ネットワーク技術の急速な発展により、増大するデータ トラフィックを処理するために、より高速で効率的な処理が必要になっています。組織では帯域幅を大量に消費するアプリケーションの使用が増えているため、現在のネットワーク インフラストラクチャで 400 ギガビット イーサネット (400GbE) に切り替えることが重要です。このレポートでは、400GbE を取り巻くさまざまな側面、たとえば技術的な基盤、今後のネットワーク全体のパフォーマンスと設計への影響などについて検討しています。約 XNUMX ギガビット イーサネットに関するこの包括的な説明により、特に今日のデジタル変革の課題に対処する際に、これらのテクノロジがどのように連携して、これまで以上にすべてをより適切に接続しているかをより明確に理解できます。
400Gイーサネットとは何ですか?
400GbE テクノロジーを理解する
400GbE (イーサネット) はデータ伝送技術の大きな進歩であり、今日の高度なデータ センターや高性能コンピューティング環境の、ますます高まる帯域幅の需要に対応するために設計されています。同時に動作する 100 つの XNUMX GbE レーンを中心とする複数の伝送モード、またはコヒーレント光に基づく単一レーン伝送を活用します。つまり、この新しい技術はスループットを向上させるだけでなく、現在のイーサネット標準との互換性を保ちながら、他の方法と比較して電力を節約します。より高度な変調方式と高密度のトランシーバーにより、より広いネットワークで情報をスムーズに転送できるため、急速に変化するデジタル環境のニーズに組織が対応できるようになります。
400Gの主な利点
400 ギガビット イーサネット (400GbE) を使用すると、ネットワーク パフォーマンスと運用効率の向上に重要ないくつかの利点が得られます。
- 帯域幅の拡大: このテクノロジーにより、組織ははるかに高速なデータ転送速度を実現できます。これにより、クラウド コンピューティングやデータ集約型のアクティビティに必要な、より高速なアプリケーションおよびサービス アクセスが実現します。
- コスト効率: 企業は、低速の複数の接続を 400 つの XNUMXGbE リンクに統合することで、機器コストを節約できます。さらに、消費電力が削減され、データセンター内のスペース要件が最小限に抑えられます。
- スケーラビリティ: 400GbE は、既存のインフラストラクチャを完全に置き換えることなく、ネットワーク トラフィックの増加に対応できるため、将来性があり、スケーラビリティに適しています。
- 互換性: 400GbE は以前のイーサネット標準と下位互換性があるため、新しいテクノロジーを現在のセットアップに組み込むことができます。
- パフォーマンスの向上: このテクノロジーで使用されるその他の高度な機能の中でも、コヒーレント光学はデータの整合性を高め、レイテンシを削減し、特に高性能コンピューティング アプリケーションでのパフォーマンスを向上させます。
したがって、これらの利点により、400 Gb/s イーサネットは、ますます接続される世界がもたらす課題に対処できる最新のネットワーク アーキテクチャの開発プロセスに不可欠な要素となります。
現代のネットワークにおけるアプリケーション
400 ギガビット イーサネット (400GbE) は、その機能により、現代のネットワークの多くの分野で価値が高まっています。主な使用例をいくつか紹介します。
- データ センター: データ センターでは、400GbE により、サーバー間、ストレージ システム間、ネットワーク スイッチ間の転送速度が大幅に向上し、大規模な仮想化とビッグ データ分析をサポートします。
- クラウド サービス: クラウド コンピューティングの成長に伴い、400GbE により、ユーザー エンドポイントとクラウド サービス間でデータを迅速に移動できるようになり、コンテンツ配信ネットワーク (CDN)、ビデオ ストリーミング プラットフォーム、ERP システムなどの帯域幅を大量に消費するアプリケーションを利用するユーザーのパフォーマンスが大幅に向上します。
- 通信: 通信インフラストラクチャ内のコア ネットワークとエッジ ロケーションでは、400G モバイル接続などの新しいサービスに伴う大規模な加入者ベースによってもたらされる、より重いトラフィック負荷を処理できる 5 ギガビット イーサネット リンクを介したより高いスループットが必要です。
- ハイパフォーマンス コンピューティング (HPC): 演算処理にかかる時間の観点から計算コストが高くなるこの期間中、HPC 環境では 400 Gb/s イーサネット テクノロジを使用して、同じラック キャビネット内または複数のラック間でも互いに近い場所にあるさまざまなコンピューティング クラスターを接続し、相互のアクセス遅延を低く抑えます。これにより、海中に配備されているセンサーなど、世界中のさまざまなセンサーから長期間にわたって収集された膨大な量の科学データに基づく高速シミュレーションが可能になります。
- ネットワーク バックボーン: インターネット トラフィックが年々飛躍的に増加しているため、サービス プロバイダーは、コア ルーターに 400G イーサネット ポートなどの新しいテクノロジを採用する必要があります。これらのテクノロジは、特に人気が急速に高まっている CDN 経由で配信されるコンテンツを考慮すると、帯域幅の需要に関する将来の成長率に対応しながら、非常に長い距離にわたってパケットを効率的に転送できる必要があります。これにより、業界の歴史を通じてこれまでにないほど幅広い採用が進み、グローバル ルーティング テーブルなどに関連する課題が生じます。
上記の使用シナリオは、400 Gbps イーサネットが現在のニーズを満たすだけでなく、ネットワークがデジタル通信やデータ処理環境の変化に適応できるように位置付ける方法を示しています。
400G イーサネットはデータ センターをどのように強化するのでしょうか?
