400G

400G とは

400G は、大容量イーサネットクライアントインターフェイスの重要な規格です。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クノロジーを含む幅広いファミリーの一部です。 
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規格には、データの信頼性を向上させるための前方誤り訂正 (FEC) が含まれています。ネットワーク事業者とサービスプロバイダーが帯域幅と効率の向上というメリットを享受するにつれて、400G のネットワーク要素の採用は加速し続けています。

400G の速度は？

「指数関数的な改善」という表現は、少し使われ過ぎてていますが、400G の場合はそれがぴったり当てはまります。

• ギガビットイーサネットは、トラフィックを毎秒 1 ギガビットのレートで送信できるイーサネット接続を表すもので、1999 年に導入されました。
• テラビットイーサネットは、100Gbps 以上の速度で多数のポートを処理できるスイッチファブリックを表すために使われます。真のテラビットは 1 秒あたり 1 兆ビットです。
• 400Gbpsの 400G は、21 世紀初期の 1 ギガ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いったところでしょうか。
• 400G イーサネット非常に高速であるため、従来のレーザーオン/レーザーオフのバイナリ変調の能力を上回っています。
• PAM-4 変調は、全体のビットレートを 2 倍にするために、2 つではなく 4 つの振幅レベルを利用して補正するように開発されました。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 への移行は、新しいイーサネットポートと変調の進歩以上のものをもたらします。このパラダイムシフトでは、ネットワークエコシステム全体を調整して、新しい独自の方法で帯域幅展開の柔軟性と拡張性を提供することが必要となります。 

400G テスト

100G イーサネット以前は、クライアントオプティクスのテストははるかに簡単な作業でした。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 変調方式と 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はるかに複雑になりました。帯域幅の増加だけでも、テストのレベルは大幅に引き上げられました。 

課題
速度の向上と FEC と PAM-4 変調方式の使用により、スループットは驚くほど向上しますが、400G テスト固有の課題を引き起こす可能性もあります。

• PAM-4 変調方式によって、物理レイヤーレベルでの複雑さが加わります。400G リンクでは常にエラーが発生するため、エラーの定量化や「ゼロ」エラーに基づくテストだけではもはや不十分です。
• FEC テクノロジーと速度の増加は、生エラー率が高いモジュールは FEC 後にはエラーなしで動作する一方、他のモジュールは動作しないことを意味します。許容できるエラーパターンと許容できないエラーパターンを識別し、真の根本原因を特定するには、エラーの分布と統計のより高度な理解が必要となります。
• FEC ロジックは複雑で大規模です。論理検証と動的パワー性能の両方についてのテストする必要があります。
• QSFP-DD（クアッド・スモールフォームファクター・プラガブル・ダブルデンシティ）400G 用のプラガブル光モジュールは、非常に小さなフォームファクターに統合されたレーザーとドライバー、高性能フォトダイオード、マイクロコントローラーを備え、驚異的な複雑さです。これらの追加要素には、ネットワーク構造全体のコンテキスト内だけでなく、これらのコンポーネントを個別に 400G のテストを行い検証できる戦略が必要となります。
• 400G イーサネットの複雑さに対応するには、テスト機器のコストとテストサイクル時間を管理することが不可欠になります。テクノロジーカーブの先を行く 400G テストツールは、これらの懸念を軽減し、400G への移行をサポートし、新製品の市場投入までの時間を短縮するための既製のオプションを提供します。  

400G テストツール

スケーラビリティ、柔軟性、およびアップグレード性は、VIAVI ONT800G イーサネットモジュールが提供する効果的な 400G テストソリューションの基本特性です。この多用途、マルチプロトコル、マルチポートテストプラットフォームは、最新の 400G/200G (IEEE 802.3bs) 規格に基づいており、高度なイーサネットアラームおよびエラーテストとともに 400G クラスのイーサネットトラフィック生成を提供します。VIAVI テストパケットフォーマットの高精度のタイミングにより、効率的なイーサネットパフォーマンスの検証と高速な妥当性確認が保証されます。

VIAVI ONT 400G CFP8 モジュールは、すべての 400G 光フォームファクターに対応することにより、柔軟性を向上させます。業界初の 400G テスト製品には、高度なエラー解析機能と QSFP-DD テストスロットが含まれています。フィールドプログラマビリティは、規格の進化に伴って更新しやすいことを意味します。ONT-400G モジュールは、FEC および PAM-4 変調方式もサポートしています。このテストソリューションは、次世代の高速ネットワークコンポーネントおよびシステムの設計、開発、および検証に最適なプラットフォームです。

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大幅に増加しました。この方法を使用すると、単一のファイバーチャンネルでデータを 400Gbps 以上の速度でデータを送信できます。ネットワークは最も弱いリンクと同じ強さ（または速度）にしかならないため、400G イーサネットは、コアルーターと DWDM 機器の間の帯域幅のギャップを埋めます。

