טרה סנטה: השלם גדול מסך חלקיו

ידע חדש שפותח במהלך העבודה המשותפת במאגד “טרה סנטה” של לשכת המדען הראשי הביא להישג מרשים: יכולת להעביר נתונים במהירות של 1 טרה ביט לשנייה על גבי סיב אופטי למרחק של מעל 2,000 ק”מ! על המאגד ועל שיתוף הפעולה הפורה בין התעשייה לאקדמיה 

“העולם צורך יותר ויותר תקשורת נתונים וקצב הצריכה עולה בצורה אקספוננציאלית. אנשים מעבירים קבצים בהיקפים גדולים, קטעי וידאו ותמונות כבדות מאחד לשני, ומעוניינים שקצב העברת הנתונים ימשיך לגדול. 1 ג’יגה ביט לשנייה (1Gbps) לשנייה זה כבר לא מספיק”, מסביר אילן פלד, מנהל תכנית מגנ”ט (שבקרוב תהפוך לזירת תשתיות טכנולוגיות) – מינהלת של לשכת המדען הראשי, המפעילה מסלולים שונים לתמיכה בפיתוח טכנולוגיות חדשניות שיקדמו את התעשייה הישראלית.

ECI, Finisar,Multi-Phy, Cello, בזק בינלאומי ו-Tower Jazz, הטכניון ואוניברסיטאות בר אילן, בן גוריון והעברית חברו כולם למאגד טרה סנטה (Tera Santa), שסיים לאחרונה את פעילותו במסגרת מגנ”ט. המאגד הוקם בשנת 2010 עם מטרה ברורה, שממנה גם נגזר שמו – Terabit per Second. כלומר מציאת פתרון טכנולוגי שיעביר 1 טרה ביט (1Tbit) לשנייה ל-2,000 קילומטרים. לאחרונה, המאגד הצליח והדגים העברה זו למרחק של 4,600 קילומטרים, יותר מהיעד המקורי שהוצב מלכתחילה, ואף הגיע להישגים טכנולוגיים נוספים – פיתוח רכיבים אופטיים, ייצור דגמים מסיליקון, פיתוח אלגוריתמי DSP ייחודיים, בניית סימולטור רשתי ועוד.

“כיום, הקצב המסחרי להעברת נתונים בתפוצה רחבה הוא 100 ג’יגה ביט לשנייה. אמנם קצב ה-400 ג’יגה ביט מקבל ביטוי תעשייתי, אך התנופה לכיוון פיתוח ה-1 טרה ביט לא נפסקה”, מציין פלד. תקציב המאגד עמד בחמש השנים האחרונות על 77 מיליון שקלים ומדינת ישראל מימנה כ-65 אחוזים מתקציב זה.

המדען הראשי, אבי חסון: “המאגד הזה הוא דוגמה קלאסית ליתרון שניתן להשיג בשיתוף פעולה בין גופים וחברות בעלי תחומי פעילות משלימים, אשר בלעדיו לא היו מסבים לאותו שולחן. איחוד הכוחות הייחודי הזה הביא לתוצר בעל תרומה אמיתית לתשתית הטכנולוגית הישראלית והעולמית”.

פתרון טכנולוגי מתאים וזול

“רשת התקשורת בנויה בצורת עץ. הענפים הדקים ביותר, הרחוקים מהגזע, הם משתמשי הקצה הביתיים, אך ככל שמתקרבים לגזע – הענפים נעשים יותר עבים. כדי לאפשר קצב נתונים של מאות מגה ביט לשנייה למשתמשי הקצה, שדרת המערכת (הגזע) חייבת להיות מסוגלת להעביר כמה סדרי גודל יותר”, מסביר אפי ברגידה, שניהל את פעילות המאגד מטעם מינהלת מגנ”ט.

