100GシングルラムダQSFPTEK光トランシーバーを使用して400Gへ移行する方法

​データ量が急増し、新しい技術が登場する中、高速ネットワークの導入において100G Ethernetがますます普及しています。SR4、LR4、CWDM4、PSM4などの従来の100G技術は、4つの25Gbps NRZチャネルを使用するため、コストが増大し、通信事業者にとって課題となっています。この問題に対処するため、100G Lambda Multi-Source Agreement (MSA)グループは、今後の400G規格との互換性を確保しながらコストを削減することを目的とした、単一波長の100G技術を導入しました。この技術革新では、PAM4シグナリングを活用して単一波長で100Gデータを伝送することで、光アーキテクチャを簡素化し、コンポーネントの複雑さを低減します。100G Lambda規格について詳しく見ていき、現在の100Gネットワークアーキテクチャにおける役割と、次世代400Gネットワークへの進化を支える可能性を理解しましょう。

100Gシングルラムダ技術の解説

Single Lambdaは、単一の50 GBaud PAM4（4値パルス振幅変調）波長信号を利用して100 Gbpsのデータレートを実現する100Gアクセス技術です。この方式では、DSP（デジタル・シグナル・プロセッサー）を使用して4つの25G電気信号を単一の100Gチャネルに変換します。​ 従来、ほとんどの100G QSFP28光モジュールは、4つの25 Gbps NRZ（非ゼロ復帰）チャネルを使用して、合計100 Gbpsのデータレートを実現していました。これに対し、PAM4変調はNRZと比較してデータ容量を2倍にします。具体的には、50 GBaud PAM4信号は100 Gbpsを伝送するのに対し、25 GBaud NRZ信号は25 Gbpsを伝送します。

なぜ 採用 100Gbps向けのシングルLambda？

光学部品コストの削減

現在、100GbEの導入において最も普及している規格は、100GBASE-LR4 MSA、100GBASE-CWDM4 MSA、および100GBASE-PSM4 MSAです。ネットワーク事業者は、QSFP28 LR4、CWDM4、またはPSM4モジュールを使用して100 Gbpsを実現します。これは、25 Gbpsの4波長を1本の光ファイバーに多重化することで達成されます。しかし、4つの25G信号を1つの100Gリンクに統合するための信号処理は非常に複雑です。この複雑さが、高価な光学部品を直接必要とする要因となっています。

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具体的には、以下の設計です QSFP28 LR4、CWDM4およびPSM4は、Single Lambda光学系よりも複雑です。Single Lambdaトランシーバーの簡素化された構成部品により、コストが40%以上大幅に削減されます。

LR4、CWDM4およびPSM4光学系：送信機は各電気インターフェースでクロック・データ・リカバリ（CDR）、レーザードライバー（LD）& レーザー、さらにMuxを使用します。受信機は各電気インターフェースでCDRおよびトランスインピーダンスアンプ（TIA）+ リニアアンプ（LA）& PINフォトダイオード、さらにDemuxを使用します。 

Single Lambda optics: 送信側は CDR 搭載 DSP、単一の LD & レーザーのみを使用し、受信側は CDR 搭載 DSP と単一の TIA + LA & PIN フォトダイオードのみを使用します。対照的に、100G Single Lambda optics は 1 つの波長のみを使用するため、多重化と逆多重化、厳密な波長制御、高価なハーメチックパッケージングの手間を省けます。

将来の400G規格に対応

混雑したネットワークでは、400Gというより高いデータレートが求められています。The 100G Lambda MSA はこの傾向を考慮し、400Gとの互換性を備えた100GシングルLambda光トランシーバーを設計しています。つまり、QSFP-DDフォームファクターは、QSFP28を含む他のQSFPフォームファクターとの下位互換性があります。また、100GシングルLambda QSFP28は、400G QSFP-DDで使用されるものと同じ50GBaud PAM4変調を採用しています。たとえば、400G-LR4 QSFP-DDは100 Gbpsの4チャネルを使用して合計データレート400 Gbpsを実現し、4つの100G-LR4シングルLambda QSFP28に接続して、400Gから100Gへのブレークアウトソリューションを構成できます。 

