400G イーサネット トランシーバー: 400G 光トランシーバーとそのアプリケーションの究極ガイド

ネットワーク業界の進化とアプリケーション範囲の拡大により、より高い帯域幅とデータレートの需要が高まり、新しい光トランシーバが発明されました。その好例が、 400G イーサネットトランシーバー、データセンター、企業ネットワーク、通信システムのネットワーク容量を向上させるための重要なデバイスです。このガイドは、400G光トランシーバの構造、機能、さまざまな業界でのアプリケーション領域など、XNUMXG光トランシーバの詳細なビューを提供します。これらのデバイスの設計と機能の説明、および高速 データ転送 この記事で紹介されているように、相互運用性、低コスト、低消費電力などの高度な機能が主な課題として取り上げられています。この記事では、400Gテクノロジーと、それが現代の接続性にどのように関連しているかについて、Oneが ネットワーク エンジニアまたは IT 実務者、または光ネットワークの開発に強い関心を持つ方。

400G イーサネット トランシーバーとは何ですか?

400Gトランシーバー技術の概要

400Gイーサネットトランシーバは、400ギガビット/秒（Gbps）の速度で動作するデータ伝送ユニットの具現化として定義できます。次のようなさまざまな物理層インターフェイステクノロジを使用します。 短距離 さまざまな距離とアプリケーション要件に合わせて設計された、SR (短距離)、LR (長距離)、ER (拡張範囲) 光学系。これらのトランシーバーは、複数の光波長と PAM4 などの高度な変調技術を使用して、光ファイバーの帯域幅を拡大します。重要な部品には、レーザー トランスミッター、フォトダイオード、デジタル信号プロセッサなどがあり、これらはすべてパフォーマンスに不可欠です。400G トランシーバーは、データ センター内の帯域幅を拡大し、高速リンクを通信ネットワークに接続するのに役立ちます。

400G イーサネットトランシーバーの主な機能

400G イーサネット トランシーバーは、強化されたパフォーマンスと複雑なネットワークへの適合性を定義する複数の組み込み機能を誇ります。

1. 高いデータレート: 400 Gbps で動作するこれらのトランシーバーの設計は、スループットが低かった 100G などの以前の世代と比較して、現代のサービス プロバイダーとデータ センターの膨大な帯域幅のニーズを満たすように設計されています。
2. 複数のフォームファクター: 400G トランシーバーには、QSFP-DD や OSFP などの複数の異なるフォーム ファクターがあり、どちらもより高いポート密度を実現し、現在のインフラストラクチャとの下位互換性があるため、簡単に最新化できます。
3. 波長分割多重 (WDM): 400G トランシーバーの一部またはほとんどには、波長分割多重 (WDM) テクノロジが搭載されています。このテクノロジでは、複数のデータ信号が XNUMX 本の光ファイバー ケーブルを介して送信され、帯域幅容量が拡張されます。これは、ファイバーの使用が最大化されるため、長距離およびメトロ アプリケーションにとって重要です。
4. 高度な変調技術: PAM4 変調の導入により、XNUMX シンボルあたり XNUMX ビットがエンコードされ、波長あたりの有効なエンコード帯域幅が効率的に XNUMX 倍になります。つまり、より多くのファイバーでの使用に必要な帯域幅を増やすことなく、同じ量のデータをより効率的に送信できます。
5. 距離範囲: 大まかに言って、400G トランシーバーのさまざまなタイプは、100 つの共通タスク (つまり、長距離、短距離、拡張範囲 EWM) を実行するように調整されています。たとえば、ユーザーのログイン ページは 10 メートル以上を定義しますが、LR は最大 XNUMX キロメートルまで到達できます。
6. 技術の進歩: 技術の発展により、400 G トランシーバーは出力電力の点でよりウォーク理論に基づいたエネルギー効率で製造されています。これらは約 7 ～ 15 ワットと刻印されており、大量使用に関してはより経済的です。
7. 標準化： これに続いて、すべての業界プロトコルでは、400 個のトランシーバーが他の多くのデバイスと組み合わせて使用​​されることが示されており、ネットワーク オペレータの投資の柔軟性と安全性が実現されます。

