100Gトランシーバーはどのようにして100 Gbpsの伝送容量を実現するのですか？

データセンターでは、より高速な伝送速度と大容量の帯域幅に対する需要が高まっており、現在、100G Ethernetが市場に占める割合はますます増加しています。100G Ethernetによるデータ伝送の導入を進めるデータセンターも増えています。IHS Infoneticsのレポートによると、現在、50%以上のデータセンターが100Gトランシーバーによる優れた性能を享受しています。100Gトランシーバーがどのようにして100Gbpsの伝送容量を実現しているかご存じですか？この記事では、QSFPTEKのさまざまな種類を紹介します 100Gトランシーバー 詳細に。

100Gトランシーバーの伝送原理

QSFP28 100G SR4

QSFP28 SR4 光モジュールはホットプラグ対応の全二重トランシーバーで、一般に近距離での100G Ethernetデータ伝送に使用され、動作波長は850nmです。小型化設計により、QSFP28 SR4は100G CFP/CXPトランシーバーよりも小型です。QSFP28 SR4の消費電力は通常3.5W以下です。QSFP28-100G-SR4は、IEEE 802.3ba、SFP28 MSA規格、SFF-8665、SFF-8636、RoHS、CPRI、およびeCPRIに準拠しています。動作原理としては、4つの独立したチャネルからデータを送信または受信します。そのため、4つのチャネルはそれぞれ25Gbpsのデータレートで動作し、集約して100Gのデータレートを実現します。

QSFP28 SR4は、送信端を介してパラレル光信号を伝送します。レイヤーアレイを使用して、入力されたパラレル電気信号をパラレル光信号に変換します。また、入力信号がパラレル信号であるため、パラレル伝送用のMTP/MPOマルチモードリボンファイバに対応します。信号が受信端に到達すると、PINアレイを介して光信号を電気信号に変換します。送信端と同様に、これもパラレル電気信号です。最大伝送距離は、OM3ファイバで最大70m、OM4ファイバで最大100mです。100GBASE SR4モジュールは、12心MMF MTP/MPOに最大100mまで接続できます。

図1：QSFP28 SR4の動作原理

QSFP28 100G PSM4 

その QSFP28 100G PSM4 はホットプラグ対応の光トランシーバーモジュールで、低消費電力と内蔵デジタル診断機能を特長としています。PSM4 MSAは100GBASE PSM4を標準化しています。psm4とsr4モジュールの違いは、psm4が1310nmで動作することです。また、psm4の消費電力は3.5w未満です。12芯MTP/MPOコネクタを介した最大500mのシングルモード長距離伝送用に導入されます。

100GBASE PSM4の動作原理は、100GBASE SR4モジュールと同様です。これも4つの独立したチャネルを介して伝送されます。シングルチャネルの伝送速度は25Gbpsです。電気入力信号は、内部のLayerアレイを介してパラレル光信号に変換されます。パラレル光信号はパラレル電気信号に変換されますが、QSFP28 SR4が通常マルチモードファイバーに使用されるのに対し、こちらはシングルモードファイバーに使用される点がQSFP28 SR4とは異なります。

図2：QSFP28 PSM4の動作原理

100GBASE CWDM4

その QSFP28 CWDM4 100G Ethernetデータ伝送向けに設計されており、QSFP MSA、CWDM4 MSA、およびIEEE P802.3bmプロトコルに完全準拠しています。100GBASE CWDM4の動作原理は、入力電気データをCWDM光信号に変換し、4つの独立した25Gbpsチャネルを単一の100Gbpsチャネルに多重化することです。一方、受信端末では、QSFP28 CWDM4が100Gb/sの光入力信号を4つの独立した出力電気データに逆多重化します。

通常、シングルモードファイバーを介して最大2kmまでデータを伝送します。主な波長範囲は4つあり、L0: 1271nm(1264.5-1277.5nm)、L1: 1291nm(1284.5-1297.5nm)、L2: 1311nm(1304.5-1317.5nm)、L3: 1331nm(1324.5-1337.5nm)で、消費電力は3.5W以下です。業界標準のLCコネクタを使用して、4つの波長からの4つの光信号を多重化し、シングルモードファイバーに結合します。

図3：QSFP28 CWDM4の動作原理

100GBASE-LR4

その QSFP28 LR4 トランシーバーはIEEE802.3baに完全準拠しており、ホットプラグ対応、全二重で、内部に4つの送信チャネルを備えています。100G Ethernetの長距離伝送に対応し、最大伝送距離は10kmです。動作波長範囲は1295～1310nmです。  100GBASE LR4は、高性能コンピューティングおよび超大規模データセンターにおける絶え間ない需要に応えます。

100GBASE LR4トランシーバーは、4つの独立したチャネルの25Gbps電気信号を、4つの独立したチャネルの光信号に変換できます。次に、QSFP28 LR4モジュールは光信号を単一チャネルに多重化し、100G光リンクに接続します。受信側では、モジュールが入力光信号を4つのチャネルのLAN WDM光信号に個別に変換し、さらにその光信号を4つの電気信号出力チャネルに変換します。

図4：QSFP28 LR4の動作原理

QSFP28 ER4 

その 100GBASE ER4 光トランシーバーは、QSFP MSA、IEEE 802.3ba 100GBASE-ER4 Lite、およびOTU4標準プロトコルに完全準拠しており、QSFP28 ER4は高密度波長分割多重技術によってシングルモード信号を伝送するために使用されます。この光モジュールはシングルモード光ファイバーケーブル用に設計されており、動作波長は1310nm、QSFP28 ER4の最大消費電力は4.5Wです。PINフォトディテクターに入る前に半導体光増幅器（SOA）を使用して光信号を増幅することで、ER4の伝送距離は大幅に向上し、最大伝送距離は40kmに達します。

100GBASE ER4光トランシーバーの動作波長は、LAN WDM波長(1295nm, 1300nm, 1305nm, 1310nm)です。100GBASE ER4は、4つの波長の光信号を多重化でき、通常、業界標準のLCコネクタを介してシングルモードファイバーに接続されます。さらに、WDM MUXにより、波長信号をSMFファイバー上に集約して100G光信号伝送を形成できます。受信側では、WDM demuxが信号を4つの独立したデータ伝送チャネルに分割する前に、半導体光増幅器によってモジュールの信号を増幅できます。

図5：QSFP28 ER4の動作原理

結論

これらのさまざまな100G光モジュールについて紹介したことで、それぞれのモジュールの動作原理と、100Gの伝送速度を実現する仕組みをすでにご理解いただけたと思います。QSFPTEKは、互換性のあるさまざまな100G光モジュールを提供しています。さらに、 QSFPTEK QSFP28フォームファクターの100Gトランシーバーを提供し、データセンター、ディストリビューションレイヤー、サービスプロバイダーのアプリケーション向けに、費用対効果が高く、高密度かつ低消費電力の100G Ethernet接続ソリューションを実現します。お見積もりについては、[email protected]からカスタマーサービスにお問い合わせください。