“המשמעות היא שצריך להעביר קבצים גדולים מאוד, במהירות רבה ולמרחקים גדולים, וכאן נכנס לתמונה הפיתוח של טרה סנטה. תקשורת זו מבוססת על סיבים אופטיים המעבירים נתונים בקצב מהיר. כדי לאפשר זאת, בעלויות סבירות, צריך לפתח טכנולוגיות שיוכלו לנצל את מערכת הסיבים הפרוסה בעולם ולהעלות את ביצועיהן בסדר גודל מעבר למקובל כיום”, הוא אומר. בחמש שנות קיומו של מאגד טרה סנטה, נבדקו פתרונות טכנולוגיים שונים, מוצלחים יותר או פחות, אך בשורה התחתונה – גם הפתרונות המתאימים ביותר צריכים להיות זולים לייצור כדי שהתעשייה תוכל לאמץ אותם ולעשות בהם שימוש מתמשך. אחד האתגרים הטכנולוגיים שעמדו בפני צוות טרה סנטה היה הצורך לפתח רכיבים אלקטרו-אופטיים שיכולים להעביר את המידע בסיבים האופטיים בצורה הטובה והברורה ביותר, ולהתגבר על תכונות מגבילות של הסיבים האופטיים, לדוגמה: התבדרות האור בסיב.

חיבור המחקר האקדמי לתעשייה הישראלית

“לאקדמיה הייתה תרומה משמעותית ביותר במציאת הפתרון לכך”, מבהיר פלד. “בנושא הרכיבים האלקטרו-אופטיים, לדוגמה, האקדמיה לא רק פיתחה נוסחאות וסימולציות אלא גם יצרה רכיבים פיזיים במעבדות ובמרכזי ננו, שלשכת המדען הראשי השתתפה במימונם. דגמים אלה נוצרו באוניברסיטה העברית, באוניברסיטת בר אילן ובטכניון. כל מוסד אקדמי עסק בפן אחר של הרכיבים – והתוצאה היא שיתוף פעולה איכותי ומפרה. רב-שיח בין חוקרים הוא פרמטר ייחודי המהווה מכפיל כוח”.

ההדגמה המוחשית והמדידה של הישגי המחקר נעשית בדרך כלל בתום השנה החמישית של פעילות המאגד. “בטרה סנטה, בנוסף להעברת האות דרך הסיב התת-ימי, הייתה גם הדגמה מעבדתית”, אומר ברגידה. “אמנם להדגמות פיזיות כאלה יש מגבלות, אך לצורך כך אפשר להיעזר גם בסימולטור – תוכנת מחשב המדמה את ההתרחשות לאחר שכל משתתף הכניס את החלק שלו לתוך המדגים המשותף. בעיניי, זו המהות של שיתוף הפעולה והסינרגיה בבסיסו של המאגד.

“בשונה מפרויקטים אחרים במימון המדען הראשי שבהם בודקים לאחר שנה את התקדמות המיזם שתוקצב ואושר על ידי הוועדה, מינהלת מגנ”ט מציעה ליווי צמוד הכולל מנהל ובודקים מקצועיים בתחום הרלוונטי, המשתתפים בפגישות המאגד ומוודאים ששיתוף הפעולה הנוצר בין החברות השותפות למאגד הוא פורה וסינרגטי. לא בכדי הלוגו של מגנ”ט הוא 1+1>2, כלומר, השלם גדול מסכום חלקיו.

“זה לא שיתוף פעולה שבו כל אחד אחראי על משהו אחר, אלא זהו שיתוף פעולה טכנולוגי, שבו שיתוף הפעולה הוא לא היעד אלא האמצעי להפקת הטכנולוגיה שכל חברה שותפה צריכה. לא תמיד הכל מצליח. יש פעולות שנעשו והגיעו למבוי סתום, אבל זה לא אומר שאף אחת מהחברות השותפות למאגד לא קיבלה ערך מוסף. להיפך. גם אם אין פריצת דרך טכנולוגית או שלא נוצר קשר מסחרי, לפעמים הרווח הוא בהבנה עמוקה של התהליך ודרישות הייצור שלו”, מציין פלד.

יצירת אבני בניין טכנולוגיות

“אמנם חזון המאגד היה ליצור רשתות של 1 טרה ביט, אך בראייה הרחבה מדובר ביצירת אבני בניין טכנולוגיות”, מציין אלי טוקר, שכיהן כיו”ר מאגד טרה סנטה בחלק מהתקופה. “יש צורך בקצב העברת נתונים גבוה, וכעת לתעשייה הישראלית יש תמריץ גם ליצור שירותים טכנולוגיים שונים המתאפשרים בעקבות העלאת נפח התעבורה.

“הדגש בטרה סנטה הוא על תקשורת אופטית – שיטת תקשורת שמיועדת לקיבולות גבוהות וטווחים ארוכים. מאז שנות השמונים התעשייה התפתחה מאוד, וכיום השירותים החדשים מהירים יותר. שירותי הסלולר והאינטרנט מעלים את הקצב והתקשורת האופטית מקבלת משנה חשיבות. 