データセンターのスループットの向上
洗練されたシグナリング方式とデータ伝送技術により、400GbE はデータセンターのスループットを 400 倍に高めることができます。これは、大容量チャネルを介した情報転送を容易にすることで実現します。光ファイバーと最先端のコネクタを利用して多数のデータ ペイロードを 100 つに統合することで、10GbE は必要な物理接続の数を減らし、遅延を最小限に抑えるとともに、DC 運用の全体的なエネルギー効率を高めます。さらに、多数の 400 GbE または XNUMX GbE を XNUMX つの XNUMX GbE に集約できるため、帯域幅の使用が最適化され、急増するデータ トラフィック需要に対処するために必要なスムーズな拡張性が確保されます。そのため、データセンター内で高速処理を必要とするアプリケーションのパフォーマンスが向上し、ユーザー エクスペリエンスと運用効率が向上します。
機械学習と AI における 400GbE
AI または ML 環境では、大規模なデータセットを処理でき、リアルタイム処理も可能なため、400GbE の導入が重要です。機械学習モデルには、より多くの計算能力と高いデータ スループットが必要なため、レイテンシによる遅延なしにトレーニング情報を迅速に転送するのに十分な帯域幅を提供する 400GbE が不可欠です。これは、多くの GPU とコンピューティング ノードが高速相互接続を介して接続され、処理時間を短縮しながらモデルのパフォーマンスを向上させるディープラーニングでは非常に重要になります。
さらに、このテクノロジーは、分散コンピューティング アーキテクチャやクラウドベースの機械学習プラットフォームなどのより複雑なシステムをサポートしており、さまざまなリソース間のコラボレーションを促進して、それらのリソースを効率的に連携させることができます。このようなスケーラブルなインフラストラクチャを導入することで、組織は 400 Gb イーサネットを使用して AI の取り組みを加速し、さまざまな業界で人工知能主導のソリューションをより迅速に実験、反復、展開できるようになります。このようにして、即時のデータ転送要件が満たされるだけでなく、XNUMX ギガビット イーサネットを他の AI テクノロジーとともに ML フレームワークに統合することで、インテリジェント コンピューティングの将来の開発の機会も生まれます。
400G イーサネットの主要コンポーネントは何ですか?