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シングルラムダ100Gトランシーバーの紹介

Ciscoネットワークによると、 シングルラムダ100G光学製品 100G DR、100G FR、100G LRが含まれます。3種類のQSFP28はいずれも100G Lambda MSA仕様に準拠しています および付属する デュプレックスLCコネクタ。波長チャネル数を示すため、シングルラムダ光モジュールは100G DR1 QSFP28、100G FR1 QSFP28、100G LR1 QSFP28とも呼ばれます。 

100GBASE-DR Single Lambda QSFP28

QSFP-100G-DR-S シングルラムダトランシーバーは、IEEE 100BASE-DR仕様に準拠しています。波長1310nmで、デュプレックスOS2シングルモードファイバー（SMF）を介した最大500mのリンクをサポートします。100GBASE-DR QSFP28は、主に短距離のスパイン・リーフ型データセンター相互接続（DCI）に使用され、ほとんどの光リンクは100m以内です。もう1つの制約は、限られた数のパッチパネルによる挿入損失に対する許容度が低いことです。

100GBASE-FRシングルラムダQSFP28

100G Single Lambda MSAは次に、 QSFP-100G-FR-S ファイバーリンクの到達距離を2kmに延長します。100G-FRはIEEE 100BASE-FR仕様に準拠しており、波長1310nmでデュプレックスOS2 SMFを使用した最大2kmのリンクをサポートします。100GBASE-FR QSFP28は、より長距離のDCIリンクを実現し、リンク損失がより大きい用途にも余裕を持って対応できます。

100GBASE-LR Single Lambda QSFP28

3つ目はQSFP-100G-LR-Sです。1310nmでデュプレックスOS2 SMFを使用することで、100G LRは最大10kmのリンク距離を実現します。LR QSFP28は、Single Lambdaシリーズの100G光トランシーバーに長距離10kmの伝送範囲をもたらし、近隣都市間であっても2つの建物を越えて相互接続能力を拡張します。キャンパスネットワークにおけるコアスイッチとコア／アグリゲーションスイッチ間の相互接続用として、新規ネットワークの導入に最適です。

100Gシングルラムダ光トランシーバーで400Gへシームレスに移行

シングルラムダ100G DR、100G FR、100G LRは、QSFP28フォームファクター設計です。400G Ethernetに適用されるQSFP-DDフォームファクターとの互換性があります。そのため、400Gネットワーク設計では100G Single Lambda光トランシーバーの採用が推奨されます。これにより、新しい400Gサイトを4リンクで従来の100Gサイトに接続できます。したがって、400Gホストを一方のサイトに導入するだけで、既存の100Gアーキテクチャをアップグレードすることなく、400Gリンクにアクセスできます。

たとえば、QSFPTEK 100G DR QSFP28を使用すると、次を実現できます 400Gから4x 100Gへのブレイクアウトソリューション. 新しい400G ToRスイッチを、4本の個別リンクで従来の100Gスイッチに接続します。 

左側：ToRスイッチの400Gポートに400G QSFP-DD DR4モジュールを挿入します 

右側：4つの100G QSFP28 DRモジュールを4つの100Gスイッチポートに差し込みます 

リンク: MTP to 4 LC duplex OS2 breakout SMFを使用して2つのサイトを接続します

結論

100Gの導入コストを削減するため、100G Lambda MSAは単一波長で100 Gbpsを実現するための規格を策定し、光学系の複雑さを大幅に軽減しました。さらに、将来の高速ネットワークを見据え、Single Lambda 100G光トランシーバーに400G互換性を統合しています。100G Single Lambda QSFP28は、100Gから400Gへのシームレスな移行を可能にする将来性の高いソリューションです。

QSFPTEKは、QSFP-100G-DR-S、QSFP-100G-FR-S、QSFP-100G-LR-Sを含む100Gシングルラムダ光トランシーバー、および400G QSFP-DDトランシーバーを提供しています。400Gから4x 100Gへの完全なブレークアウトソリューションも提供しています。ご不明な点がございましたら、お気軽にお問い合わせください [email protected].