クラウド コンピューティング、人工知能、ビッグ データ アプリケーションに対する十分なデータ転送需要を満たす高速ネットワークの開発に不可欠な 400G イーサネット トランシーバーの需要を決定するのは、これらの機能です。

現代のネットワークにおける 400G トランシーバーの仕組み

400G トランシーバーは、広帯域でのデータ伝送を強化するため、現代のネットワークで広く使用されています。そのために、トランシーバーは多重化を利用しています。多重化では、複数のデータ ストリームが 4 本の光ケーブルを介して送信され、データ転送速度が向上します。標準の PAM2 変調技術を使用してデータを変調することで、これらのトランシーバーは、ファイバーの強化を必要とせずにファイバーあたり XNUMX 倍のデータ レートを実現できます。

さまざまなトランシーバーは、特定の展開モードに適したカンチレバー リソースを使用して、シングル モード ファイバーとマルチ モード ファイバーを使用して構築されます。光増幅器と分散補償技術を利用して、長距離通信で品質を維持します。また、適応光学のアプローチも活用し、データ送信に使用されるネットワークのさまざまな条件を補償することでパフォーマンスを向上させます。全体として、400G トランシーバーは、クラウド コンピューティング、ビデオ オン デマンド、その他の形式の大容量データ スループットに対する帯域幅要件の増加に対応する上で不可欠です。

さまざまな 400G トランシーバー フォーム ファクターの比較

QSFP-DD: クアッド スモール フォーム ファクタ プラグ可能 2 倍密度

QSFP-DD トランシーバーは、標準 QSFP より 400 つ多いチャネル数を増やすことで 2G 伝送を実現するように設計されています。これにより、QSFP インターフェイスを交換することなく SOSA を実装できます。QSFP-DD フォーム ファクターの設計は、パッシブおよびアクティブ銅ケーブルと光ファイバーの両方をサポートし、さまざまなネットワーク シナリオで柔軟に対応します。さらに、大量のデータ操作でパフォーマンスを最適化するために、改善された熱管理メカニズムが組み込まれています。小型で非常に高密度であるため、HPC データ センターに最適であり、帯域幅要件の大きいスペースに最適に展開できます。

OSFP: オクタル スモール フォーム ファクタ プラガブル

OSFP (Octal Small Form Factor Pluggable) は、オクタル形式で設計され、400 つの独立したデータ チャネルをサポートする、効率的な XNUMXG 伝送を実現します。この設計で強化された機能により、既存のインフラストラクチャを最大限に活用しながら、大幅な帯域幅の増加が可能になります。OSFP は、高度な熱管理ソリューションを提供し、最大負荷時の過酷な動作条件でも動作できるため、高密度領域を対象としています。さらに、銅線と光ケーブルの両方をサポートするため、速度とスペースが重要視されるデータ センターや高性能コンピューティングの状況でも、理想的です。

その他のフォームファクタ: CFP8 および COBO

CFP8 (つまり、C Form-factor Pluggable 8 (トランシーバー モジュール)) は、さまざまな伝送テクノロジをサポートする小型で堅牢なフォーム ファクタで 400G インターフェイスを提供します。このトランシーバーには、帯域幅の圧縮を強化し、使用電力を最小限に抑える最新の変調技術により、それぞれ 100G で動作する 8 つのチャネルがあります。CFPXNUMX フォーム ファクタの設計には、使用密度の高いネットワーク システムでの動作を強化するオンボード冷却装置が採用されています。そのアーキテクチャは、ネットワークの展開を容易にするために、以前の世代の CFP 標準との下位互換性もあります。

