400G ZR、DR4、FR4、LR4、SR8QSFP-DD光トランシーバーの概要

光トランシーバーは、データセンターで光ネットワークの相互接続を実現するための重要なデバイスです。 ポートの数と密度が進むにつれて、データセンターは光モジュールのコストを考慮する必要があります。これは、IDCの光ネットワークのコストのほぼ半分を占めると予想されるためです。 現在、大手インターネット企業の新設データセンター 400Gへの移行を検討しています イーサネット。 400G QSFP-DD光モジュールは、400G高データレートネットワーク接続用の最も一般的な光ソリューションです。 この投稿では、400GQSFP-DDオプティクスの簡単な紹介を行います。

400GトランシーバモジュールのQSFP-DDとは何ですか？

QSFP-DD、の略語 Quad Small Form-factor Pluggable（QSFP）– Double Density（DD）は、高密度ネットワーキングを実現するための光通信業界の重要な部分としてQSFP-DDMSAグループによって定義された高速ホットプラグ可能フォームファクタです。 400G光トランシーバーフォームファクターの最適なオプションとして、このQSFP-DDコネクターにより、データセンターは必要に応じてクラウド容量を効果的に拡張および拡張できます。 

QSFP-DDは、QSFPポートと上位および下位互換性があり、既存のポートとも互換性があります。 QSFP28光モジュール およびAOC / DACなど。 QSFP-DDコネクタの電気インターフェイスは8つの電気レーンで構成され、それぞれ25Gb / sNRZ信号または50Gb / s PAM4信号で動作し、合計帯域幅は200Gb / sまたは400Gb / sです。 QSFP-DDは、単一のスイッチスロットで最大14.4Tb / sの集約帯域幅を実現できます。

市場で一般的な400Gトランシーバーの種類は何ですか？

● 400G DR4QSFP-DDトランシーバー

400G DR4 は、QSFP-DD（Quad Small Form Factor Pluggable-倍密度）フォームファクタの400Gイーサネットデータセンター相互接続用に設計された光トランシーバモジュールです。 送信機側では、このDR4モジュールは8チャンネルの50Gb / s（PAM4）電気信号を4チャンネルのパラレル光出力データに変換します。各チャンネルは100Gblsの総帯域幅で400Gb/sのデータレートが可能です。 受信機側では、光トランシーバーは、各レーンが4Gbp / sのパラレル光データの100レーンを、合計400Gbp / sに変換して、8Gb /sPAM50電気出力信号の4レーンをサポートします。

FiberMall 400G DR4 QSFP-DD 光トランシーバー モジュール 

この 400G QSFP-DD DR4 ファイバーモジュールはSMF（シングルモードファイバー）と MPO-12コネクタ。 通常、QSFP-DD DR400フォームファクタの4Gトランシーバは、500nmの中心波長で1310メートルの最大伝送距離をサポートします。 製品は、に従ってデジタル診断機能で設計されています 400G QSFP-DD マルチソースアグリーメント（MSA）.

400G QSFP-DD DR4 の紹介と応用

● 400G FR4QSFP-DD光トランシーバー

400GBASE-FR4モジュールは、ホストに接続する400つの高速電気インターフェイスをサポートするQSFP-DDフォームファクタの8Gbpsホットプラグ対応トランシーバです。 The 400G FR4 トランシーバーは、4レーンあたり4Gbpsで動作する1271/1291/1311/1331nmのCWDM100中心波長の4つの独立したレーンを組み込んでいます。100つの非冷却XNUMXGbps CWDM EMLは、光マルチプレクサを備えた光ドライブとしてDSPおよびEMLレーザーで使用されます。 デュプレックスLCコネクタ 光インターフェースは、シングルモードファイバー (SMF) 経由の 2G イーサネットリンクで最大 400km の伝送をサポートします。 400G FR4 QSFP DDファイバートランシーバーモジュールは、 100GシングルラムダMSA仕様 400G FR4 と QSFP-DD MSA 仕様.

