QSFP-DD光モジュールの概要：違いは何ですか？

QSFP-DDは、現在市場で最小の400Gフォームファクタ光モジュールです。また、400Gアプリケーションにおいて最高の伝送帯域幅密度を実現する光モジュールであり、従来世代のQSFPフォームファクタモジュールとの下位互換性も備えているため、多くのデータセンターや企業向けアプリケーションで広く普及しています。この記事では、QSFP-DD、QSFP56、OSFP、CFP8、COBOなど、現在主流の400G光モジュールを詳しく比較します。この記事を読むことで、これらの400G光モジュールの違いが分かります。

400G QSFP-DD光モジュールとは何ですか？

QSFP-DDはQuad Small Form Factor Pluggable Double Densityの略です。IEEE802.bsプロトコルとMSA規格では、QSFP-DD仕様が定義されています。この規格における「double density」とは、このモジュールの高速電気インターフェース数が標準QSFP28モジュールの2倍であることを意味します。QSFP-DD光モジュールは、NRZ変調技術により各伝送チャネルのデータレートを最大25Gb/sまで向上させ、最大伝送速度200Gbpsを実現できます。PAM4変調技術を使用すると、各伝送チャネルのデータレートを50Gb/sまで向上させ、最大伝送速度400Gbpsを実現できます。400G QSFP-DD光トランシーバーは、一般に高性能コンピューティングデータセンターやクラウドネットワークの400G Ethernetアプリケーションに使用されます。

次のセクションでは、QSFP-DDフォームファクタの利点を説明します。

• 後方互換性: この機能により、QSFP-DDはQSFP+、QSFP28、QSFP56などの既存のQSFPモジュールとの完全な下位互換性を確保できます。これにより、エンジニアやエンドユーザーは、新しいネットワークの構築やネットワークのアップグレードを行う際に、より高い柔軟性を得られます。

• 特殊なコネクタ設計： QSFP-DDは、2x1スタック型一体型ケージ/コネクタを備えており、1段ケージコネクタシステムと2段スタック型ケージコネクタシステムの両方をサポートします。

• SMTコネクタと1xNケージ設計： この設計により、モジュール単体で少なくとも12Wの熱設計に対応できます。これにより、このモジュールの放熱性能が向上し、動作時の熱設計にかかる不要なコストを削減できます。

• ASIC設計: さまざまなポートレートに対応し、QSFP+およびQSFP28モジュールを含む従来のQSFPフォームファクタとの完全な下位互換性を備えているため、ポートとデバイスの導入コストを削減できます。

QSFP-DDとQSFP+/QSFP28/QSFP56の比較

以下のセクションでは、QSFP-DD、QSFP+、QSFP28、QSFP56を含む、さまざまなQSFPフォームファクターの違いについて説明します。

構造

異なるQSFPフォームファクターであるQSFP-DD、QSFP+、QSFP28、QSFP56は、同じ幅、長さ、厚さを備えています。つまり、外観は同一です。内部伝送チャネル設計に関しては、QSFP+、QSFP28、QSFP56は4チャネル電気インターフェースである一方、400G QSFP-DD光モジュールは8レーン電気インターフェースであり、CAUI-4などの既存インターフェースをサポートするためにASICポート数も倍増させます。追加の接点列を収容する必要があるため、ホストボード上のQSFP-DDの機械的インターフェースは、他のQSFPシステムトランシーバーよりもわずかに深くなっています。

帯域幅 & アプリケーション

QSFP-DDモジュールは最大帯域幅400Gbpsを提供しますが、QSFP+/QSFP28/QSFP56はそれぞれ40Gbps/100Gbps/200Gbpsしか実現できません。そのため、QSFP-DDコネクタは、400Gデータセンター相互接続および企業用途向けの400G光モジュール、DAC、AOCに適用されます。一方、QSFP+/QSFP28/QSFP56モジュールおよびDAC/AOCは、40G/100G/200Gネットワークの相互接続に使用されます。

下位互換性

前述のとおり、QSFP-DD規格はQSFPフォームファクターも採用しているため、前世代のQSFPシステムの両方のトランシーバーモジュールと下位互換性があります。QSFP-DD技術は、QSFPシステムの外形を基盤として、モジュールの帯域幅と最大伝送速度を向上させます。下位互換性により、QSFP-DDモジュールの導入時に既存機器を大規模に交換する必要がなくなり、ネットワークのアップグレードコストを削減できます。