標準 COBO (オンボード光学コンソーシアム) は、オンボード光学を個別に拡張するのではなく、回路の一部として取り込むため、光通信に対するまったく新しいアプローチです。この新しいアプローチには、本体の寸法が最小限に抑えられ、信号の品質が向上し、その結果、さまざまなパフォーマンス ベンチマークが最適化されるなど、いくつかの大きな利点があります。COBO のモジュールは、さまざまな距離やケーブルの種類で大容量データを送信するために使用できるため、さまざまなネットワーク構成でより汎用的になります。システムの設計と配布を簡素化しながら、増大するデータのニーズを満たすために、COBO テクノロジが市場に導入され、特に光トランシーバー業界で導入されました。

データセンターにおける 400G トランシーバーの用途は何ですか?

高速データ伝送

ユーザー数の増加と処理能力の増加によりデータ量も飛躍的に増加しているため、高速データ伝送は現代のデータセンターに不可欠な要素となっています。このようなアプリケーションに関連して、400G トランシーバーは、クラウド コンピューティング、人工知能、ビッグ データなど、さまざまな分野で高帯域幅の要件を維持するために不可欠なソリューションであると考えられています。

例えば、データセンターなどの環境では、ラック内のスイッチとサーバーを接続するために 400G トランシーバーが設置され、ラックあたり 10 テラビット/秒を超えるデータ転送が可能になります。この機能により遅延が大幅に削減されるため、遅延に敏感なアプリケーションに効果的です。さらに、400G テクノロジを適用すると、以前の世代と比較して、トランシーバーの消費電力がギガビットごとに最大 70% 削減され、コストと環境の両面でメリットがあると報告されています。

同様に、これらの高帯域幅 400G トランシーバーは、帯域幅を拡張せずにチャネルあたりのデータ レートを 4 倍にできる PAM400 などの高度な変調形式を利用することもできます。この改善は、取引の実行においてマイクロ秒単位が重要な高頻度取引アプリケーションにとって非常に重要です。データ センターがより高速で動作する構造に変わると、ネットワーク全体のデータ スループットを迅速に向上させるには、XNUMXG トランシーバーの統合が必須になります。

帯域幅とポート密度の最適化

さらに、データセンターの帯域幅とポート密度を最適化することは、リソースの使用率を最大化し、データのスムーズな流れを確保するための重要な方法の 400 つです。組織にとって、XNUMXG トランシーバー ソリューションを使用すると、スペースを節約し、転送容量を増やすことができるため、コスト効率が高くなります。マルチレート インターフェイス (MRI) などの技術を使用すると、XNUMX つの物理ポートで複数のチャネルを操作できるため、追加のハードウェア要件なしで帯域幅を効果的に増やすことができます。また、スパイン リーフ アーキテクチャを拡張し、追加のリーフ ネットワーク内で階層型モデルとして実装することもできます。これにより、需要のスケーラビリティと柔軟性が向上し、負荷分散が改善され、輻輳の可能性が最小限に抑えられます。このような戦略を実装すると、システムのパフォーマンスが向上すると同時に、資本投資の削減と省電力化が促進され、コスト構造に影響します。

既存のネットワークインフラストラクチャとの互換性

400G トランシーバー技術を導入する場合、既存のネットワーク構造にどのように適合するかを考慮することが最優先事項です。ルーター、スイッチ、光トランスポート インフラストラクチャなど、現代のネットワーク要素の大部分は、業界標準の 100G トランシーバーと、他の種類のトランシーバーをプラグインできるモジュール パターンを使用して設計されています。また、大手ベンダーは下位互換性機能も組み込んでおり、400G モジュールはパフォーマンスを中断することなく、100G や 10G などの現在の技術と連携できます。さらに、イーサネットや光トランスポート ネットワークなどのさまざまな標準化されたプロトコルにより、既存のシステム統合の障害が軽減されます。組織は、ネットワークに出現する新しいハードウェアの存在を考慮し、段階的なパフォーマンス テストを実施しながらインストールを計画し、システムの変更中に必要な目標が維持され、ネットワーク運用構造の整合性が損なわれないようにします。