∆ デュプレックスファイバー付き 400G FR4 QSFP-DD トランシーバーモジュールの図 

● 400G LR4QSFP-DDトランシーバモジュール

400GBase LR4光ファイバーモジュールは、ギアボックスチップを内蔵して設計されています。 8つのチャネルの電気入力データを単一チャネルの出力信号に多重化し、それを光受信機側に変調します。 具体的には、DSPベースのギアボックスは25チャンネルの4GBaud PAM4信号を50チャンネルの4GBaud（PAMXNUMX）信号に変換します。 SMF （シングルモードファイバー） ケーブル デュプレックスLCコネクタ付き。 この 400G LR4 トランシーバー製品は、FECと完全なリアルタイムデジタル診断モニタリングを備えており、最大10kmの伝送距離をサポートします。 Itは 400つの操作用のXNUMXGb / s PHY 1271、1291、1311、および 1331nm の CWDM 中心波長。 FiberMall の 400G LR4 トランシーバーは、Cisco 400G トランシーバーおよび Arista 400G トランシーバーと同じ機能と品質を備えており、互換性が優れています。

FiberMall 400G QSFP-DD LR4 光トランシーバー

● 400GSR8光トランシーバー 

400GSR8は Quad Small Form Factor Pluggable–倍密度 IEEE 802.3bs仕様に準拠した光ファイバートランシーバー。このモジュールは、 8パラレル 送信機と受信機 レーン、400ギガビットイーサネット信号が引き継がれます。 これらの8つの独立したチャネルのそれぞれは53.125Gbpsの能力があります（PAM4） dATA r食べた MTP / MPO-400コネクタを備えた100メートルのOM3マルチモードファイバケーブルで合計16Gb / sの帯域幅を集約します。 8つの独立したチャネルの中心波長は850nmです。 DR4、FR4、LR4 QSFP-DD 400G光モジュールと同様に、 400G SR8 QSFP-DDMSA仕様に準拠しており IEEE 802.3bs プロトコル。 

400G QSFP-DD FR4 と 400G QSFP-DD FR8 の違いは何ですか?

信頼性の向上

400G QSFP-DD FR4 のボーは 53.125GBd で、400G QSFP-DD FR8 のボーは 26.5625GBd です。 ボーが増加するにつれて、PAM4 の MPI コストと CD コストが徐々に増加し、長期的な信頼性の高い動作という課題に直面するため、より堅牢な FEC が必要になり、相互運用性の問題に対処する必要があります。 両方の光モジュールは KP4 FEC を使用し、400G QSFP-DD FR4 はチャネルあたり >80% のマージンを持ち、400G QSFP-DD FR8 はチャネルあたり >90% のマージンを持ち、400G QSFP-DD FR8 は他のモジュールよりも信頼性が高くなります。

モジュレーション

400G QSFP-DD FR4 と 400G QSFP-DD FR8 はどちらも、電気側では 8 チャネル 53Gbps PAM4 変調であり、違いは光側にあります。 FR8 光ポート側は、8 チャネル 53Gbps PAM4 変調を使用します。 FR4 の光インターフェイス側は、106Gbps PAM4 変調の 106 つのチャネルを使用します。 内部では、Gearbox チップが 4 つの電気インターフェイス入力を 50 つの信号に多重化し、それらを光インターフェイスに変調します。 したがって、光インターフェース側の速度は電気インターフェース側の4倍、つまり100GbpsのPAM4信号をXNUMXチャネルとなります。 XNUMXG PAMXNUMX は XNUMXG PAMXNUMX 変調にアップグレードされ、分散トレランスが減少します。

DSP レイテンシ

400G QSFP-DD FR4 は内部で 8:4 ギアボックスを使用するため、遅延パフォーマンスが約 102ns と低くなりますが、400G QSFP-DD FR8 の遅延は約 84ns しかありません。 したがって、400G QSFP-DD FR8 の方がレイテンシ パフォーマンスが優れています。 400G QSFP-DD FR8 は、高性能コンピューティングを必要とするシナリオにより適しています。

消費電力

一方で、400G QSFP-DD FR8 はリンク バジェットが向上しています。しかし、その一方で、レーザーの数が増えるとモジュールの消費電力が増加し、モジュールあたりのレーザーの総コストが高くなり、光学パッケージがより複雑になるため、出力が低下し、製造コストが高くなります。対照的に、400G QSFP-DD FR4 は消費電力が低く、熱処理機能がより簡単です。

公共計画	FR4	FR8
ボー	53.125GBd	26.5625GBd
DSP レイテンシ	≈102ns大きい	≈84ns小さい
MPI コスト	貧しいです	フェア
CD コスト	貧しいです	フェア
KP4 FEC マージン	信頼性のある	非常に信頼性が高いです
消費電力	低いです	高いです
伝送性能	フェア	良い

