25G Ethernetと40G Ethernetの違いとは？

クラウドおよびデータセンターネットワークでは、AIワークロード、仮想化、5Gサービスの成長による負荷に対応するため、アップグレードが加速しています。帯域幅に対する需要が増え続ける中、10Gから100G、さらにその先への進化はほぼ避けられません。この過程では、10G→25G→100Gと10G→40G→100Gという2つの主要なアップグレードパスが、現在のイーサネット進化の主要な軌道を共に形成しています。

25GbEと40GbEはいずれも従来の10GbEからの円滑な移行を可能にしますが、技術的な実装、拡張性、全体的なコスト構造に違いがあります。本記事では、技術的特性、コストとエネルギー効率、拡張性、代表的な用途、進化戦略の観点から25G Ethernetと40G Ethernetを比較し、ネットワークアーキテクチャの計画やアップグレード経路の選定に役立つ指針を提供します。

25G Ethernetと40G Ethernetの比較：技術概要

25GbEと40GbEの根本的な違いは、主にチャネルアーキテクチャにあります。

25G Ethernet (IEEE 802.3by)は通常、SFP28モジュールを使用し、各ポートは約25.78GHzのSerDesレートに対応する単一の25Gbpsチャネルを使用します。このシングルチャネル構造は比較的シンプルで、信号経路がより合理化され、ポートレベルの処理効率が向上しています。

40G Ethernet (IEEE 802.3ba) は、以下に依存しています QSFP+トランシーバー、4つの並列10Gbpsチャネルを通じて合計40Gbpsの帯域幅を実現し、約10.31GHzで動作する4つのSerDesを必要とします。このソリューションは技術的に成熟していますが、マルチチャネル並列設計のため、全体的なアーキテクチャがより複雑になり、チャネルごとの帯域幅利用が比較的分散します。

全体として、25G EthernetのシングルチャネルSerDes設計は、スイッチ機器におけるポート密度と帯域幅利用率の向上を容易にします。40Gソリューションは10G技術を基盤としているため複雑性は低くなりますが、効率性や拡張性はそれほど高くありません。これらの違いは、その後のコスト、拡張能力、導入の選択肢に影響します。

25GbEと40GbEの比較：コストと拡張性

消費電力とポート密度については、次のとおりです:

25GbE シングルチャネルSerDes設計を採用しているため、ポート当たりの消費電力と発熱量が少なくなります。これにより、スイッチは同じスペースにより多くのポートを搭載でき、スペースを有効活用しながら帯域幅1 Gb当たりのコストを削減できます。一方、40GbEは4x10Gのパラレルチャネルによって帯域幅を確保するため、ポート当たりにより多くのSerDesと回路リソースが必要です。その結果、消費電力の増加と熱管理上の課題が生じ、搭載可能なポート数が制限され、必然的に1 Gb当たりのコストが増加します。

ハードウェアコストについては、25GbEは成熟したSFP+/SFP28パッケージフォームファクターを活用しており、10Gb時代のサプライチェーンと設計ノウハウを全面的に再利用できます。これにより、モジュールおよび関連ハードウェアのポートあたりのコストを管理しやすくなり、ネットワークのアップグレードも容易になります。一方、40GbEはQSFP+モジュールと新しいコンポーネントを使用します。その技術方式は成熟していますが、初期費用とポートあたりのコストは25GbEより高くなります。

ケーブル配線と接続には、25GbEでは通常、LC二芯光ファイバーまたは 25G DACケーブル. 多くの場合、大幅な変更を加えることなく既存の10Gケーブルシステムを再利用できるため、ケーブル配線コストを抑え、導入を簡素化できます。40GbEでは主にMPO/MTP多芯トランクケーブル（例：12芯）が使用されますが、標準のLCインターフェースには対応していません。そのため、多くの場合、ケーブル配線インフラの新設や再構成が必要となり、プロジェクトへの投資額や導入障壁が高くなります。

拡張性とパフォーマンスについて： - 25GbEのシングルチャネルアーキテクチャは、ポート当たりのエネルギー効率と帯域幅利用率が高く、リンク効率も上位層バスに近い水準です。4つの25Gチャネルを組み合わせることで、100Gへ容易にアップグレードできます。4x10Gアーキテクチャに基づく40GbEソリューションは、リンク当たりの帯域幅が40GbEより低くなります。また、さらなる高速化には通常、システム設定またはケーブルの変更が必要になるため、25Gベースのアプローチより柔軟性に欠けます。

25G Ethernet対40G Ethernet：アプリケーションシナリオの比較

40G Ethernetは、従来のアグリゲーションおよびバックボーン用途で今なお広く使用されています。しかし、新規構築や大規模なアップグレードプロジェクトでは、25Gが推奨ソリューションになりつつあります。25G Ethernetは、データセンターのトップオブラック（ToR）導入におけるサーバーアップリンク、AIクラスタのアクセスレイヤー、クラウド／エッジノードの導入など、エネルギー効率と拡張性を重視する高密度環境により適しています。既存のケーブルインフラストラクチャを活用しながら、10Gからのスムーズなアップグレードパスを実現し、より高いポート密度、Gbit当たりの低コスト、優れたエネルギー効率を提供します。また、5Gフロントホールなど、高帯域幅と低遅延が求められるシナリオにも適しています。