400G 光トランシーバーを理解する

400G光トランシーバの種類

400G 光トランシーバーには、設計とシステムが動作することを想定している距離に応じて、通常 5 つの異なるタイプがあります。最も一般的なタイプの例をいくつか示します。

• QSFP (クアッド スモール フォーム ファクタ プラグ可能 倍密度): 最大 400G イーサネットをサポートし、高密度設定に最適です。
• OSFP: QSFP-DD と同じ機能を提供しますが、よりかさばる設計で、放熱性が向上します。
• CFP8: 光インターフェースをサポートし、高速作業を目的としています。
• PAM4: トランシーバーで使用されるデータ通信方式で、存在する帯域幅の 2 倍のデータ レートを活用して、データ スループットを向上させます。

これらすべてのタイプには独自の仕様があり、ネットワークの運用を強化するためのさまざまなニーズを満たします。

パフォーマンス指標: データレートと伝送距離

400G 光トランシーバーのパフォーマンス メトリックには、少なくとも 400 つのパラメーター、つまりデータ レートと伝送距離が含まれている必要があります。トランシーバーのデータ レートは通常ギガビット/秒で表され、特定の伝送ノードで伝送できる情報量の尺度となります。XNUMXG 規格のこれらのトランシーバーは、以前のモデルに比べて桁違いに多くのデータを処理できます。

伝送距離は、信号に大きな歪みが生じたり、パフォーマンスが低下したりしない距離とも呼ばれます。これらの距離は、マルチモードかシングルモードかなど、使用する光ファイバーの種類によって異なります。たとえば、400g マルチモード ファイバーは最大 150 メートルの範囲をサポートしますが、シングルモード ファイバーは範囲の有効性を数キロメートルという非常に遠い距離まで高めることができます。これらの対策は、構築時やネットワーク展開時にコンポーネントを適切に選択するために重要です。

400Gトランシーバーで使用されるケーブルの種類

400G 光トランシーバーを最大限に活用するには、適切なタイプのケーブルを選択することが非常に重要です。一般的に使用されるケーブルは次のとおりです。必須のケーブルは次のとおりです。

• シングルモードファイバー (SMF): このタイプには送信機が 500 つしかありません。長距離伝送用に設計されており、XNUMX メートルを超える接続でのデータ転送が可能です。この *XNUMX 小コア径差動ガラス ファイバーは、特にコア径が小さい設計になっていますが、残念ながらシングル モードの放射状伝播が制限されるため、分散が削減され、長距離にわたるほとんどの光信号に役立ちます。
• マルチモードファイバー (MMF): これは主に短距離の用途で使用されます。マルチモード ファイバーは最大 400G の高速データ レートをサポートできますが、信頼性の高い伝送距離は 150 メートル強にしか有効ではありません。コア径が大きいため、複数の光モードを同時に伝送でき、建物内および建物間の接続に役立ちます。
• アクティブ光ケーブル (AOC): これらは、ケーブル アセンブリ自体に光トランシーバーが含まれている特殊なタイプのアクティブ ケーブルです。AOC は、高帯域幅の短距離アプリケーション向けに設計されており、データセンター内の機器を相互接続するための安価な手段であるため、通常 400 メートルを超えない距離での 100G アプリケーションに最適です。

結論として、シングルモード ファイバー、マルチモード ファイバー、アクティブ光ケーブルの選択は、ネットワークが実行する作業の性質、特に距離、帯域幅、および設置コストによって完全に決まります。

400G イーサネットと光トランシーバーに関する FAQ

100G トランシーバーと 400G トランシーバーの違いは何ですか?

