マルチコアファイバー — NEC/NTTが拓くペタビット海底ケーブルの未来

海底ケーブルの伝送容量は過去 20 年で 1,000 倍以上に増加した。しかし、今のファイバー技術には 物理的な容量限界 が迫っている。この壁を突破する鍵が、マルチコアファイバー（MCF）技術だ。日本の NEC と NTT がこの分野で世界をリードしている。

シングルコアの限界 — シャノン限界

現在の海底ケーブルは、1 本のガラスファイバーに 1 つのコア（光の導波路）を持つシングルコアファイバーを使用している。波長多重（WDM）技術——1 本のコアに異なる色（波長）の光を数十〜数百本同時に通す技術——の進化により、容量は飛躍的に増えてきた。

しかし、どんなに技術を改良しても超えられない物理的な壁がある。それが シャノン限界（情報理論における通信容量の上限）だ。シングルコアファイバーの理論上の上限は約 100〜150Tbps。現行の最新ケーブル（JUNO の 350Tbps は 16 ファイバーペアの合計）は、すでにこの限界の圏内に入り始めている。

AI データセンター間の通信需要は年率 30〜40% で増加しており、このままではファイバーの本数を増やし続けるしかない。だがケーブルの直径と中継器のサイズには物理的な限界がある。

マルチコアファイバーとは

MCF の発想はシンプルだ。1 本のファイバーの中に複数のコアを配置する。従来の「1 ファイバー = 1 コア」を「1 ファイバー = 4〜12 コア」にする。

• 4 コア MCF: 同じファイバー径で容量が約 4 倍
• 12 コア MCF: 容量が約 12 倍
• 19 コア MCF: 研究段階では 19 倍 の実証も

各コアは独立した光信号を伝送する。この技術カテゴリは SDM（Space Division Multiplexing: 空間分割多重） と呼ばれ、WDM（波長多重）に続く「次の次元」として位置づけられている。

ファイバーの外径は従来と同じ 125μm（髪の毛の太さ程度）に収める設計が主流。つまり、既存のケーブル構造を大きく変えずに、容量だけを数倍に引き上げられる可能性がある。

NEC と NTT の実証成果

日本の NEC と NTT は、MCF 海底ケーブルの研究開発で世界の最先端にいる。主な実証成果:

• 2022 年: 4 コア MCF で 7,280km の長距離伝送に成功。1 ファイバーあたり 319Tbps を達成（シングルコアの約 3〜4 倍）。太平洋横断に相当する距離で実用性を実証
• 2023 年: 12 コア MCF で 1 ファイバーあたり 1.2Pbps（1,200Tbps）の伝送に成功（短距離）。ペタビット伝送が理論上可能であることを示した
• SDM 対応中継器: 複数コアを同時に増幅する新型EDFAの開発に成功。従来は 1 コアにつき 1 つの増幅器が必要だったが、MCF 対応の統合型増幅器でコスト・サイズを抑制

この技術は Taihei 等の次世代ケーブルへの適用が検討されている。

ペタビット時代への道筋

MCF と最新の WDM 技術を組み合わせることで、1 本の海底ケーブルで 1 ペタビット（1,000Tbps）超え が現実味を帯びている。具体的な計算:

• 4 コア MCF × 24 ファイバーペア × 各コア 15Tbps = 1,440Tbps ≈ 1.4Pbps
• 12 コア MCF × 16 ファイバーペア × 各コア 10Tbps = 1,920Tbps ≈ 1.9Pbps

現行最先端（JUNO: 350Tbps）の 4〜6 倍。2030 年代前半にはペタビット級ケーブルの商用運用が始まる見通しだ。AI データセンター間の膨大なデータ転送需要に応えるには、この容量増が不可欠になる。

実用化への課題

MCF の実用化には、いくつかの技術的・経済的ハードルが残っている。

• クロストーク（コア間干渉）: 隣接するコアの光信号が干渉し合う問題。コア間距離の最適化と信号処理（MIMO）技術で対応。長距離（数千 km）ではクロストークが蓄積するため、中継器での補正が鍵
• 中継器の複雑化: 4 コアなら増幅回路も 4 系統必要。中継器のサイズ・消費電力・コストが増加する。統合型増幅器の開発が急務
• 製造コスト: MCF の製造は従来のシングルコアより工程が複雑。量産技術の確立とコスト低減が商用化の条件
• 既存インフラとの互換性: 陸上の光通信機器との接続インターフェースの標準化が必要

しかし NEC と NTT の研究開発は着実に進んでおり、4 コア MCF については商用レベルの信頼性が確認されつつある。日本がこの分野で世界をリードしていることは、海底ケーブル業界における日本の存在感をさらに高めている。