200 & 400 ギガへの対応準備(および実装)

2018 年 8 月 15 日/一般

ビッグ・データに対応した高帯域幅に対する需要増加により、イーサネット速度の高速化が求められています。2004 年に登場した 10 ギガは、2010 年の 40 ギガ(10 Gbps の 4 本で送信、4 本で受信する 40GBASE-SR4)、そして 100 ギガ(10 Gbps の 10 本で送信、10 本で受信する 100GBase-SR10)へと移行し、高速化が進んでいます。

In 2014, IEEE standards that transmit 25 Gbps per lane led to the introduction of 100 Gig over just 8 fibers (100GBASE-SR4). これによりさらに高速化が進み、2017 年後半に IEEE は、200 ギガおよび 400 ギガの 802.3bs 規格を正式に承認しました。

大規模なハイパースケール・データ・センターでは既にこれらの次世代速度を導入しており、800 ギガの検討も始まっています。これに伴い、クラウドやコロケーション・データ・センターでも対応準備が進められています。一部の企業環境では 200 ギガや 400 ギガが検討されています。この機会に、これらの速度を達成するためのさまざまな方法、そして実装とテストにおける留意事項について説明したいと思います。

すべて対応する 7 つの規格

200 ギガおよび 400 ギガを実行するにあたって、IEEE は、データ・センター内の短距離リンクやサービス・プロバイダーの屋外環境の長距離リンクなど、多様なアプリケーションをサポートするためにあらゆる角度から考えられる限りの方法をすべて検討する必要がありました。複数の平行光ファイバーと MPO コネクターを使用して 1 レーンあたり 25 Gbps を実現する方法は、データ・センターのマルチモード・ファイバーを使用した短距離リンクで既に確立されていたため、IEEE は、32 芯 MPO(25 Gbps の 16 本で送信、25 Gbps の 16 本で受信)を使用して簡単に 400 ギガをサポートすることができました。

 

While 400GBASE-SR16 enables 400 Gig over 70 meters of OM3 multimode fiber and over 100 meters of OM4 multimode fiber, when it came down to cost and density, it became clear that 32 fibers did not have large market appeal, especially for longer links. このため、IEEE は、エンコード・スキームをシンプルな 2 レベル NRZ (Non-Return-to-Zero)から 4 レベル PAM4(パルス振幅変調)に変更し、レーンあたりのデータ・レートを 50 Gbps に増加することによって、よりコスト効果の高い方法を定義する必要がありました。PAM4 は高度な機器を必要としますが、レーンあたりの容量を倍増することができます。

技術の進歩によっても、レーンあたり 100 Gbps のデータ・レートが可能になったほか、異なる波長を使って 1 本の光ファイバーに複数の信号を伝送する高度な短波長分割多重(WDM)技術も登場しました。こういった技術的進歩により、IEEE 802.3bs 規格は NRZ、PAM4、および WDM 技術を取り入れて、 70メートル~ 10 キロメートルの以下のような多様な200 ギガ/ 400ギガ・アプリケーションをサポートしています。

  • 400GBASE-SR16 は、NRZ 信号と 16 の平行レーン(25 Gbps)を使用して、最長 100 メートルのマルチモード・ファイバーで 400 ギガをサポートします。
  • 200GBASE-DR4 and 400GBASE-DR4 use PAM4 signaling and 4 parallel lanes at 50 and 100 Gbps respectively to deliver 200 and 400 Gig on up to 500 meters of singlemode fiber.
  • 200GBASE-FR4 および 400GBASE-FR8 は、PAM4 信号、4 つと 8 つの WDM レーン(50 Gbps)を使用して、最長 2 キロのシングルモード・ファイバーで 200 ギガおよび 400 ギガをサポートします。
  • 200GBASE-LR4 および 400GBASE-LR8 は、PAM4 信号、4 つと 8 つの WDM レーン(50 Gbps)を使用して、最長 10 キロのシングルモード・ファイバーで 200 ギガおよび 400 ギガをサポートします。

今後のマルチモードの使用

短距離のデータ・センター・リンクの場合、400GBASE-SR16 の光学特性(および挿入損失要件)は、既存の 100GBASE-SR4 と全く同じです。このため、後方互換性を維持し、4 つの 400 ギガ・ポートで 100 ギガ・ポートを構成することができますが、残念ながら、32 芯 MPO コネクターを使用し、ケーブル配線密度の要件を満たす必要があることがら、業界の専門家のほとんどは、この規格が実装されることは少ないであろうと予測しています。

Before you start thinking that this will mean the end of multimode fiber, IEEE 802.cm standard for 400 Gbps over multimode is currently in development and includes 400GBASE-SR8 that uses a total of 16 fibers with 8 fibers transmitting and 8 fibers receiving at 50 Gbps to deliver 400 Gig on up to 100 meters of multimode. また、広帯域マルチモード・ファイバー(OM5)ごとに 2 つの波長を使用し、ファイバー数の合計を 8 本 (50 Gbps の 4 本で送信、4 本で受信)に減らす SWDM オプションも盛り込まれています。

While these new developments will allow some to leverage their existing multimode fiber plants, and drive adoption of wide-band multimode OM5 for others, the short-reach singlemode options of 200GBASE-DR4 and 400GBASE-DR4 that deliver 200 and 400 Gig on up to 500 meters of singlemode fiber will give multimode a run for its money. より大規模なデータ・センター、特にハイパースケール、クラウド、コロケーション環境では、マルチモードでサポートされる 100 メートルでは十分な距離を確保できない可能性があります。かつてのデータ・センターは、2 万 3000 平方メートルで大規模データ・センターと考えられていましたが、現在は 18 万 5800 平方メートル以上に拡大しています。これら環境ではほとんどの場合、短距離のシングルモード・アプリケーションを使って、コストと距離の最適なバランスを取ることができます。

これまでと変わらないテスト

光ファイバー・リンクを認証する際、Tier 1 認証ではリンク全体の挿入損失を測定します。これまで説明してきたように、損失が大きすぎると、信号は適切に遠端に到達しません。これを防ぐために、光ファイバー・アプリケーションには、それぞれ異なる最大挿入損失要件が設けられています。

40 ギガ/100 ギガから 200/400 ギガに移行しても、挿入損失が性能に大きな影響を与えることに変わりはありません。したがってこれまでと同様に、光ファイバーの種類、挿入損失のテスト・リミット値を選択して(またカスタム・リミットを設定して)、テストを行う必要があります。フルーク・ネットワークスの CertiFiber® Pro 光損失試験セットと MultiFiber™ Pro パワー・メーターを使うと、デュプレックスおよび 8 芯光ファイバーの導入(分割型ファイバーについては、ブログを参照してください)を簡単にテストすることができます。

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