCapacidade das fibras ópticasCapacidade das fibras ópticasCapacidade das fibras ópticasCapacidade das fibras ópticasCapacidade das fibras ópticas

A capacidade dos sistemas de comunicação óptica aum entou 1 milhão de vezes (de Mb/s para Tb/s) em 30 anos ● e custo de transmissão por bit diminuiu ~ pelo mesm o fator ● Cem vezes por década● E nas próximas décadas? ● Quais tecnologias viabilizarão o crescimento da Inte rnet?● A Internet seria impossível sem a rede mundial de f ibras ópticas● .... e sem lasers de diodo, amplificadores ópticos, DWDM,...

3

74 78 82 86 90 94 98 02 06

10

1/1000

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Cap

acity

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ce (

bit.k

m/s

)

year

PETA

TERA

GIGA

MEGA

FEC (>1999)

0.8 µm MMF1.3µm SMF

1.5µm DSFcoherent

100

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10 every 4 years×

EDFAWDM

DM, C+L

1000

© J.Wiley & Sons, Inc., 2004

Raman

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FEC (>1999)

0.8 µm MMF1.3µm SMF

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EDFAWDM

DM, C+L

1000

© J.Wiley & Sons, Inc., 2004

Raman

Evolution of telecommunications (Emmanuel Desurvire, 2006).

x 105 em 20 anos

kbps

x104 em 20 anos

CrescimentoCrescimentoCrescimentoCrescimento dadadada bandabandabandabandaCrescimentoCrescimentoCrescimentoCrescimento dadadada bandabandabandabanda

A. Carter (CISCO), Access Market and Technologies , OIDA Future of Optical Communications Forum, 7-8 th Nov. 2007

10/05/2010 4

2031: 100 a 1000 vezes a capacidade de 2011?2031: 100 a 1000 vezes a capacidade de 2011?2031: 100 a 1000 vezes a capacidade de 2011?2031: 100 a 1000 vezes a capacidade de 2011?2031: 100 a 1000 vezes a capacidade de 2011?2031: 100 a 1000 vezes a capacidade de 2011?2031: 100 a 1000 vezes a capacidade de 2011?2031: 100 a 1000 vezes a capacidade de 2011?

Problemas tecnológicos:● Hoje usamos até 80 lasers/fibra – poderemos colocar 8000 lasers?

Problema imobiliário● Onde vamos hospedar tantos equipamentos?

Problema de consumo de energia● Hoje consumimos 1% da energia disponível em telecom unicações● Quanto mais opticalizarmos tudo, menor será o consumo de energia (os

roteadores eletrônicos são os grandes vilões)

Problema de recursos humanos● Quem vai formar (~ 2000/ano) profissionais altament e qualificados?

Custo: problema enorme● Hoje o setor de telecomunicações (USD 4 Tri) é ~ 7 % do PIB mundial

Grandes desafios para a Internet Óptica (e para os computadores do futuro)

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DWDM equipment todayDWDM equipment todayDWDM equipment todayDWDM equipment todayDWDM equipment todayDWDM equipment todayDWDM equipment todayDWDM equipment today

$ 20 thousand/channel

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50 kW

X 100 X 100 X 100 X 100 X 100 X 100 X 100 X 100

100 m2 footprint (3 bedrooms apartment)

Just for WDM equipment:$ 100 million (at ~every node in the network)

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NanofotônicaNanofotônicaNanofotônicaNanofotônicaNanofotônicaNanofotônicaNanofotônicaNanofotônica

Compatível com tecnologia de fabricação de chips

10/05/2010 9

10 DWDM transmitters/receivers in an InP chip (Infinera)

4 mm

NanoturizaçãoNanoturizaçãoNanoturizaçãoNanoturizaçãoNanoturizaçãoNanoturizaçãoNanoturizaçãoNanoturização

Circuitos de Fotônica Integrada:� Espaço físico (ultra-compactos)� Consumo de potência (menos cobre)� Custo (produção em massa e em //)

10/05/2010 10

Silicon nanophotonic chips from Cornell University tested in KyaTera testbed (Campinas)

DispositivosDispositivosDispositivosDispositivos nanofotônicosnanofotônicosnanofotônicosnanofotônicos testadostestadostestadostestados emememem campocampocampocampoDispositivosDispositivosDispositivosDispositivos nanofotônicosnanofotônicosnanofotônicosnanofotônicos testadostestadostestadostestados emememem campocampocampocampo

30 µm

DWDM filter

ReceiverCHIPKyaTeraNetwork

λλλλ1 1 1 1 λλλλ2 2 2 2 λλλλ3333 λλλλ4 4 4 4 ... λ... λ... λ... λn

λλλλn

DWDM 10 Gb/s Transmitters

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λλλλ3333

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NanofotônicaNanofotônicaNanofotônicaNanofotônica nananana UnicampUnicampUnicampUnicampNanofotônicaNanofotônicaNanofotônicaNanofotônica nananana UnicampUnicampUnicampUnicamp

Lasers integrados;

InGaAsP/InP microdisk

resonators

5/17/2011 Centro de Componentes Semicondutores – UNICAMP www.ccs.unicamp.br 12

Oportunidades para 10Oportunidades para 10Oportunidades para 10Oportunidades para 10----20 anos20 anos20 anos20 anosOportunidades para 10Oportunidades para 10Oportunidades para 10Oportunidades para 10----20 anos20 anos20 anos20 anos

Possíveis caminhos tecnológicos:

Óptica integrada na escala nanométrica (centenas de lasers, moduladores, amplificadores, receptores... em um ch ip)

Além disso...