QSFP-DDモジュールの紹介
Quad Small Form-factor Pluggable Double Density (QSFP-DD) モジュールは、400G イーサネット ネットワーク用のトランシーバーです。高速データの送信に役立ちます。QSFP-DD はデュアル密度コネクタ技術に準拠しており、既存の QSFP 標準の速度を XNUMX 倍にすることができます。マルチモードおよびシングルモードの光信号を処理できるように作られているため、データ センター、エンタープライズ ネットワーク、高性能コンピューティング環境など、さまざまなネットワーク設定で利用できます。
QSFP-DD モジュールの主な特徴には、最大 400 Gbps の集約帯域幅のサポート、前世代のモジュールに比べて消費電力が少ないこと、既存の QSFP インターフェイスとの下位互換性などがあります。さらに、冷却能力が向上した設計になっているため、高密度のラック内で使用しても最適なパフォーマンスが保証されます。
毎日ますます多くの組織が高速ネットワークを採用するようになり、次世代アプリケーションの要件の満足、拡張性、柔軟性の保証、およびデータセンターの効率的な運用の促進のために、QSFP-DD 標準の必要性は必須ではないにしても、不可欠になっています。
PAM4変調の役割
パルス振幅変調 4 (PAM4) は、400G イーサネットの主要技術であり、既存のシステムに比べてデータ レートを大幅に向上させます。バイナリ変調では、データの送信に 4 つの振幅レベルのみを使用しますが、PAMXNUMX では XNUMX つの異なるレベルがあり、XNUMX つのシンボルで XNUMX ビットの情報を表すことができます。つまり、同じ帯域幅内で、このイノベーションによって送信できるデータ量が XNUMX 倍になり、データ センターや高性能コンピューティング環境における帯域幅の需要の高まりに対応するために設計されたソリューションの不可欠な部分になります。
PAM4 変調の使用は、速度と効率が重要な要件となるクラウド コンピューティング、データ分析、ストリーミング サービスに特に役立ちます。ただし、その実装には、ノイズ感受性が高く、信号の整合性が低いなどの課題が伴いますが、これらの問題は、そのような状況でも信頼性の高いパフォーマンスを確保するために、より高度なデジタル信号処理 (DSP) 技術と併せて、洗練されたエラー訂正方法によって解決されています。業界がより高速なネットワーク ソリューションへと移行するにつれて、PAM4 変調は、400G イーサネット インフラストラクチャの導入と拡張を成功させる上で引き続き不可欠なものとなります。
イーサネット標準の進化とは何ですか?
10Gbpsから400Gbpsへの道のり
イーサネット規格は、データ伝送速度が 10Gbps から 400Gbps まで、一連の驚くべき進歩を遂げて進化してきました。2000 年代初頭に最初に作成された 10 ギガビット イーサネット (GbE) 規格は、データ センターの高速ネットワーク アプリケーションを大幅に改善しました。その後、より広い帯域幅の需要が高まるにつれて、電気電子技術者協会 (IEEE) は 40G および 100G イーサネット規格を考案し、既存のインフラストラクチャとの下位互換性を維持しながらデータ伝送速度の向上を可能にしました。
2017 年、IEEE は 400 ギガビット イーサネット (IEEE 802.3bs) を承認しました。これは、クラウド コンピューティング、ビッグ データ分析、高解像度ビデオ ストリーミングなどの新しいアプリケーションのサポートに必要な高速化の点で大きな前進を意味します。この標準では、PAM4 変調、マルチレーン伝送方式、改良された光インターフェイス (QSFP-DD および OSFP) などの複数のテクノロジが使用され、ネットワーク オペレータは物理インフラストラクチャの効率を最大化できます。企業が処理するデータが増え続け、デジタル変革イニシアチブが進む中、イーサネットの進化により、ネットワークが将来の需要に対応できるようになり、全体的な接続性が向上します。
IEEE 802.3bs 規格の洞察
イーサネット業界では、IEEE 802.3bs 規格がゲームチェンジャーとみなされています。これは、主に高度なテクノロジーの統合によって 400Gbps のデータ レートを提供するように設計されているためです。この規格では、PAM4 (パルス振幅変調) を使用して XNUMX つの光信号で実効データ レートを XNUMX 倍にするなど、多くのことが規定されています。さらに、マルチレーン伝送技術が含まれており、これにより、複数のチャネルを介して一度に情報を伝送できるため、既存のインフラストラクチャを大幅に変更することなくスループットが向上します。
さらに、この規格では、QSFP-DD (Quad Small Form-factor Pluggable Double Density) や OSFP (Octal Small Form-factor Pluggable) などの光インターフェイスも定義されています。これらは、データセンター内のスペースを節約しながら、増加するデータトラフィックに効果的に対処できる高密度接続を実現するために必要です。さらに、IEEE 802.3bs は 400G イーサネットの物理媒体を標準化します。つまり、さまざまなベンダーの機器とそれらの展開サイト間の互換性を確保するために、適切な配線とケーブル システムが導入されます。これらすべての機能を組み合わせることで、速度がすべてである現在のデジタル エコシステムで、ますます高まる帯域幅の需要を満たすことができる将来のネットワーク ソリューションの強固な基盤が構築されます。
ネットワークに 400GbE を実装するにはどうすればよいでしょうか?