100G トランシーバーと 400G トランシーバーの主な違いはスループットです。この場合、100 つの速度でデータを送信できる 400G トランシーバーとは異なり、容量 400G トランシーバーは、送信システム内のトラフィックを増やすためのスペースを解放し、効率を向上させることができます。また、400G トランシーバーは通常、より高度な変調形式をサポートするように構築されており、人口密度の高いエリアや長距離で効率を高めるのに役立ちます。さらに、100G トランシーバーは、技術の向上により、通常の XNUMXG トランシーバーよりもギガビットあたりの消費電力が少ないことでも知られており、現代のデータセンターでの使用に適した選択肢となっています。

ネットワークに適した 400G トランシーバーを選択するにはどうすればよいでしょうか?

400G トランシーバーは、コストに対して得られるパフォーマンスが妥当であることを確認するために、多くの要素を考慮して選択する必要があります。以下に主な要素をいくつか示します。

1. 伝送距離： ネットワーク要素間の最も遠い物理的な距離を確立します。距離に応じて、最適なトランシーバーが異なります。短距離には短距離 SR (70 m) マルチモード ファイバーが最適で、長距離には長距離 LR (最大 10 km) シングルモード ファイバーが最適です。
2. 変調方式: トランシーバーが動作できる変調形式を分析します。特に高密度設計では、より複雑な変調形式や高度な PAM4 (4 パルス振幅変調) 技術を使用して、ビット レートを向上させ、設計の効率を高めます。
3. コネクタタイプ： 既存のレイアウトに簡単に接続するには、コネクタの互換性が重要です。SC、LC、外部/中間、イニシエーター コネクタなどの選択は、ケーブルの種類とアプリケーションによって決まります。
4. 消費電力： トランシーバーのエネルギー運用能力を測定します。これは、データ センターで「グリーン」重視が採用され、ギガビットあたりの消費量が少なくなると、システムの使用を再開する際に発生する税金が軽減され、全体的な効率が向上するためです。
5. 互換性と規格: 既存のネットワーク デバイスとプロトコルを統合できるかどうかを確認します。他のネットワークとの相互運用性を確保するために、トランシーバーが IEEE、OIF などの組織によって提供される標準に準拠していることを確認します。

したがって、上記の要素を考慮することで、ネットワーク管理者は、パフォーマンスとデータ転送を損なうことなく、インフラストラクチャのニーズを満たす最適な 400G トランシーバーを選択できます。

400G テクノロジーの将来の動向とは?

400G テクノロジーの将来は、特定された特定の傾向により、合理的な開発と実りある展開に向かっていると見込まれます。

1. コヒーレント技術の採用拡大: ネットワーク トラフィックのレベルと成長傾向を考慮すると、コヒーレント光技術は 400G ネットワークのスループットと距離の拡大に不可欠です。この技術により長距離のカバーが可能になり、クラウド コンピューティングとインターネットのニーズを満たすことができます。
2. 800G以上のステップアップ： 業界ではすでに、400G から 800G の技術、さらにそれをはるかに超える技術への移行が世界の標準的トレンドとなる時代を見据えています。この移行により、フォトニック統合によってデータの伝送方法が変わり、伝送される情報単位あたりの消費エネルギーが減少するでしょう。
3. ネットワークのモジュール化とインテリジェンスの改善: 今後の傾向として、ネットワーク管理は自動化と人工知能 (AI) テクノロジによって大きく推進されることが予想されます。これらのテクノロジにより、運用上の煩雑さが解消され、障害検出と全体的なネットワーク運用パフォーマンスが向上し、柔軟性と耐障害性が向上したネットワーク環境が実現します。

こうした変化が起こると、400G テクノロジーの開発が促進され、次世代のネットワーク アプリケーションとインフラストラクチャの計画も促進されます。

参照ソース

イーサネット

小型フォームファクタ プラガブル

トランシーバ

よくある質問（FAQ）

Q: 400G QSFP-DD トランシーバーとは何ですか?

