Páteř internetu

Když Facebook a Microsoft loni 21. září oznámily dokončení kabelu Marea, znamenalo to více než technický milník. S kapacitou 160 Tb/s a délkou 6 605 kilometrů je Marea nejdůležitějším kabelem svého druhu a prvním transatlantickým kabelem od splasknutí dot-com bubliny. Stal se symbolem průmyslu v procesu transformace: doba podmořských kabelů právě začala.

Datové opojení v hloubce 8 000 metrů

Podmořské kabely určují formu a výkon internetu už dvacet let. 99 procent veškerého mezinárodního datového toku a 90 procent všech datových paketů na své cestě internetem projde alespoň jednou optickým vláknem na mořském dně. A tak to také zůstane: pro překonání dlouhých vzdáleností přes vodní plochy neexistuje v současné době k podmořským kabelům žádná alternativa, a to i přes to, že to představuje obrovské technické a finanční úsilí - kabel stojí stovky milionů dolarů, plánování a výstavba trvají nejméně tři roky a miliony ročně se vynakládají na údržbu, modernizaci a opravy. Přesto je toto řešení téměř vždy levnější, spolehlivější, flexibilnější a především mnohem výkonnější než cesta dat vesmírem. Pouze pozemní kabely, například mezi Evropou a Středním východem a Asií, jsou rychlejší a levnější.

Pro srovnání: Nejrychlejší vysoce výkonné satelity (High-throughput Satellites - HTS) dosahují šířky pásma 500 Gb/s. To je pouze 0,03 % kapacity kabelu Marea - s vyššími náklady, menší flexibilitou a dvojnásobným zpožděním signálu (140ms namísto 60ms latence). V dohledné době jsou družice pouze „plánem B“ pro špatně dostupné oblasti, které nelze obsloužit jinak, a pro situace se zvláštními komunikačními potřebami, například v oblasti dopravy. To ale není práce podmořských kabelů: ty jsou jediným internetovým médiem zaručujícím masivní šířku pásma a přiměřenou spolehlivost. To z nich dělá zajímavou oblast pro velké poskytovatele obsahu, jejichž datová centra jsou skutečnými hnacími silami růstu šířky pásma. To jsou důvody, proč se do nových podmořských kabelů investují tak velké peníze.

20 000 mil pod mořem

Na mořském dně v současné době leží přibližně 430 kabelových systémů o celkové délce 1,1 milionu kilometrů. Mnohé z těchto stezek jsou dlouhé „jen“ stovky kilometrů, jiné pokrývají téměř celou planetu. Mimochodem, před pěti lety existovalo pouze 150 takových systémů.

V roce 2013 začal nový kabelový boom, poté, co následkem splasknutí dot-com bubliny mnoho kabelových společností zbankrotovalo a udržovaly se jen staré, již provozované systémy. Od roku 2016 se ale trh řádně zvedl. V tomto roce bylo položeno 100 000 kilometrů nových kabelů, rok předtím to bylo ještě jen 21 000 kilometrů. A tak by to mělo pokračovat: do roku 2020 by se mělo vybudovat 33 nových systémů, především mezi Čínou, USA, Austrálií, Indií a jihovýchodní Asií.

Podmořské kabely jsou páteří internetu. Jsou položeny tam (s výjimkou časů dot-com bubliny), kde je nejvíc potřeba širokopásmový přenos. Protože se ale tato potřeba může rychle měnit, mění se nyní i fyzická struktura internetu. „Jednotlivé společnosti mohou mít velký vliv na poptávku,“ říká odborník na podmořské kabely Alan Mauldin ze společnosti TeleGeography. „Nové aplikace, geografické umisťování datových center a nová síťová topologie“ mohou změnit globální tok dat. K ochraně proti takovým výkyvům se firmy jako Facebook, Amazon, Google, Microsoft a Tencent snaží získat větší kontrolu a spolurozhodovací pravomoci v oblasti designu, směrování a vyústění kabelů.
Pomocí svých vlastních kabelů pak sami uspokojují svou potřebu šířky pásma a spolehlivosti a navíc rozhýbávají dlouho zanedbávaný trh.