適切な 400GbE スイッチの選択
ネットワーク内の 400GbE スイッチの互換性とパフォーマンスを確保するには、考慮すべき重要な事項があります。まず、データセンター内のスペースを節約しながら多くのデバイスを接続できるポート密度を検討します。次に、現在および将来のインフラストラクチャ アップグレード プランに合わせて調整する必要がある QSFP-DD または OSFP モジュールなどのサポートされている光インターフェイスを評価します。
また、レイテンシやスループットなどのスイッチのパフォーマンス特性も確認してください。これらは、スイッチが処理できるデータ量に直接影響するからです。ピーク時にパフォーマンスを維持するためにトラフィックを優先する高度なサービス品質 (QoS) メカニズムなどの機能も必要になる場合があります。ただし、この点では、ソフトウェア定義ネットワーク (SDN) のサポートや、操作の簡単なスケールアップに必要な自動化ツールを含むネットワーク管理機能も考慮してください。
最後に、ベンダーのサポート オプションと保証条件に注目してください。長期的な運用の成功につながる信頼性の高い技術サポートは、ベンダーのサポート オプションと保証条件に大きく依存する可能性があるためです。これらは、組織がネットワーク環境における将来の課題に備えながら、ニーズを満たす 400GbE スイッチを選択できる基準です。
メンテナンスと管理のヒント
400GbE ネットワークの効率的な運用と制御を確保するには、従うべきガイドラインがいくつかあります。まず第一に、ネットワーク パフォーマンスを継続的に監視することです。これは、ネットワーク パフォーマンスを監視するツールを使用することで実行できます。これにより、ボトルネックや異常をリアルタイムで検出し、タイムリーな介入が可能になります。同様に重要なのは、ネットワークに接続されているすべてのデバイスのファームウェアを定期的にアップグレードすることです。これらの更新には、バグを修正し、抜け穴を塞ぎ、効率を高めることができるセキュリティ パッチとパフォーマンスの改善が含まれるためです。
また、後で大きな問題にならないように、光ケーブルとその接続をテストしながら頻繁に検査を行うアクティブなメンテナンス プランを作成することが推奨されます。これに加えて、ネットワーク内で行われた構成設定に関連するすべてのこと、時間の経過に伴う変更、および使用される物理トポロジーをドキュメント化する必要があります。これは、特に複雑な環境で作業する場合に、トラブルシューティングに非常に役立ちます。
最後に、400GbE テクノロジーに特有の特徴と機能に基づいてスタッフのトレーニングを実施し、インフラストラクチャへの投資から最大限の利益を得ると同時に、組織内の大容量ネットワークを効果的に管理するために必要なスキルをすべてのメンバーに身につけさせる必要があります。結論として、これらの手順に従うことで、企業は変化する需要に対応できる信頼性が高く高性能な 400 Gb イーサネット ネットワークを実現できます。
400G イーサネットの今後の展開はどのようなものですか?
次世代データセンターネットワーキング
次世代データセンターネットワークでは、より大規模なデータワークロードのニーズを満たすために、帯域幅の拡大、レイテンシの低減、ネットワーク効率の向上が求められています。とりわけ、これは 400G イーサネットなどの技術を通じて実現されており、これにより、AI (人工知能)、クラウドコンピューティング、IoT (モノのインターネット) デバイスによって生成される膨大な量の情報を処理するための容量とパフォーマンスが向上します。さらに、ソフトウェア定義ネットワーク (SDN) とネットワーク機能仮想化 (NFV) などのイノベーションを組み合わせることで、柔軟性と拡張性が向上し、データ処理に必要なセンター内の動的なリソース割り当てを通じて管理が簡素化されます。高度な光技術がこれらのセンターに不可欠なものとなり、AI 駆動の自動化システムと組み合わされることで、運用上の回復力が向上し、運用コストが削減され、現在のビジネスニーズを満たすことができます。
新たな 400G ソリューションとトレンド
400G イーサネットの新しいコンセプトは、パフォーマンスの向上とネットワーク アーキテクチャの簡素化です。これは、長距離での信号整合性を向上させるコヒーレント オプティクスの使用に関係しています。また、帯域幅の効率を最大化するために、より高度な多重化技術を統合しています。集中型および分散型の光ファイバー ネットワークも普及しつつあり、データ センターの拡張性に必要な高密度の展開が可能になります。シリコン フォトニクス技術の進歩により、経費と電力消費が削減され、同時にデータ転送速度が向上しました。一般に、これらの変更により、企業は 400G イーサネットを効果的に活用できるようになり、将来の帯域幅要件に備えることができます。
参照ソース
よくある質問（FAQ）
Q: 400GbE イーサネットとは何ですか?