要約すると、8 ウェイ光 400G QSFP-DD FR8 は、400G QSFP-DD FR4 と比較して、あらゆる面で優れた伝送性能を提供しますが、消費電力とコストはわずかに劣ります。400G QSFP-DD FR4 は商用データ センターに適していますが、400G QSFP-DD FR8 は高性能コンピューティングに適しています。

光通信業界の市場調査機関であるLightcountingの調査によると、世界の光トランシーバー市場について、FiberMall は 2021 年の世界の光トランシーバー市場の需要と出荷を分析し、要約します。

最近、LightCountingの最新の調査レポートによると、イーサネット光トランシーバーの売上高は4.6年に2021億米ドルに達し、前年比で25％増加します。 LightCountingは、市場のCAGR（複合年間成長率）が14年から2022年に2027％に減速すると予想していますが、この緩やかな成長率でも、セグメントは10年までに2027億ドルに達するでしょう。

何が成長を推進していますか？

実際、光トランシーバーのサプライヤーは、19年初頭のCOVID-2020の影響からわずか数か月で回復し、1GbEから400GbEまでの製品の需要は通年の予想を上回っています。 「潮流が高まるにつれ、1Gおよび10G製品は言うまでもなく、40GbE光トランシーバーの売上も伸びています。」 従来の低価格商品の需要は2020年末に減少し始めましたが、2021年前半に再び回復しました。これは予想外のことでした。 おそらく、従来の低料金製品に対する新たな、そしておそらく最後の需要の波は、主にCOVID-19のために遅れている、企業および通信ネットワークのアップグレードから来ています。

市場の成長を促進するもう200つの重要な要因は、400GbEおよび400G光モジュールに対する非常に強い需要です。 Googleは3年前に2020G光モジュールの展開を開始しましたが、Amazonは200年に開始し、Meta（以前のFacebook）は2021Gの展開を2年に延期し、市場に大きな影響を与えました。 さらに、Googleへの400x2021G光モジュールの最初の販売も2022年の市場成長に貢献しました。この勢いは2023年まで続くと予想されますが、LightCountingは2027年からXNUMX年にかけて成長が鈍化すると予測しています。

LightCountingは、その予測モデルが、多数のアプリケーションでのイーサネット光接続の帯域幅の増加に関する仮定に基づいていると述べています。 さらに、LightCountingは、上位400社のクラウドコンピューティング企業のそれぞれの光モジュールの消費量もモデル化しています。 たとえば、LightCountingは、Amazonが2020年と2021年に40G接続に大規模なアップグレードを行うことで、データセンターネットワークの帯域幅をほぼXNUMX倍にすることを予測しています。長期的には、帯域幅の増加は年間XNUMX％、つまりXNUMX倍ごとに減少すると予想されます。年かそこら。

同時に、LightCountingは800Gおよび1.6T製品への期待も高めました。 LightCountingは、保守的な予測は、需要の予想外の減速と景気後退を説明するのに役立つため、ボラティリティが発生しやすい市場に適していると述べました。 パンデミックが光モジュール業界全体に良いことは珍しいことです。 イーサネット市場は、18年から2011年にかけて2021％のCAGRを達成しましたが、大幅に低下することはありませんでした。 それを念頭に置いて、14年から2022年のCAGRが2027％であることは、非常に合理的な仮定です。

調査会社CignalAIの400年第2021四半期の輸送アプリケーションレポートによると、Cisco（Acacia）とMarvellが生産能力を急速に拡大したため、4G ZR /ZR+モジュールの出荷は2021年の第400四半期に急増しました。 ただし、クラウドサービスプロバイダーからの需要は依然として供給を上回っており、Ciena、NeoPhotonics、II-VIなどのサプライヤーからの生産が増加するにつれて、今年は増加するでしょう。 Cignal AIは、Microsoft、Amazon、GoogleなどのクラウドオペレーターやAT＆T、Windstream、COLTなどの従来のネットワークオペレーターが大規模な展開を展開するにつれて、200年に2022G ZR / ZR +モジュールの出荷がXNUMX％増加すると予想しています。 。

CignalAIのチーフオプティクスアナリストであるScottWikinson氏は、次のように述べています。 の出荷 400GZR モジュールは急速に成長しており、これまでのところ、出荷の半分以上が第XNUMX四半期からのものでした。」