Neukojený hlad po šířce pásma

Každé dva roky se celosvětová poptávka po šířce pásma zdvojnásobí. Především cloud computing a datový provoz mezi výpočetními centry určují růst, nikoliv internet věcí, nebo dokonce Netflix, jak se často tvrdí (ty ovlivňují zejména místní datový provoz). S neustálým rozmachem výpočetních center se však také mění struktura datových potřeb. Stává se geograficky různorodější. Ale i (měnící se) kabeloví zákazníci mohou vznášet velmi odlišné požadavky na technologii připojení, dostupnost a cenu. Kabely kladené zejména v letech dot-com boomu již tyto požadavky nesplňují.

Jejich možnosti rozšíření jsou už vyčerpány. Proto se teď pokládají nové kabely - jako například Marea. Expert na podmořské kabeláže Mauldin vypočítal, že hlavní kabelové trasy přes Atlantik a Tichomoří mohou být přetíženy už za pět let. Pokud se nebude pokládat dostatek nových kabelových systémů, hrozí vznik problémových úzkých míst, poruchy a nestabilita. A běda, pokud by jeden z důležitých kabelů vypadl, protože by nějaký rybář znovu ignoroval zakázané zóny nebo by kotva vytáhla kabel ze země! Mimochodem, žraloci nenesou na poškození kabelů žádnou vinu, jak ukazují studie. Ochrana životního prostředí je zázračným bodem tohoto průmyslu. 

S předpověďmi růstu datových potřeb musíte být opatrní, protože přesný růst šířky pásma se nedá předvídat. Dokonce i jednotlivé náročné aplikace a služby mohou zapříčinit rychlý narůst poptávky nebo přesun toků dat. Skutečnost, že se velké společnosti spojují a pokládají vlastní kabely, má také dalekosáhlé důsledky. Doposud byly vynikajícími kupci šířky pásma, pronajímaly si vlnové délky, nebo dokonce celé páry optických kabelů od poskytovatelů. Mezi lety 2012 a 2016 jen Google, Facebook, Microsoft a Amazon zvýšily svou vlastní kapacitu kabelů čtrnáctkrát, říká výzkumník trhu Mauldin. To je šok pro kabelový průmysl - a znamená to zlaté časy pro výrobce kabelů, kabelové operátory a poradenské firmy.

A ještě něco jiného nutí experty na kabely přemýšlet: pronájem kabelové kapacity by se brzy stal neekonomickým. Přenosová cena dat již klesá rychleji než náklady na přenos. Kdo si nemůže dovolit vlastní kabel, může si ho půjčit někde jinde.

Na horizont a pak už dost

Po dlouhá léta byl kabelový průmysl postižen investičním šílenstvím dot-com éry. V té době bylo položeno více než milion kilometrů kabelu, a to většinou konsorcii velkých telekomunikačních společností nebo internetovými firmami s krátkou životností a postupně se tenčícími peněženkami. Nadměrná euforie, nejistota při plánování a následné ekonomické propady vedly v roce 2002 ke splasknutí kabelové bubliny. Trvalo celých 15 let, než byl položen další transatlantický kabel: Marea.

Ne že by tato branže zůstala úplně stát. Namísto kladení nových kabelů byla od roku 2003 prováděna dodatečná expanze kolem již položených kabelů - s velkým úspěchem. „V posledních letech jsme zaznamenali obrovský pokrok jak v mokré, tak v suché výstavbě,“ říká Samia Bahsounová, veteránka výstavby podmořských kabelů a zakladatelka síťové společnosti Capwave Technologies (viz rozhovor). Jako „dry plant“ jsou v této branži označovány části kabelových systémů nad vodou, jako „wet plant“ naopak úseky nacházející se pod vodou. „S novými modulacemi a metodami pro opravu chyb vzrostly datové rychlosti z 10 Gb/s na 100 Gb/s, dokonce se nám podařilo dosáhnout až 400 Gb/s na datový kanál.“ Souběžné snížení odstupu datových kanálů dramaticky zvýšilo jejich využitelný počet na jedno optické vlákno: to jsou postupy, které bylo možné aplikovat na již položené kabely.

Jednalo se o vydařený technologický posun: datové rychlosti kabelů se mohly enormně zvýšit jen výměnou hardwaru v části „dry plant“.

Mocní kabeloví dinosauři

Výsledkem byla skutečná exploze šířky pásma: dokonce i kapacita kabelových dinosaurů, jako je kabel Sea-Me-We-3, se tisíckrát zvýšila. S 39 000 kilometry délky je to stále největší kabelový systém na světě. Sahá, často rozvětveně, od severu Německa až po Jižní Koreu a Austrálii. Když byl v roce 1999 dokončen, byl navržen pro rychlost 1,12 Gb/s, od poslední aktualizace v roce 2015 přenáší až 4,6 Tb/s. Nejedná se o žádné neobvyklé navýšení šířky pásma.