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を正しい密度で満たすことができ、シームレスで制限のないスループットを実現できます。Broadcom Tomahawk ファミリーなどの最新のスイッチアプリケーション固有の標準部品 (ASSP) は、1 つの IC で 12 テラビットのトラフィックを切り替えることができます。400G インターフェイスは、この膨大な帯域幅機能をフロントパネルの帯域幅密度に合わせます。

• FlexE
  フレックスイーサネット (FlexE) は、2016 年に 光インターネットワーキングフォーラム (OIF) によって最初に公開された、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つくとおり、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、物理インターフェイスに関係なく、さまざまな MAC レートをサポートできます。
  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。ONT プラットフォームの複数のテストモジュールにより、FlexE で生成されたトラフィックを 400G およびサブラインレートでテストできます。

• FlexO
  光トランスポートネットワーク (OTN) のITU-T 規格の G.709 および G.709.1 は、光ファイバーリンクを介して接続された光ネットワーク要素に推奨されるインターフェイスと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用のこの規格の拡張版です。

ITU-T は、IEEE802.3 および光インターネットワーキングフォーラム (OIF) の主要な概念を利用して、同じプラガブルモジュールを OTN インターフェイスに使用できる方法を見つけ出しました。これは一般に Flexible ONT または「FlexO」と呼ばれ、400GE 以上用の OTN 構造と FlexEthernet トラフィックを提供するメカニズムです。

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波及します。これには、チップおよびモジュールのメーカー、テスト機器およびサービス会社、インターネットの巨大企業、および飽くなき需要に対応するためにこれらの改善に頼っている通信プロバイダーが含まれます。

• クラウドサービスを提供するハイパースケーラーは、400G を活用して、増加するデータセンターの密度のニーズに対応できます。
• 通信プロバイダーは自社の巨大なデータセンターを使用して、超接続型ユーザーベースに対応する必要があります。
• 光モジュール開発者は、より用途が広くコンパクトな製品に対する需要から恩恵を受けています。
• 大手企業は、サーバー速度要件に対応するために 400G への移行 を加速させています。
• 400G の登場により、ネットワークは高速でシームレスなパフォーマンスへの期待に応えることができるようになりました。
• 高速ビデオストリーミング、バーチャルゲーミング、およびモノのインターネット (IoT) のような 5G のブレークスルーユースケースは、400GE ネットワークの恩恵を受けるほんの一部のアプリケーションにすぎません。

100G を超えて

 100G と 400G 間の互換性はビジネス上、理に適うとともに、テストとアップグレードも簡素化します。100G イーサネットソリューションは 2010 年に初導入され、2016 年まで徐々に加速してきました。 それ以来、コンポーネントとソリューションが市販されるようになるにつれて、400G の採用は数倍の速さで進んでいます。

• 100G モジュールのコスト削減と設計の強化により、下位互換性のあるテクノロジーが実現しました。100G 用に開発された高度なプラガブル光コンポーネントにより、400G イーサネットはさらに効果的になっています。
• 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 は、2017 年までに100G を主流にする上で助けとなりました。
• QSFP-DD は、標準の QSFP に似た新しい光トランシーバーモジュールタイプですが、2 倍のレーンを持つ電気インターフェイスを可能にする接点の列が追加されています。QSFP-DD は、1RU ホストシステムカードで 6.4Tb/秒を実現でき、QSFP28 の 2 倍の 100G ポート密度を提供しながら 400GE をサポートします。
• OSFP （光小型フォームファクタープラガブル）モジュールは 400G パワー要件に対応し、熱要件を満たす内蔵ヒートシンクを備えています。QSFP-DD とは異なり、OSFP ポートには、100G QSFP との下位互換性のための特別なアダプターが必要です。
• ハイパースケール ICP は、次世代の 800GE テクノロジーに焦点を当て続けています。QSFP-DD は 100G と下位互換性がありますが、その物理設計では、より高いデータレートをサポートするための成長余地は低くなります。OSFP は 800GE に対応しているため、サポートインフラが利用可能になる前であっても、業界最大手は引き続きこのモジュール戦略を当てにしています。 
• PAM4 変調方式や KP4 FEC を含む 400G など 400G を念頭に置いて開発された最先端科学も、100GE の密度を増加しコストを削減するの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 の驚異的な速度の向上は、イーサネットパフォーマンスの大きな飛躍をもたらしています。ただし、速度と帯域幅の増加は必要な要素の一部にすぎません。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します。 信頼性、スケーラビリティ、およびパワー効率の全体的な改善により、400G は急速に進化するネットワークエコシステムにとって実行可能なテクノロジーになりました。

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の瀬戸際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。PAM4 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一連の障害をもたらします。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。