A: 「400GbE」という用語は 400 ギガビット イーサネットの略で、最大 400 ギガビット/秒のデータ転送速度をサポートするように設計された高速ネットワーク テクノロジの一種です。帯域幅が大幅に増加し、ネットワーク デバイスのルーティング機能とデータ レート機能も向上します。
Q: 400GbE イーサネットはデータ センターをどのように改善しますか?
A: 400GbE イーサネットは、より広い帯域幅とより高速な接続のニーズを満たすことで、データセンターのパフォーマンスと効率を最適化できます。たとえば、この 1U オープン イーサネット スイッチのようなデバイスは、ネットワーク管理を簡素化すると同時に、情報スループットを向上させます。
Q: トランシーバーとは何ですか? また、400GbE になぜ不可欠なのですか?
A: トランシーバーは、あらゆるタイプのネットワークを介して信号を送受信するデバイスです。400GbE に関しては、光トランシーバーは電気信号を光波に変換する重要な役割を果たし、非常に高速で長距離を送信できます。
Q: Cumulus Linux でオープン イーサネット スイッチを使用する利点は何ですか?
A: Cumulus Linux でオープン イーサネット スイッチを使用すると、ネットワーク管理が柔軟かつ自動化され、プログラム可能になります。ユーザーはスイッチをカスタマイズして、自分にとって最適な動作を実現できます。これにより、NVIDIA Networking のオープン イーサネット スイッチで見られるような操作が最適化され、非常に高速な接続で同時に通信しようとするコンピューターが多数存在する環境 (一般に「データ センター」と呼ばれる) での効率が向上します。
Q: 振幅変調は 400GbE イーサネット テクノロジーにどのように適合しますか?
A: 振幅変調により、テレビ放送局に限らず、さまざまなシステムで使用される搬送信号に情報をエンコードできます。ここでは、400 つの信号 (通常は単純な電波) と別の信号 (より複雑なオーディオ波形) を使用します。この方法は、XNUMX Gb/s システムに必要な高速パフォーマンスの実現に役立ちます。また、この方法では高周波搬送波をより密集させることができるため、これまでに知られている他の方法よりも効率的です。
Q: 400GbE イーサネットにおける Spectrum-3 の機能は何ですか?
A: Spectrum-3 は、Spectrum-3 400GbE 1U オープン イーサネット スイッチなどの高性能ネットワーク デバイスに搭載されているスイッチ チップセットです。最新の 400GbE ネットワークに必要な高度なルーティング、大規模な接続、およびより高いデータ レートのサポートを提供します。
Q: 既存の 100Gbps ネットワークに 400GbE イーサネットを組み込むことはできますか?
A: はい、100Gbps ネットワークとの下位互換性は 400GbE イーサネットの機能の 200 つです。これにより、すべてのハードウェアを一度に交換することなく、インフラストラクチャを段階的にアップグレードして、より多くの帯域幅をサポートできます。200 ギガビット トランシーバーを使用する XNUMXG イーサネットを使用して、中間アップグレード パスを作成することもできます。
Q: 400GbE イーサネットを導入する際にはどのような課題がありますか?
A: この技術を導入する際に直面する困難には、消費電力の増加、放熱の増加、より高度な光トランシーバーの必要性などがあります。さらに、既存のシステムとうまく連携し、業界のスペクトルおよび波長標準に対応することが重要であり、そのためには慎重な計画と実行が必要です。
Q: IEEE タスク フォースは 400GbE イーサネットの開発にどのように貢献していますか?
A: IEEE タスク フォースの主な役割は、このタイプのイーサネットのさまざまな側面を管理する標準または仕様を確立することです。これにより、世界中で使用されているさまざまなデバイスやプラットフォーム間のグローバルな相互運用性とパフォーマンスの一貫性が確保されます。その取り組みは、テラビット イーサネット (TB) や TBS などのテクノロジの広範な採用とともに、業界全体の成長をサポートします。
Q: 400GbE イーサネットをベースとしたテクノロジーから、将来どのような進歩が生まれる可能性がありますか?
A: これに基づくテクノロジーによってもたらされる将来の進歩には、テラビット イーサネット ソリューション、より高いデータ レート、より効率的なルーティング アルゴリズム、革新的な光トランシーバーなどがあります。これらの機能強化により、常に変化するデジタル インフラストラクチャ内で高まる帯域幅の需要に対応できます。