A: 400G QSFP-DD トランシーバーは、400 ギガビット イーサネット接続に使用される高度な光モジュールです。QSFP-DD (Quad Small Form-factor Pluggable Double Density) は、QSFP 標準の以前のバージョンよりも高いデータ レートを実現するために導入されました。

Q: 400G 光トランシーバーの主な種類は何ですか?

A: 400G 光トランシーバーの主なタイプには、400G QSFP-DD、400G OSFP、SR8、DR4、LR4、FR4 などがあります。トランシーバーには、到達距離と用途に応じて、短距離 (100 m)、中距離 (1 km 以上)、長距離 (最大 10 km) のさまざまなタイプがあります。

Q: 400g トランシーバーと 400g 平方フィート最大レート トランシーバーを比較するとどうなりますか?

A: 400G OSFP もギガビット イーサネットを対象としていますが、パッケージの外観が若干異なります。また、400G OSFP トランジスタは 400G QSFP-DD と同様に 400Gbps の伝送速度をサポートできますが、OSFP 構造のため、QSFP DD とは対照的に、最小 OSFP 制限での熱管理安定性のために消費電力に上限があります。

Q: 400G DR4 トランシーバーの規定到達距離はどのくらいですか?

A: 400G DR4 トランシーバーは、400 要素設計を使用する 500G モジュールの 4 つであり、通常、単一モデルのファイバーで最大 400 メートルの距離をサポートします。これは、XNUMXGbps のレートで PAMXNUMX で変調された XNUMX つの光チャネル (DR) を使用することで実現されます。

Q: 400G QSFP-DD トランシーバーで可能になるアプリケーションは何ですか? また、これらのアプリケーションはどのように機能しますか?

A: 400G QSFP-DD トランシーバーは、データセンター、高性能コンピューティング、通信ネットワーク インフラストラクチャでより頻繁に利用されています。クラウド コンピューティング、ビデオ オン デマンド、高性能コンピューティング アプリケーションや分析などのアプリケーションで、データ転送速度と容量の向上に役立ちます。

Q: 400G SR8 トランシーバーはどのようなアプリケーションで使用されますか?

A: 400G SR8 トランシーバーは、通常、マルチモード ファイバー経由で約 100 メートルの距離範囲で使用される短距離タイプです。 8 つのチャネルを使用してそれぞれ 50 Gbps のデータ伝送を行い、主にデータ センター接続で使用されます。

Q: 400G イーサネット テクノロジーへの移行の利点と欠点は何ですか?

A: 400G イーサネットへの移行には、より広い帯域幅とより低いレイテンシをサポートできるなど、多くの利点があります。これにより、通常のデータ増加要件を満たすだけでなく、次世代のアプリケーションやサービスへの移行に適したネットワークを設計するニーズにも対応できます。

Q: 現在の QSFP400 ポートで 28G QSFP-DD トランシーバーを使用することは可能でしょうか?

A: いいえ、400G QSFP-DD トランシーバーは、ドメイン QSRP28 の既存のポートとの下位互換性を目的としていません。QSFP-DD は 400G 操作専用であり、適切な QSFP-DD がないと既存のインターフェイスでは動作しません。

Q: 400G スイッチにおける CWDM とは何ですか?

A: CWDM は、Coarse Wavelength Division Multiplexing の略です。400G 光学の分野では、CWDM 技術は、複数の光信号を XNUMX 本のファイバーにまとめ、光ファイバー リンクの帯域幅容量を効果的に拡張する技術です。

Q: 400G イーサネット ソリューションにおけるトランシーバーの概要とは何ですか?

A: 400G イーサネット ソリューションのトランシーバーの概要は、タイプ、400g トランシーバー フォーム ファクター、アプリケーション、仕様など、トランシーバー モジュールに関する側面の説明と詳細に関係します。このセクションでは、利用可能なさまざまなタイプの 400G トランシーバーについて詳しく説明し、ネットワーク エンジニアが目的に最適なモジュールを選択できるようにします。