Fibras multi-núcleos e multi-modo

Formatos de modulação avançados centenas de bits/s/ Hz (1024 QAM,...)

Amplificador com 500 nm de largura de banda, que ocu pe 5 mm 2, com 90% de eficiência, custo $10

Em fim, ... Idéias que promovam diminuição substanc ial de consumo, tamanho e custo e aumento substancial de largura b anda

10/05/2010 13

Oportunidades para a fotônicaOportunidades para a fotônicaOportunidades para a fotônicaOportunidades para a fotônicaOportunidades para a fotônicaOportunidades para a fotônicaOportunidades para a fotônicaOportunidades para a fotônica

Prediction is very difficult, especially if it’s ab out the future . (Niels Bohr, 1922 Nobel Prize in Physics)

O tráfego Internet deverá crescer mais de 100 vezes (talvez mais de 1000 vezes) nos próximos 20 anos. ● A tecnologia disponível hoje no escala por esses fa tores ● Não sabemos quais tecnologias poderão permitir esse aumento…

Tecnologias de ruptura serão necessárias● Nano-fotônica, multicaminhos, óptica não-linear, me tamaterials

estructurados...

Visões:Nanoturização : para reduzir tamanho dos equipamentosFibras e interconexões ópticas: p/aliviar o problem a de consumo de potênciaÓptica Integrada: p/aliviar o problema de custo

Grandes oportunidades para indústria de equipamento s

10/05/2010 14

Obrigado!Obrigado!Obrigado!Obrigado!Obrigado!Obrigado!Obrigado!Obrigado!

17 May 2011 15

Conteúdo Gerado pelo Usuário: ImagensConteúdo Gerado pelo Usuário: ImagensConteúdo Gerado pelo Usuário: ImagensConteúdo Gerado pelo Usuário: ImagensConteúdo Gerado pelo Usuário: ImagensConteúdo Gerado pelo Usuário: ImagensConteúdo Gerado pelo Usuário: ImagensConteúdo Gerado pelo Usuário: Imagens

A. Carter (CISCO), Access Market and Technologies , OIDA Future of Optical Communications Forum, 7-8 th Nov. 2007

x1019 em 20 anos

(June 2006)

YouTube gera 250 petabytes/mês (ou 770 Gb/s) [PC Ma gazine, Nov 2007](~24% de aumento mensal)

Video & Audio streaming 13% do tráfego IP em 2008 ……. 27 % em 2009

(YouTube foi criado em Fevereiro de 2005)

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Eventualmente, o tráfego gerado por imagens irá exaurir a capacidade das fibras ópticas

Cadeia de Integração vertical das Telecomunicações por fibra óptica

Materiais

Sub-montagensDispositivos

Componentes

Equipamentos

Sistemas

Serviços

Passos Exemplos

Vidros ópticos, semicondutores

Módulos de ganho Acopladores, lasersGuias de onda, Fibras

Rx, Tx, transponders, MUX, DWDM, conversor de media

Redes

Operadoras de Telefonia, TV a cabo, Internet, Redes corporativas

Clientes

Usuário final

Operadoras, Provedores de serviços

Operadoras,Integradores

Indústrias montadoras

Indústrias de base, Fabricante de componentes

TelecomunicaçõesTelecomunicaçõesTelecomunicaçõesTelecomunicaçõesTelecomunicaçõesTelecomunicaçõesTelecomunicaçõesTelecomunicações

17 May 2011 17Domínio tecnológico no Brasil

Nenhum Completo

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Cadeia de Integração vertical das Telecomunicações por fibra óptica

Materiais

Sub-montagensDispositivos

Componentes

Equipamentos

Sistemas

Serviços

Passos Exemplos

Vidros ópticos, semicondutores

Módulos de ganho Acopladores, lasersGuias de onda, Fibras

Rx, Tx, transponders, MUX, DWDM, conversor de media

Redes

Operadoras de Telefonia, TV a cabo, Internet, Redes corporativas

Clientes

Usuário final

Operadoras, Provedores de serviços

Operadoras,Integradores

Indústrias montadoras

Indústrias de base, Fabricante de componentes

TelecomunicaçõesTelecomunicaçõesTelecomunicaçõesTelecomunicaçõesTelecomunicaçõesTelecomunicaçõesTelecomunicaçõesTelecomunicações

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ConteúdosM-Media, Youtube, IPTVRedes sociais, FacebookE-mail,...

Usuário final(cliente e gerador)

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Óptica Integrada (Óptica Integrada (Óptica Integrada (Óptica Integrada (nanonanonanonano----fotônicafotônicafotônicafotônica))))

Na indústria de computadoresNa indústria de computadoresNa indústria de computadoresNa indústria de computadores

Óptica Integrada (Óptica Integrada (Óptica Integrada (Óptica Integrada (nanonanonanonano----fotônicafotônicafotônicafotônica))))

Na indústria de computadoresNa indústria de computadoresNa indústria de computadoresNa indústria de computadores