40G Ethernetは、確立された長期運用ネットワークでより広く普及しています。データセンターのアグリゲーション層およびコア層、キャンパスネットワーク、メトロポリタンエリアネットワークにおいて、複数の10Gリンクを組み合わせ、安定した広帯域のバックボーン伝送を実現します。このような場合、既存の40Gスイッチおよび光モジュールのインフラストラクチャは依然として重要な投資資産であり、100G、400G、さらにはそれ以上の速度へ移行するまでの移行層として機能します。総じて、25G Ethernetは将来を見据えた高密度導入により適しています。一方、40G Ethernetは従来型システムおよびアグリゲーション層で引き続き基盤的な役割を果たし、段階的なアップグレードに向けた緩衝機能と互換性を確保します。

25G Ethernetと40G Ethernetのどちらを選ぶべきか？

25Gと40G Ethernetのどちらを選ぶかは、具体的なネットワーク要件によって異なります。25G SFP28はサーバー接続により適しています。一般的なサーバーのネットワークインターフェースカードの速度と相性が良く、同じスペースでより多くのポートを提供でき、ギガビット当たりのコストも低くなります。主な重点がスイッチ間の高帯域幅アップリンクにある場合、または既存のネットワークですでにQSFP+機器が大規模に導入されている場合は、短期的には40Gソリューションを継続する方がスムーズです。

ケーブル配線とインフラストラクチャの観点では、既存の10Gケーブルと配線システムを可能な限り再利用することが目標である場合、25Gにはより大きな利点があります。ほとんどの場合、25Gへアップグレードすれば、現在のLCデュプレックスファイバーまたは銅線DACを再利用できます。これにより、再配線の費用を節約し、より迅速に稼働を開始できます。一般に、40GはMPO/MTP多心ファイバーケーブルを使用するため、新しいバックボーン配線が必要です。これにより、計画と施工の複雑さが増します。拡張性に関しては、25Gは4x25Gを介して自然に100Gへ発展し、次の100Gおよび400Gネットワークのロードマップと整合します。多くの100G QSFP28モジュールは4x25G設計を採用しています。40Gも100Gへ移行できますが、消費電力とポート密度の活用という点では、25Gベースの発展経路ほど効率的ではありません。新しい高密度アーキテクチャの中核的な選択肢というよりも、既存ネットワークの移行レイヤーとして適しています。

機器の入手性と予算の面では、40GスイッチとQSFP+モジュールは非常に成熟しており、既存のエコシステムを活用して短期間で迅速に導入するのに適しています。同時に、25G機器はクラウドデータセンターや5G環境でさらに普及しつつあります。SFP28モジュール、NIC、スイッチは低価格化が進んでおり、総合的に見てよりお得な選択肢となっています。実際には、多くの組織がアクセス層とトップ・オブ・ラック（ToR）層に25G、アップリンクとバックボーンに100G/400Gを組み合わせて使用しています。これは、中間段階としての40Gを省略することを意味します。“中間速度ソリューション”を1つ選ばなければならない場合は、次のような簡単な経験則が当てはまります。25Gは、Gbps当たりのコストとポート密度に優れる傾向があります。同時に、40Gは、その成熟度と既存のネットワークインフラを活用することで、迅速な導入と互換性の面で価値を維持しています。

結論

一般的に、25GbEと40GbEはいずれも10Gから100Gへの移行において一時的な役割を果たしましたが、現代のネットワークにおける両者の役割は異なります。25G SFP28モジュールは、ポート密度が高く、消費電力を抑えられ、ケーブルを再利用できる点で優れています。既存の10G LC光ファイバーケーブルと銅線ケーブルを使用できるため、トップオブラックのサーバーアクセス、5Gフロントホールリンク、エッジ環境に最適です。40G QSFP+は、従来型のアグリゲーションやレガシーネットワークで引き続き使用されており、確立されたバックボーン層とアグリゲーション層に、信頼性の高い安定したパフォーマンスを提供します。

ほとんどの新規導入またはアップグレードプロジェクトでは、25Gの方がコストパフォーマンスに優れ、拡張も容易であり、多くの場合、40Gを完全に置き換えます。QSFPTEKは、QSFP+およびSFP28光モジュールとケーブルを幅広く取り揃えています。すべての製品は実環境に近い条件下で厳格なテストを受け、主要なスイッチやサーバーとのシームレスな互換性を確保しています。これにより、ユーザーは簡単にアップグレードでき、すべてを円滑に稼働させ、良好な連携を維持できます。