To je sice ve srovnání s moderními kabely stále málo, ale lepší než nic. Když byl 30. září 2017 Sea-Me-We 3 mezi Perthem a Singapurem přerušen, opravy trvaly téměř dva měsíce. Datový provoz mezi Austrálií a Asií byl během této doby znatelně zpožděn. Až v letech 2018 a 2019 by měl být Sea-Me-We 3 nahrazen dvěma novými kabely. Budou určeny pro rychlosti 40 a 36 Tb/s. Ne všude data musejí běhat maximální rychlostí, ale je hezké mít rezervu.

Zpátky do budoucnosti

Podmořské kabely mají projektovanou životnost zhruba 25 let. Také příslušný hardware musí být odpovídajícím způsobem odolný a spolehlivý. Že by ale mohl být také přizpůsobitelný, to je docela nový nápad. Teprve noví majitelé kabelů zjistili, že kabelové systémy mohou být navrhovány rovnou jako technicky „otevřené“, místo toho, aby musely být následně přizpůsobovány hardwarovým výměnám. V roce 2015 Microsoft a další poskytovatelé cloud computingu hledali pro své aplikace základní kabelový design. V koncepci Open Cable System (také Open Line System) je od počátku naplánována průběžná adaptace na měnící se hardwarové potřeby. Jen tak by poskytovatelé cloudu mohli nabídnout „exponenciální růst a téměř dokonalou dostupnost služeb“, jak říká Jamie Gaudette, odborník Microsoftu na optické kabely.

Prvním z těchto otevřených kabelů je Marea. Poskytovatelé obsahu nyní zjišťují, jaké má vlastně výhody.

Doba podmořských kabelů

„Chceme průběžnou kontrolu sítě,“ řekl Jamie Gaudette během jedné prezentace. S kabelem Marea nyní Microsoft tuto kontrolu má. Jiní poskytovatelé obsahu si z toho vezmou příklad. Mají ale ještě další motivaci: bezpečnost. Kabely nejsou bezchybné. Pro bezpečnější transport jednoho bitu z bodu A do bodu B jsou potřeba alespoň tři kabely, tvrdí Gaudette. Ještě je toho potřeba hodně postavit.

Marea je španělské slovo a znamená příliv. Člověk by toto jméno měl chápat jako pravděpodobné oznámení: velká kabeláž světa právě teď skutečně začala.

***

Každému vlastní kabel

Od roku 2012 do roku 2016 se kabelová kapacita instalovaná největšími poskytovateli zvýšila čtrnáctkrát.

Společnost Systém Uvedení do provozu Navržená kapacita Účast
Google
Unity 2010 7,68 Tb/s Podíl
SJC 2013 15 Tb/s Podíl
FASTER 2016 60 Tb/s Podíl
Monet 2017 64 Tb/s Podíl
Tannat 2017 90 Tb/s Podíl
Junior 2017 18 Tb/s Celek
PLCN 2018 120 Tb/s Podíl
INDIGO-West 2019 36 Tb/s Podíl
INDIGO-Central 2019 36 Tb/s Podíl
Facebook
AEConnect 2016 52 Tb/s Hlavní podíl
APG 2016 54,8 Tb/s Podíl
MAREA 2018 160 Tb/s Podíl
PLCN 2018 120 Tb/s Podíl
Jupiter 2020 60 Tb/s Podíl
Microsoft
Hibernia Expres 2015 53 Tb/s Hlavní podíl
AEConnect 2016 52 Tb/s Hlavní podíl
NCP 2018 80 Tb/s Podíl
MAREA 2018 160 Tb/s Podíl
Amazon
Hawaiki 2018 42 Tb/s Hlavní podíl
Jupiter 2020 60 Tb/s Podíl

Zdroj: vlastní výzkum autora

***

Mezikontinentální izolování

V roce 2002 došlo ke splasknutí poslední kabelové bubliny. Zvláště citelné to bylo v Africe. Od roku 2015/2016 se tato branže opět celosvětově zvedá.