4年第2021四半期の輸送アプリケーションレポートのその他のハイライト：

• プラグ可能なコヒーレントモジュールがサプライヤの展望を変えるにつれて、オペレーターが直接調達するコヒーレントポートの数は急速に増加しています。
• Gen60Cプラガブル400GZRモジュールの出荷にはまだ供給の制約があり、これまでの需要のほぼすべてを満たしているのはXNUMX社だけです。
• Cienaは、最先端のGen90P 800Gコヒーレントポートの最大のサプライヤーであり続けていますが、InfineraおよびICE6製品の出荷は急速に伸びています。
• 北米のコンパクトモジュラー収益は25年に2021％増加し、Cienaisはこのカテゴリーのマーケットリーダーです。
• 2021 年に Packet-OTN の売上成長を達成したのは HW だけです。Nokia は、OTN 製品ポートフォリオへの継続的な投資により、HW のビジネスを獲得するのに最適な位置にあるヨーロッパと米国で主要な OTN サプライヤーになりました。

Cignal AIの最新の光コンポーネントレポートによると、ハイパースケールデータセンターに対するクラウドサービスプロバイダーの設備投資は、データコム光コンポーネントの収益成長を27％促進し、4.7年には2021億ドルに達し、通信、消費、産業用光学のコンポーネント収益の成長を上回りました。アプリケーション。

大規模なクラウドプロバイダーと一部の企業顧客の需要が2021Gから100GbEに移行したため、このレートでのモジュールの出荷は400倍になり400年に記録的なレベルになりました。 「400GbEへの移行は順調に進んでおり、プラグイン可能なコヒーレント400Gbpsテクノロジーは、データセンターを接続する光ネットワークの設計に革命をもたらしています」とCignalAIの主任光学アナリストであるスコットウィルキンソンは述べています。 「2022Gbpsの速度は、XNUMX年にデータセンター内外の支出と帯域幅の増加を促進します。」

400G 光トランシーバーのアプリケーション シナリオ

業界標準とネットワーク要件の成熟度が高まるにつれて、400G 光モジュールは光通信業界の発展をリードしてきました。特に、データセンター、メトロポリタン エリア ネットワーク、および長距離高速ネットワークの XNUMX つのアプリケーション シナリオでますます注目を集めています。容量伝送ネットワーク。

データセンター

400 GB データ センター向けネットワーク光モジュール ソリューション (背景: East-West トラフィックの急増)

2021 年までに、データセンターの東西トラフィックの約 70% がデータセンター内にとどまり、成長率は南北トラフィックおよびデータセンター間のトラフィックよりも大幅に高くなると予想され、高速光モジュールの需要が大幅に増加します。

北米の OTT 顧客は、400 年に 2020G ソリューションの展開を開始する予定です。2019 年の前半から、中国の OTT 顧客も、複数の 400G 光モジュール サプライヤーを巻き込んで、中国で最初の 400G テストを開始しました。

メトロポリタン ベアラー ネットワーク

MAN 向け 400G 光モジュール ソリューション (背景: 新しいサービスが 5G 時代のトラフィック増加を促進)

5G の急速な発展に伴い、超高解像度ビデオ、モノのインターネット、VR/AR、および車両のインターネットを含む新しいサービスは、ベアラー ネットワークの新しい要件を提唱しています。レイテンシーと高い信頼性。

メトロ ネットワークの既存の 100GE ポートでは、ウルトラ ブロードバンドを必要とするアグリゲーション レイヤーとコア レイヤーをサポートできず、400GE 光相互接続ソリューションの需要が生じています。

例として、5G ベアラー ネットワークを取り上げます。 次世代モバイル ネットワーク (NGMN) コンソーシアムの帯域幅評価によると、メトロ ネットワークの大規模な 50G 商用化中に、アクセス レイヤーの帯域幅は 200GE に、コア レイヤーの帯域幅は 400GE/5GE に増加します。

長距離大容量伝送ネットワーク

DWDM ネットワーク用の 400G 光モジュール ソリューション (背景: トラフィックの増加により、長距離伝送の帯域幅の圧力が増大します)

ネットワーク トラフィックの増加は、伝送ネットワークのポート帯域幅の増加につながります。 長距離および高帯域幅の伝送には、波長分割多重化 (WDM) ベースのコヒーレント伝送技術が最適なソリューションを提供します。

400G コヒーレント ソリューションが成熟するにつれて、400G コヒーレント ポートの需要は 2020 年以降急速に増加するでしょう。

400 つの要因が 400G コヒーレント ポートの成長を促進しています。それは、ネットワーク帯域幅の拡大とクライアント XNUMXGE ポート数の増加です。

LightCounting の予測レポートによると、400G コヒーレント ポートはますます多くのネットワークで使用され、今後 XNUMX 年間で最も急速に成長するでしょう。