次の表に、QSFP-DD/QSFP56/QSFP28/QSFP+の違いを示します。

QSFP-DDとOSFP/CFP8/COBOの比較

以下のセクションでは、一般的な主流の400G光モジュールの違いについて説明します。

QSFP-DDとOSFPの比較

OSFPはOctal Small Format Pluggableの略で、8つの高速電気チャネルを備えるよう設計された新しいプラガブルモジュールであり、最大400Gb/s（8x50G）または800Gb/sに対応できます。この2つのモジュールの違いは、それぞれの寸法にあります。QSFP-DDモジュールの寸法は18.35mm*89.4mm*8.5mmであるのに対し、OSFPモジュールの寸法は22.58mm*107.8mm*13mmです。外形寸法は異なりますが、伝送密度は同じです。OSFPトランシーバーは1Uあたり36個のOSFPポートという伝送密度を備え、1Uあたり14.4Tb/sの伝送密度を実現します。

消費電力については、OSFPトランシーバーの定格は12-15 W、QSFP-DDモジュールの定格は7-12 Wです。明らかに、データセンターや企業ネットワークでは、消費電力の低いモジュールが適しています。下位互換性については、OSFPモジュールはそのサイズが大きいため、QSFP+およびQSFP28との下位互換性がありません。

図1：異なるコネクタを備えたOSFPモジュール

QSFP-DDとCFP8の比較

CFP8モジュールのサイズは41.5mm*107.5mm*9.5mmで、電気インターフェースは16*25Gb/sと8*50Gb/sの2つのモードで設計されています。CFP8のサイズは400G QSFP-DDのほぼ3倍です。消費電力の面でも、CFP8の消費電力ははるかに高くなります。また、CFP8トランシーバーはQSFP+/QSFP28ポートでは使用できません。CFP8とQSFP-DDの最大帯域幅は400Gb/sですが、後者のトランシーバーは8*25G (200Gb/s)にも対応できる一方、CFP8は16*25Gと8 *50Gの2つの形式にのみ対応しています。

図2：シングルポートおよびデュアルポートシステムに装着されたCFP8モジュール

QSFP-DDとCOBOの比較

これまでのモジュールと比較して、COBO（Consortium for On-Board Optics）モジュールは最も特殊です。このモジュールは、管理された環境にあるラインカード装置の内部に設置されるため、ホットプラグ機能がなく、使用および設置の柔軟性に欠けます。そのため、保守の難易度という点では、COBOモジュールはより複雑で、運用に多くの不便をもたらします。電気インターフェース設計については、COBOには8チャネル用と16チャネル用の2つの仕様があり、それぞれ最大1x400Gおよび2x400Gの伝送速度に対応できます。

図3：COBOモジュール

以下の表では、4種類のトランシーバーの市場成熟度を分析しています。数値が大きいほど、そのトランシーバーの市場成熟度が高いことを意味します

要約すると、これら4つのモジュール間のさまざまな違いを明確に確認でき、QSFP-DDおよびOSFPモジュールもより高い評価を得ています。これら2つのトランシーバーは、他の2つよりも光ファイバーメーカーの間で人気があり、QSFP-DDは一般的にデータセンターおよび企業用途に適している一方、OSFPモジュールは一般的に通信業界の用途に適しています。

結論：QSFP-DDは将来の800G Ethernetでも引き続き普及するのか？

多くの人が、QSFP-DDが800G Ethernetでも引き続き普及し、将来的な大規模な機器交換を防ぐために安心して使用できるのか疑問に思っています。現在、データセンターでより多くのネットワーク帯域幅が求められるにつれて、400G Ethernet市場は徐々に拡大しており、QSFP-DDモジュールは数多くの利点があるため、400G Ethernetで広く使用されています。今後の発展という観点では、400G Ethernetが大規模に商用化される中で、シングルウェーブ100G技術はますます成熟しており、これが800G伝送速度‘の実現に向けた基盤となっています。

また、QSFP-DD800 Multi-Source Agreement (MSA)組織は、QSFP-DD800トランシーバーのハードウェア仕様の初版を公開しました。この仕様では、QSFP-DDフォームファクターを引き続き使用して最大100Gbpsのシングルチャネル伝送速度をサポートすることを意図しています。これは、このフォームファクターが今後も使用され続け、将来の800G Ethernetでも引き続き普及することを意味します。400G光モジュールトランシーバーの詳細については、[email protected]を通じてQSFPTEKにお問い合わせください。