Rok Kabely Náklady (v mil. USD)
2010 13 2,4
2011 10 1,1
2012 22 3,3
2013 8 0,6
2014 13 0,7
2015 8 0,6
2016 14 2,4
Ohlášeno
2017 22 2,8
2018 18 4,2
Zdroj: TeleGeography

***

ROZHOVOR

Podmořské kabely hrají kritickou roli Samia Bahsounová je veteránkou výstavby podmořských kabelových systémů a zakladatelkou síťové společnosti Capwave Technologies.

* > O technologii podmořských kabelů toho víte opravdu hodně. Co je v této oblasti nového?

Od roku 2008 se základní infrastruktura pro ponorné kabely téměř nezměnila. Velký pokrok byl však dosažen v přenosových rychlostech a v počtu použitelných kanálů v pásmu C. Tento počet byl dokonce nedávno zdvojnásoben se zavedením zesilovačů pásma C + L. A díky zesílení využívajícího Ramanův jev dnes může velké množství dat překlenout „bez opakování“, a tudíž bez nutnosti dalších zesilovačů kabelové vzdálenosti vyšší než 500 km.

* > Microsoft instaloval zesilovače každých 60 až 100 kilometrů, celkem 200 kusů!

Optický zesilovač byl dlouho určujícím stavebním prvkem každého moderního kabelového systému, protože umožňoval jeho rozšíření. Dnes je to zejména LTE, které určuje rozšíření kapacity na dlouhé vzdálenosti.

* > Co pro vás znamená Marea?

Marea, ale také PLCN společností Google a Facebook, jsou prvními kabely pro přenos dat v pásmech C a L. To je to, co je činí tak silnými.

* > Jaký dopad mají Marea, PLCN nebo Faster na celé odvětví?

Poskytovatelé obsahu mění vlastnickou strukturu a využívání podmořských kabelů. Mají dostatek peněz a pobídek ke snížení nákladů na kabely a k získání kontroly nad nimi. To samozřejmě pozvedá celou technologii a urychluje vývojové cykly. Poskytovatelé jsou rychlí a podněcují tím i výrobce. Od návrhu až po instalaci potřeboval kabel Marea pouze tři roky. V minulosti trvalo pokládání pět let.

* > Co přijde dál?

Pro mého kolegu Howarda Kidorfa z Pioneer Consulting jsou zcela nové přenosové technologie (Multimode, Multi-Core vlákna) stále nedosažitelné. Místo toho očekává zlepšení napájení a kabely s více vlákny. Ale i když se blížíme k teoretickému limitu kapacity, nostalgický inženýr ve mně doufá, že někdo tam venku vyzkouší něco nového, něco, co vezme více v úvahu energetické potřeby a životní prostředí.

Foto popis| První svého druhu Podmořský kabel Marea je prvním transatlantickým kabelem za posledních 15 let. Je dlouhý 6 605 kilometrů, těžký 4 600 tun a zpočátku disponuje rychlostí 160 Tb/s. Je to milník - ale zároveň pouze začátek.
Foto popis| Větvení kabelů Nejdůležitější stavební kameny kabelového systému (zleva doprava): terminály LTE (Line Terminal Equipment ), větvicí jednotky (Branching unit), zesilovače.
Foto popis| Vnitřní měděný plášť zásobuje opakovače elektřinou; jednotlivá přerušení kabelů kompenzuje inteligentní napájení.
Foto popis| Pro svůj projekt podmořské dokumentaristiky nazvaný Deep Web Dive hledal umělec Trevor Paglen podmořské kabely, které byly údajně napojeny na NSA.
Foto autor| Foto: s laskavým svolením TE Connectivity SubCom; Microsoft Run Studios

Foto popis| Pokladači kabelů byli dříve vzácní: dnes je připraveno k nasazení na strategických místech více než 50 lodí. K přerušení kabelu dojde v průměru každé tři dny.
Foto popis| Velké kabelové lodě naloží tisíce kilometrů podmořského kabelu. V mělké vodě bývá kabel pokládán do rýhy, od hloubky 200 m je jednoduše pokládán přímo na mořské dno.
Foto popis| Nabídka a poptávka Požadavek na šířku pásma roste nejméně o 40 procent ročně. Dva nové kabely pro Evropu a Afriku měly od roku 2012 významný tržní dopad.
Foto autor| Zdroj: TeleGeography

Foto popis| V blízkosti pobřeží vytvářejí některé podmořské kabely sítě. Kabely se dělí ve větvicích jednotkách. Je třeba je předem strategicky rozmísťovat.

O autorovi| FELIX KNOKE, autor@chip.cz