400G QSFP-DD DR4 光モジュールは、標準の MPO-12 コネクタを使用して、シングルモード ファイバーで最大 500m 伝送します。 また、100G DR 光モジュールにも接続できます。 1310nm EML送信機タイプとPAM4パルス振幅変調モードを採用。

400G QSFP-DD DR4 シリコンフォトニクス光トランシーバーの利点

400G QSFP-DD DR4光モジュールには、従来の電気光チップ分離型光モジュールと、近年登場した電気光チップ一体型シリコンフォトニクス光モジュールのXNUMX種類があります。

400G DR4シリコンフォトニクス光モジュールは通常7nm DSPチップを採用し、消費電力は10W未満で、データセンターのグリーンアプリケーション要件を満たしています。 4チャネル100G EMLソリューションを備えた従来の光モジュールと比較して、400G DR4シリコンフォトニクス光モジュールは、レーザーの数を効果的に減らすことができるシングルまたはデュアル光源のみを必要とします。

一方、400G QSFP-DD DR4シリコンフォトニクス光モジュールはCOBパッケージングプロセスを採用し、光ファイバーとシリコン光チップ間のパッシブカップリングを可能にし、最適化された設計によりTEC温度制御コンポーネントが排除され、大量生産とより明白な達成が容易になりますコストメリット。

関連データは、400G QSFP-DD DR4 シリコン フォトニクス光モジュールが従来の光トランシーバーと比較して 10% ~ 30% のコストを節約できることを示しています。 光通信市場で有名な研究機関である LightCounting は、デジタル通信用高速光モジュールの市場は 6.5 年に 2024 億ドルに達すると予想されており、シリコンフォトニクス光モジュールが大規模に商品化されると述べています。市場シェアは60%を占めます。

高速光デバイスの場合、シリコンフォトニクス光チップは、フォトニックチップと電子チップのシングルチップ統合を実現する最良の方法であり、コストと消費電力を効果的に制御するという前提の下で超大容量のデータ交換を実現できます。

シリコン光チップ技術が徐々に成熟するにつれて、400G DR4シリコン光モジュールの市場シェアは増加し続け、かけがえのない特性を示します。

4Q21光学部品レポートのその他のハイライト：

• 2021 年の QSFP-DD データ通信モジュールの出荷数は 8 万で、そのほとんどが DR4 形式でした。
• 2021年には、60,000を超える400Gbpsのプラガブルコヒーレントモジュールが出荷され、そのほとんどが QSFP-DD ZR;
• 2021 年には、200Gbps コヒーレント CFP2 モジュールの出荷が 17% 増加して 200,000 ユニットをわずかに超えました。これは、中国の OEM ファイバーモールが、より遠くのメトロおよび長距離アプリケーション向けにこの速度で容量を増やしたためです。

以前に知られているように、シスコはついに4.5億ドルの価格でアカシアを買収しました。 

通常の光モジュールの成長率は鈍化していますが、コヒーレント光モジュールはXNUMX倍になっています。 アカシアが最も得意とするのは、まさに首尾一貫した部分です。

Dell'Oroのデータによると、400年には250,000G ZRが2026ユニットに達する一方、800GZRは最初は400GZRよりも速く生産され、レートの急速な発展を促進します。

徐々に小型化されたコヒーレントモジュールは、DCIの簡潔でオープンな要件を満たすことができます。 それがZRであろうとZR+であろうと、400Gであろうと800Gであろうと、DCI市場の機会は課題を上回ります。

まとめ

400Gトランシーバー PAM4変調技術に基づくQuad Small Form-factor Pluggable-Double Density（QSFP-DD）は、データセンターの400G光ネットワーク相互接続で一般的になりました. 400G ZR、DR4、FR4、LR4、SR8 QSFP-DD 光は、4G イーサネット アプリケーションで PAM400 テクノロジを例示します。 FiberMall は、プロの光通信統合サプライヤーであり、現在、光ファイバー トランシーバー、DAC & AOC ケーブル、光ファイバー ケーブル、WDM &PLC スプリッター、およびその他のネットワーク シリーズを含む製品を提供しています。 400G DR4/FR4/LR4/SR8/ZR 光トランシーバーは、FiberMall で入手できます。いつでもお問い合わせいただくか、当社の Web サイトをご覧ください。