歴史的に、高速イーサネット インターフェイスは当初、サービス プロバイダーの密度とスペクトル効率の要件によって推進されてきました。 光モジュールは最初は大きく、通常は一度に 1 枚のカードから始まります。 数世代にわたって、各速度は SFP と QSFP の 2 つのパッケージのいずれかに統合されてきました。 また、需要が大幅に増加するにつれて、コストと消費電力も徐々に減少します。
銅ケーブルと AOC を使用しない 400GbE の 5 年間の成長率も、100GbE の 20 倍であると予測されています (下図を参照: 100GbE と 400GbE の最初の 5 年間の比較)。 この機会により、既存企業や新興企業による前例のない業界投資が促進されています。
400GbE追い越し車線で
10GbE が XENPAK から SFP+ に進化するまでには 10 年かかりました。 100GbE では CFP、CPAK、CFP2 が導入され、その後 5 年以内に QSFP28 に移行しました。 100GbE も CFP4 の失敗に悩まされましたが、光ファイバーはプラットフォーム、ネットワーク、ビジネスの他の目標と同期する必要があるという重要な教訓も得ました。 そうしないと、時間とお金の無駄です。 CFP4 のサイズは魅力的ですが、下位互換性が失われ、3 つの目標すべてを満たしていません。
400GbE の大容量と低コストを実現することは、ネットワーク オペレーター、チップ メーカー、光ベンダー、ルーターおよびスイッチ ベンダー、その他光エコシステムの多くのメンバーにとって重要です。 特に、400GbE の展開が成功した理由の 1 つは、IEEE、OIF、およびマルチソース プロトコル (MSA) メンバー間のレートと PMD の収束でした。 残念なことに、業界には当初 2 つのプラガブル パッケージング モデルがあり、再開発と製造につながりました。 この重複により、一般的なソリューションを拡張する市場の能力が低下する可能性があります。
2 つのトランシーバー カプセル化モードの欠点
400GbE の立ち上げを成功させるための主な要素には、コスト、投資保護、サプライ チェーンが含まれます。 コストが重要な場合は、機能を過剰に構築しないことが重要です。 元の 100GbE 規格は、10 km のシングルモード ファイバーに基づいていました。 その後、業界は電力を最適化しコストを削減するために短距離を開発しました。 400GbE は、2019 年の初期の 1 メートルから 10 km から 2020 年の 100 km まで、より高速な全範囲の可用性と小型サイズの恩恵を受けます。
もう 1 つのコスト要因は、規模の経済の実現です。 残念ながら、両方のモジュール カプセル化形式が存在するため、市場は一貫性による他の利点を最大限に活用することができません。 需要によって生産量が増加し、コストが増加するため、リーン生産は規模の経済にとって不可欠です。 したがって、共有生産ラインが鍵となり、数十の企業が参加する大規模なエコシステムは標準化の恩恵を受けることになります。 このエコシステムには、製造装置、テスト装置、ソフトウェア設計ツール、コネクタとケージ、熱ソリューション、コンプライアンスおよび認証装置の開発者が含まれます。 400GbE の初期の期待と急速な成長を考慮すると、共通化を迅速に達成することが重要です。
下位互換性がそれほど重要なのはなぜですか?
