400G テクノロジー

400G とは何か?

400G は、高速イーサネットクライアントインターフェイスの最新規格です。元々 IEEE 802.3bs として知られていた 400G は 2017 年 12 月に正式に承認され、200G、次世代 100G、50G イーサネットなどの関連テーマを含む幅広いファミリーの一部を担っています。 

400G は新しいプラガブル光モジュールおよびスイッチの迅速な開発と採用を推進しています。400GE、あるいは 400G イーサネットとも呼ばれるこの新規格には、性能を向上させ、消費電力を低減させる、前方誤り訂正 (FEC) が含まれています。400G ネットワークの初期エレメントはすでにトライアルに成功しており、2019 年に最初のサービス展開が期待されています。 

400G の速度は?

「指数関数的な改善」という表現は、現在ではやや使われすぎている傾向にありますが、400Gの場合はまさにこの言葉がぴったり当てはまります。ギガビットイーサネットはフレームを毎秒 1 ギガビットのレートで送信できるイーサネットを表すもので、1999 年に導入されました。 

テラビットイーサネットは、毎秒 100 ギガビット以上の速度カテゴリーを表すのに使用されます。真のテラビットは実際は毎秒 1 兆ビットですが、今後はこれに移行すると予測されています。毎秒 400 ギガビットの 400G は、21 世紀初期のイーサネット性能の 400 倍の速度です。これをわかりやすく説明すると、ガラパゴスゾウガメが歩く速度とチーターが全速力で獲物を追いかける速度の違いと言ったところでしょうか。

400G イーサネットは速すぎて、従来型のレーザーオン / レーザーオフのバイナリ変調スキームでは追いつけません。これを補足するために開発されたのが PAM-4 モジュレーションで、これは 2 つではなく 4 つの振幅レベルを使用することで全体的な変調速度を倍加するものです。信号レベル間のギャップは小さくなるため、PAM-4 では信号はノイズの影響を受けやすくなります。 

400G は単なる新しいイーサネットポートやモジュレーションの拡張だけを意味するものではありません。このパラダイムシフトは、ネットワークエコシステム全体を通しての変更と調整を必要とし、新しい独特な方法で帯域幅展開の柔軟性と拡張性を提供します。 

400G テスト

100G イーサネットより前には、クライアントオプティクスのテストは今日に比べてずっと簡単な作業でした。ビットエラーレート (BER) は各チャンネルごとに定量化され、事前定義された期間の「ゼロエラー」がしばしば合否基準として使用されていました。非ゼロ復帰 (NRZ) が PAM-4 モジュレーションと FEC に取って代わられたため、現在の 400G テストと検証プロセスはかなり複雑なものとなってきています。帯域幅の増加だけをとっても、テストの複雑さを大幅に増やす要因となっています。 

400G テストの課題

速度の向上と PAM-4 モジュレーションの使用により、スループットは画期的に向上しましたが、400G テスト独自の課題に遭遇することにもなります。PAM-4 モジュレーションによって、物理レイヤーレベルでの複雑さがもたらされました。リンクでは常にエラーが発生するため、単なるエラーの定量化やゼロエラーに基づくテストでは十分ではなくなります。 

速度の増加と FEC テクノロジーの使用は、生エラーレートが高いモジュールはエラーフリーのポスト FEC で稼働する一方、他のモジュールはそうではないことを意味します。許容可能なエラーパターンを許容不可のエラーパターンから区別し、真の根本原因を判定するためには、エラーの分布と統計の高度な理解を必要とします。FEC ロジックは複雑で大規模です。論理検証と共に動的性能のテストも必要となります。

400G はまた、QSFP-DD や CFP8 プラガブルオプティクスモジュールなどの要素の統合にも増加をもたらします。たとえば、CFP8 は驚くほど複雑で、組み込みレーザーとドライバー、高性能フォトダイオード、およびマイクロコントローラーが非常に小さいフォームファクター内に統合されています。また同時に、こうした追加要素によって、これらのコンポーネントを個別に、およびネットワーク構造全体の環境で 400G のテスト・検証が行える戦略が必要となります。

400G により追加されるイーサネットの複雑性により、テスト機器やテストサイクル数にまつわるコスト管理を維持することが重要です。優れた 400G テストツールはこの懸念を軽減し、すぐに使用できるテストオプションを提供することで、400G への移行に対応する新製品の開発時間を短縮し、競争力のある価格モデルの足かせとなる開発・製造テストコストを削減します。 

400G テストツール
拡張性、柔軟性、およびアップグレード可能性は、効果的な 400G テストソリューションに不可欠な要素です。最新の 400G/200G (IEEE 802.3 bs) 規格に基づく ONT-600 400G モジュールは、高度なエラー分析機能と CFP8 テストスロットを備えています。フィールドでのプログラムが可能であることは、規格の進化に伴ってアップデートしやすいことを意味します。ONT-600 400G モジュール はまた、FEC および PAM-4 モジュレーションもサポートしています。本テストソリューションは、高速ネットワークエコシステムの最先端での設計、開発、検証をサポートする理想的なプラットフォームを提供します。 

高密度 100G (N ポート モジュール) は、400G の「ビースト」を低ビットレートで供給することで重要な役割を果たします N ポートモジュールはテストおよびシステム検証用の 4 ポートデバイスで、 4 つのネイティブおよび独立した QSFP28 および SFP28 ポートを備えています。新しいコンポーネントやモジュールの開発、テストにおける高度なテストアプリケーションとカバレッジエイドを提供すると同時に、サービスプロバイダーが既存または新技術に対応した優れたテストツールを使用できるようにします。