“כל אחת מהחברות השותפות במאגד טרה סנטה הביאה איתה ידע אחר:ECI  היא חברת תקשורת ויצרנית מערכות; Finisar היא חברת מערכות המתמחה בתת-מערכות אופטיות; Multi-Phy היא חברת DSP ורכיבים; Cello – חברת תקשורת בתחום הסלולרי שעברה לאופטיקה; בזק בינלאומי – חברת תקשורת שנתנה למאגד גישה לסיב התת-ימי; וחברת Tower Jazz – שייצרה את הרכיבים האופטיים בסיליקון שהאוניברסיטאות פיתחו. כמו כן, הטכניון ואוניברסיטת בן גוריון פיתחו את אלגוריתמי ה-OFDM הייחודיים.

“מהרגע שהמאגד נוסד ונוצר הקשר בין החברות – הוא קיבל חיוּת משל עצמו”, ממשיך טוקר. “ECI הייתה היזם המוביל ויו”ר המאגד, אך תוך כדי תהליך העבודה נוצרו קשרים בין חברות התעשייה והאקדמיה תוך שימוש במטריית מגנ”ט. בחמש שנות הפעילות של טרה סנטה נגענו בטכנולוגיות וברכיבים שונים, באופן שיצר קבוצות עבודה ששיתפו ביניהן פעולה, בחלוקה נושאית ולא בחלוקה לפי חברות. זוהי מהות הסינרגיה. אופי העבודה הזה הניב פירות ויצר קשרים מצוינים, שרק הזמן יגיד עד כמה הם נוצלו לטובת שיתופי פעולה עתידיים. המפתח הוא עד כמה מהר טכנולוגיית ה-OFDM של טרה סנטה תתקבל בעולם.

“מאגד טרה סנטה תרם לתעשייה הישראלית בכמה מישורים: תרומה כללית של רכישת ידע וטכנולוגיה בתוך החברות לקידום פעילויות פיתוח ושיווק, חשיפת התובנות מהידע הזה, שיתוף פעולה בין חוקרים שונים ויצירת קשר הדוק בינם לבין האקדמיה, תרומה טכנולוגית לטווח קצר – שימוש באבני בניין ובסימולטור, וגם תרומה לטווח ארוך – פיתוח תפישה רשתית שתשמש את החברות בעתיד”, מסכם טוקר.

סינרגיה המובילה להישגים גדולים

“הפריצה הגדולה ביכולת לתרגם את המחקר המדעי בנושא הרכיבים ליכולת תעשייתית, הגיעה כאשר חברת טאואר ג’אז, יצרנית הרכיבים האלקטרו-אופטיים, נכנסה למאגד”, אומר אפי ברגידה, ראש תחום תקשורת בלשכת המדען הראשי. “שני הצדדים נתרמו מהקשר הזה. האקדמיה קיבלה רכיבים איכותיים, וטאואר פיתחה יכולות חדשות בתחום הסיליקון פוטוניקס, אשר הודגמו על התכנים שבמאגד.  

“המטרה היא לא ליצור מוצר מסוים המשותף לחברות המאגד, אלא שבמהלך תקופת הפיתוח המשותפת כל אחת מהחברות המשתתפות במאגד תוכל לקבל ידע וטכנולוגיות לטובת קווי המוצרים שלה. לפעמים יש גם מוצרים משותפים או שנוצרות התארגנויות בין זוגות של חברות ואקדמיה, אך זוהי אינה מטרת המאגד”, מבהיר ברגידה, ומחדד: “במאגד מפתחים את הטכנולוגיות, והסינרגיה עוזרת לכל שותף להגיע להישגים גדולים יותר מאלה שהיה מגיע אליהם אילו עבד לבד. אך בסוף המאגד, כל אחד חוזר הביתה עם הנכסים שלו.

“לחברות שלקחו חלק במאגד יש היום נכס – הידע שרכשו במהלך העבודה המשותפת. השוק נמצא היום קרוב למימוש יכולות ב-400 ג’יגה. אבני הבניין הטכנולוגיות שרכשו החברות במסגרת פעילותן במאגד, יסייעו להן משמעותית גם בתחרות של השלב התעשייתי הבא, שלב הטרה, ואני משוכנע שהחברות יעשו בזה שימושים מועילים”.