過去 10 年間で、メインフレーム プラットフォームと光デバイスのコスト比率は光デバイスに大きくシフトしてきました。この傾向は 400GbE の登場でさらに加速します。 世代間の互換性は、この傾向を相殺するのに役立ちます。 2019年末までに、80億ドル以上の投資により、2,400万個以上のQSFPモジュールが導入される予定です。 400GbE が導入されても、100GbE サーバーの登場と、企業やサービス プロバイダー向けのネットワーク全体の帯域幅の増加により、100GbE QSFP の需要は引き続き大きく成長すると考えられます。
新しいデバイスを追加して、同じネットワーク上でより高速に実行するだけでは十分ではありません。 既存のモジュールの再利用や 100GbE への継続的な投資など、下位互換性のさまざまな側面を考慮する必要があります。 したがって、既存のモジュールをサポートする新しいポートのみを実装できます。 第 2 に、最新のルーターとスイッチの導入によるコスト、電力、設置面積の利点は、400GbE 機能が必要になる以前から存在していました。 これにより、通信事業者は、第一世代の 400GbE 光ファイバーにすぐに投資することなく、将来の成長に備えて新しいハードウェアの恩恵を受けることができます。 最後に、冷却アーキテクチャ (たとえば、上から下、または横から) と互換性のある、設置されたルーターおよびスイッチへの投資を保護する必要があります。 QSFP-DD は、モジュールとラジエーターを分離することでこの問題を解決し、必要に応じてホスト システムをカスタマイズできるようにします。
可能であれば、新世代は下位互換性を維持するように努めるべきです。 第 3 世代、さらには第 4 世代の互換性を拡張することは技術的に要求が厳しいですが、価値もあります。 投資保護と新たな要件のバランスをとる決定は決して簡単ではありません。 2017 年と 2018 年に問題となっているのは、400GbE、800GbE、さらにはそれ以上の速度でのカプセル化されたフォーム変換の必要性です。 技術的な問題やコストのためにどうしても必要な場合には、カプセル化された形式の変換を行うべきであることが一般に認められています。 投資保護、高密度、あらゆる機能の実現にはリスクが必要ですが、QSFP-DD はこれらすべてに対処でき、業界が規模の経済を活用して前進できるようになります。
QSFP-DD の課題と解決策
QSFP-DD との下位互換性を実現するには、コンポーネントのサイズとレイアウト、モジュールとシステムの冷却、56G SerDes を使用して 4 チャネルと 8 チャネルをサポートする電気コネクタなど、さまざまな課題に対処する必要があります。 これらの要素は相互に関連しているため、高出力 ASIC などの他のシステム コンポーネントを考慮する必要があります。 もちろん、これらの機械的な課題は、前世代との互換性を壊す新しいタイプのモジュールの方が解決しやすいです。
最も明白な技術的課題の 1 つは冷却です。 初期の 400GbE PMD は 12W を必要とすると予想されていますが、QSFP28 は約 4W しかサポートしていないため、飛躍するのが難しいと考える人がいるのも当然です。 当初の目標の成功により、野心はさらに大きくなりました。 2020 年に計画されている 400ZR/ZR+ コヒーレント モジュールは 20W を必要とする可能性があります。 システムやケージの設計を含む継続的なイノベーションにより、これが可能であることが示されており、標準化団体は間もなくこれらを承認する予定です。QSFP-DD 向けソリューション。 20W をサポートする最後のステップは、モジュールの前面にラジエーターを追加することによって実現されます。 以下の図に示すように。
熱に関するもう 1 つの考慮事項は、光モジュールを密閉システムと見なすことができないことです。 これらは、ルーター、スイッチ、またはサーバーの全体的な設計で動作する必要があります。 OSFP と比較して、QSFP モジュールの重要な特徴は、設置面積が小さいため、より多くの空気を取り込めることです。 プラットフォームが両方のオプションを提供していることから明らかなように、この要素はシステムの残りの部分にも利益をもたらします。
QSFP-DD で投資保護を実現するには、業界全体の大規模な協力が必要な分野が他にもたくさんあります。 40G から 400G への移行の各段階は、大きな技術進歩を表しており、その多くは以前は不可能だと考えられていました。 現段階では、人々は将来のイーサネット速度に向けてこれらの課題に取り組み始めているため、反復的な QSFP が限界に達しているという最初の議論には懐疑的であるべきです。
サプライ チェーンの管理は、ハードウェア サプライヤーとネットワーク オペレーターの成功にとって重要な差別化要因となっています。 大規模でスケーラブルなデータセンターの展開は非常に大規模であるため、ベンダーの多様性が重要であり、2 つのモジュラー カプセル化パターンが存続する場合、各ベンダーはサプライ チェーン管理を分割する必要がある可能性があります。
最良の市場オプションは、許容可能なコストで大量に供給することです。 モジュールのカプセル化パターンが正常に統合されると、400GbE の展開は、ベンダー内のすべての貢献者と複数の競合企業の最適化の恩恵を受けることになります。 不当な短期的なリスク削減を追求するためだけに CFP4 の教訓を繰り返すことはできません。
結論
400GbE の発売は 2019 年に始まり、急速に増加するでしょう。 光モジュールのパッケージング形式に関する議論はほぼ終わり、システム ベンダーが QSFP-DD を選択するかその両方を選択するかに関係なく、焦点は将来の速度に移ってきています。 長期的には、400GbE は主に QSFP-DD を選択することになります。 業界が QSFP-DD の統合を続けるにつれて、スケールメリットが現れ、400GbE がその潜在能力を最大限に発揮できるようになります。