400G ネットワーク

高密度波長分割多重 (DWDM) によって光ファイバーの帯域幅は著しく増加しました。この方法を使用することで、単一ファイバーチャンネルでデータを 400Gb/秒以上の速度で送信できます。最も弱い (低速な) リンクによりチェーン全体の強度 (速度) が決まるため、400G イーサネットの開発はコアルーターと DWDM 機器間の帯域幅のギャップを埋めることになります。400G イーサネットインターフェイスにより、ネットワーク要素の全容量が正しい密度に適合し、シームレスでスムーズな処理能力を実現できます。Broadcom Tomahawk ファミリーなど、最新のスイッチ ASSP は、1 つの IC 内で 12 テラビット以上のトラフィックをスイッチできます。400G インターフェイスは、この膨大な帯域幅機能とフロントパネル帯域幅密度間で優れた機能を発揮します。 

FlexE

フレックスイーサネット (FlexE) は、最新版が 2016 年に Optical Internetworking Forum (OIF) によって公開された、クライアントインターフェイス規格です。その名前から察しが付くとおり、MAC と PCS レイヤーを通して「shim」を導入することで、イーサネットと物理インターフェイス (サーバー) 間の接続が十分容易になるような柔軟性を提供することを意図しています。これにより、多様な MAC レートをサーバーインターフェイスから独立してサポートできます。FlexE は複数リンクを結合する手段を提供します。たとえば、400G は個別のパイプ、2 x 200G リンク、または 4 x 100G リンクとして提供できます。 

FlexO

光トランスポートネットワーク (OTN) 用の ITU-T 規格は、光ファイバーリンクを通して接続されている光ネットワーク要素に推奨されるインターフェイスおよびラインレートを提供します。 

OTN B100G は、100Gb/ 秒を超えるデータレート向けにこの規格が拡張されたものです。 ITU-T は、同様なリンクタイプ用に新しい、または異なる規格を策定するのではなく、IEEE 802.3 からの既存の規格を使用し、OTN インターフェイス上で同一のプラガブルモジュールをどのようにして 使用できるかを決定しています。これは通常「FlexO」と呼ばれます。

誰が 400G を検討すべきでしょうか?

400G の実装によって得られる効率は、高速ネットワークエコシステム全体に影響します。これには、チップおよびモジュールメーカー、テスト機器およびサービス業界、インターネット大企業、および通信サービスプロバイダーなど、長らく待ち望んだこれらの改善がその死活にかかっている数々の企業が含まれます。 

クラウドサービスを提供する Web 2.0 企業は、急増するデータセンターの密度ニーズに対応するために 400G を活用することを計画しています。同様に、通信プロバイダーは自社の大規模なデータセンターで超接続型ユーザーベースに対応していく必要があります。これらの大手企業は現在、サーバー速度要件にペースをあわせるために加速的に 400G への移行を進めています。光モジュール開発者は、多機能でコンパクトな製品に対する需要の恩恵を受けています。

400G によってもたらされた業界変化はエンドユーザーにはほとんど見えませんが、400G の登場によりネットワークはさらに高速でシームレスなパフォーマンスへの期待に沿えるようになります。ストリーミングビデオ、バーチャルゲーミング、およびモノのインターネット (IoT) は、400GE ネットワーク規格の恩恵を享受するほんの一部のアプリケーションに過ぎません。

100G を超えて

100G と 400G 間の互換性によりテストやアップグレードが簡単になり、ビジネス上でもさまざまな合理的利点が生じます。最初の 100G イーサネットソリューションは 2010 年に発表され、2016 年まで徐々に拡張されました。 

さらに、レーンあたり 28G を搬送できるクアッド小型フォームファクターのホットプラガブルトランシーバーモジュールである QSFP28 の導入により、100G を 2017 年までに主流にのしあげることとなりました。100G モジュールのコスト低減とデザイン強化により、標準 SFP に類似した新モジュールタイプでデュアルレーン電気インターフェイスを有効にするコンタクトの追加列を持つ QSFP-DD など、下位互換性テクノロジーが実現しました。

100G で徐々に根を下ろしてきたプラガブル光コンポーネントの高度化は、400G イーサネットでもその効果を同様に発揮しています。CFP8 は、QSFP28 の 100G ポート密度を倍加しながら 400GE をサポートできる 1 RU ホストシステムカード上で 6.4 Tb/s を実現する光トランシーバーです。OSFP (光小型フォームファクタープラガブル) は 400B 電源要件をサポートし、熱要件を満たす内蔵ヒートシンクを備えています。

PAM4 モジュレーションや KP4 FEC を含む 400G を念頭に開発された最先端科学も、100GE の密度増加やコスト削減に利用することができます。これらのテクノロジーが成熟するにつれて、100G 製品は 400G の開発によってもたらされた改善機会をフル活用してさらに飛躍できることが予想されます。

帯域幅だけではない

400G による画期的な速度の改善は、イーサネット機能における大きな飛躍です。しかしながら、速度の増加と帯域幅の増大はほんの一部に過ぎません。400G はより広い帯域幅を提供するだけでなく、適切な帯域幅を適切な密度で提供することができます。 

クラウドコンピューティングおよび通信プロバイダーの需要は、データセンターサーバーを物理的な限界にまで押し上げ続けています。イーサネットにかつて課されていた課題を解決することは、ネットワーク業界全体に計り知れないインパクトをもたらします。PAM-4 のようなイノベーションは、こうした機能強化を可能にする一方、400G テストおよび検証の実践に新たな問題をもたらすことにもなります。これらの課題に今後も取り組み続けることで、ネットワーク性能の新時代への移行において、リーダーシップを手にすることができます。
 

VIAVI で 400G テストを始めましょう!

VIAVI の 400G テスト製品またはソリューションで次の一歩を踏み出しませんか? 下記のいずれかのフォームに記入してください。