海底ケーブルは毎秒200Tbps？中継器の秘密

インターネットを行き交うデータの99%は、太平洋や大西洋の底に横たわる海底ケーブルを通っている。今この記事を映している信号も、髪の毛ほどの細さのガラス繊維の中を、光となって何千キロも旅してきたものだ。最新のケーブルは1本の光ファイバーで毎秒200テラビットを超えるデータを運ぶ。4K映画に換算すれば、わずか1秒で1万本以上を送り出せる量である。 疑問はひとつ。これほど膨大な光が、太陽も届かない深海を渡ってなぜ消えずに届くのか。答えは、海の底に点々と沈められた「海中中継器」という精密機械にある。光信号を弱まる前に増やし続けるこの装置がなければ、海を越えた通信は数百キロで途切れてしまう。 ## 光ファイバー1本で毎秒200テラビット——20年で1万倍の飛躍 1990年代の海底ケーブルが運べたのは、毎秒わずか数ギガビット程度だった。それが20年あまりで20万倍近くへと跳ね上がった。この爆発的な伸びを支えた立役者が「波長分割多重(WDM)」である。 仕組みは、1本の光ファイバーに色の異なる複数の光を同時に通すというものだ。1車線の道路を赤・青・緑と色ごとの専用レーンに分け、それぞれに車を走らせる様子を思い浮かべるとわかりやすい。技術はさらに高密度な「高密度波長分割多重(DWDM)」へ進み、1本のファイバーに100以上もの光の通り道を作れるようになった。 いま登場しつつある次の一手が「空間分割多重(SDM)」だ。WDMが車線を増やす発想なら、SDMは道路そのものを束ねる発想に近い。ケーブルに収める光ファイバーのペア数を、従来の8ペアや16ペアから24ペア、32ペアへと物理的に増やす。これにより1本のケーブルの総容量はペタビット——つまり1,000テラビット級へと近づいている。世界のデータ通信量が年率30%近くで膨らみ続けるなか、この積み重ねがなければインターネットはとうに飽和していただろう。 ## 水深8,000mで25年動き続ける「海中中継器」 どれだけ太い情報の道を用意しても、光は長い距離を進むうちに必ず弱まる。その減衰を補う休憩所が海中中継器だ。太平洋を横断する長距離ケーブルでは、およそ50kmから100kmおきにこの装置が据えられている。 中継器がすることは、弱った光を元の強さに増幅し、乱れた波形を整えてふたたび送り出すこと。心臓部に収まるのは「エルビウム添加光ファイバ増幅器(EDFA)」と呼ばれる特殊な増幅器である。希土類元素のエルビウムを混ぜた光ファイバーに励起光を当てると、通り抜ける信号光がその場で強められる。電気信号に変換し直す必要がないため、高速の光通信のまま増幅できるのが利点だ。 過酷なのは、その置き場所である。中継器は水深数千メートル、日本海溝のように8,000mを超える深海にまで沈められる。凄まじい水圧がかかり、いったん故障しても気軽に引き上げて直せる場所ではない。だからこそ求められる設計耐用年数は、およそ25年。四半世紀ものあいだ、暗黒と高圧の底で狂いなく動き続ける——この信頼性こそが海底ケーブル技術の真骨頂だ。 ## スパン長——通信品質とコストを天秤にかける設計 中継器を置く間隔は「スパン長」と呼ばれ、ケーブルの性能と建設費を左右する最大の勘どころになる。50km間隔のように短くすれば、光が弱る前に増幅できるため通信品質は上がる。代わりに高価な中継器が数多く必要になり、システム全体の費用は跳ね上がる。 100km間隔のように長くとれば、中継器の数を減らして費用を抑えられる。だが信号の劣化は大きくなり、受信側で誤りが増える原因になる。目標とする品質、総距離、予算をにらみながら最適な間隔を探る——設計者が向き合うのは、この終わりのない綱引きである。 ## 「切れたらどうなる」「電気はどこから来る」に答える 深海の中継器を動かす電力は、陸の「陸揚げ局」から送られている。光ファイバーの束を囲む銅の管が電線の役割を果たし、数千ボルトの高電圧が何千キロもの海底を貫いて各中継器へ届けられる。海の底に独立した電源があるわけではない、という事実は意外に知られていない。 ではケーブルが切れたらどうなるのか。漁船の錨や海底地震、まれにサメの噛みつきが原因となり、世界では年に百件以上の障害が起きている。通信は瞬時に別ルートへ自動で振り替えられるため、利用者が断線に気づくことはほとんどない。複数の経路を張り巡らせる冗長設計が、見えないところで日常を守っている。 修理は専用の「ケーブル敷設船」が担う。障害箇所の海底からケーブルを船上へ引き上げ、傷んだ区間を切り出して新しいケーブルと接ぎ直し、ふたたび海へ戻す。深海での作業は天候にも左右され、一度の修理に数日から数週間を要することも珍しくない。 ## 容量競争の次に来るもの 伝送容量の主戦場は、すでに「光をどう詰め込むか」から「ファイバーを何本束ねられるか」へと移りつつある。SDMによるペタビット級ケーブルが現実味を帯び、海を越える情報の大動脈はさらに太くなる。 その一方で、敷設したケーブルの振動を解析して地震や津波を検知する研究も進む。情報を運ぶだけだった海底の一本が、地球を見張るセンサーへと姿を変えはじめている。深海に沈む細いガラスの糸は、これからもデジタル社会の土台であり続け、やがて防災のインフラとしても新たな役割を担っていくはずだ。