QSFP-DD MSA を理解する: 400G ネットワークに革命をもたらすハードウェア仕様

2024 年 9 月 25 日

キャサリン

光通信エンジニア

データ使用量が飛躍的に増加している世界では、超高速インターネット接続の必要性がかつてないほど高まっています。これを実現する方法の 1 つが、Quad Small Form-factor Pluggable Double Density (QSFP-DD) マルチソース契約 (MSA) は、400G 接続を可能にしながら、密集したラック内でも場所を取らないコンパクトさを実現しています。この記事では、これらの仕様がデータセンターや高性能コンピューティング環境にどのような影響を与えるかについて説明します。設計原理、機能、潜在的な用途について見ていきますので、すべてを読むことで、現代のネットワークの課題に関して QSFP-DD がなぜ重要なのか理解できるはずです。

QSFP-DD MSA とは何ですか?

QSFP-DD MSAの概要

QSFP-DD MSAは400Gハードウェアの仕様です。これは、彼らが開発した新しいXNUMX倍密度フォームファクタを使用することで実現されます。この規格により、多くの高速小さなモジュールにデータリンク。これは、50 つのコネクタで最大 100 つの 28G レーンまたは XNUMX つの XNUMXG レーンをサポートできるためです。QSFP-DD MSA と QSFPXNUMX の主な違いは、ピンとの互換性を保ちながら密度を XNUMX 倍にすることで、既存のシステムのアップグレードが容易になることです。さらに、短距離 (マルチモードファイバー) と長距離 (シングルモードファイバー) の両方のアプリケーションで動作するため、さまざまなネットワーク環境での汎用性が向上します。堅牢な設計に組み込まれた建設基準これらの製品は、現代のデータセンターが求める最も厳しい要件にも対応でき、進化するネットワークアーキテクチャと投資保護の中で、これまでにない拡張性を実現します。

QSFP-DD MSA グループのメンバーは誰ですか?

QSFP-DD MSAグループは、ネットワーク、通信、データセンターソリューションプロバイダーで構成されています。大手企業には、シスコ、アリスタネットワークス、メラノックステクノロジーズ、インテルなどがあります。これらの企業は、QSFP-DD標準を普遍的に使用するために協力し、高速化への迅速な革新を促進しています。データ伝送技術この協会の会員企業は知識を共有し、リソースを組み合わせて、さまざまな分野での QSFP-DD 仕様の採用を促進し、現代の通信ネットワークの効率と容量を向上させます。

QSFP-DD MSA がネットワークハードウェアにとって重要な理由は何ですか?

QSFP-DD MSA は、下位互換性を維持しながら帯域幅とデータ伝送容量を大幅に増加できるため、ネットワークハードウェアに不可欠です。200G や 400G などのより高いデータレートをサポートすることで、データセンターと高性能コンピューティング環境の帯域幅に対する高まるニーズに対応します。この規格は、スペースと電力消費を節約し、運用効率を高める小型フォームファクタを特徴としています。さらに、MSA グループ傘下のさまざまな企業間の協力により、デバイスが相互に連携して動作することが保証されます。これにより、競争によって発明が促進される環境が生まれ、企業は将来の使用のためにネットワーク投資を保護できます。

QSFP-DD モジュールを定義する仕様は何ですか?

QSFP-DD仕様の主な特徴

QSFP-DD (Quad Small Form-Factor Pluggable Double Density) 仕様には、今日のネットワークニーズに最適な選択肢となるいくつかの重要な特性があります。

よりコンパクト: QSFP-DD は、前モデルと同じフォームファクター内でより高いデータレートをサポートし、従来の QSFP モジュールが占める同じスペースで接続性を 2 倍にします。
データレートのサポート: 最大 400 Gbps のデータレートを処理できるため、最新の高速ネットワークやデータセンターにおける帯域幅の要件の増加に対応できます。
下位互換性: この設計は、ネットワークインフラストラクチャ統合のすべてのレベルでハードウェアに大きな変更を加えることなく、QSFP/QSFP28 標準に基づく既存のモジュールと連携します。
電力効率の向上: 消費電力の低減は QSFP-DD によって実現されるもう 1 つの最適化であり、データセンター全体のエネルギー使用量を最適化しながら運用コストを削減するのに役立ちます。
パフォーマンスの向上: 他の高度な伝送方法の中でも採用されている PAM4 技術は、多くのアプリケーションで要求が厳しく、このような拡張機能が必要となる場合でも、より高い実効データレートを通じて現在の光ファイバーよりも高いパフォーマンスを実現します。

これらの機能により、QSFP-DD は、高速性が求められる高密度環境に最適なソリューションとして位置付けられます。特に、リビジョン 7.0 のリリース日が間もなく発表され、すでに非常に強力な標準と見なされているものにさらに堅牢性が追加される予定です。

QSFP-DD ハードウェア仕様の改訂について

QSFP-DD のハードウェア仕様の改訂では、高速ネットワーク環境でのパフォーマンス、相互運用性、効率性を向上させるための重要な進歩と最適化がいくつか取り入れられています。業界トップの情報源から得た最新の知見から、重要な更新内容をいくつかご紹介します。

より優れたインターフェース標準: 最近、電気的互換性を向上させ、既存のシステムとの統合を容易にするために、いくつかのインターフェース標準が改訂されました。これらの変更は、高速ネットワークで最高のパフォーマンスを目指す際に遭遇する既知の技術的困難である信号損失を最小限に抑えながら、高いデータ整合性を維持することを目的としています。
追加プロトコルのサポート: 最新の仕様に新しいプロトコルのサポートが含まれるようになったため、5G、クラウドコンピューティング、AI ワークロードなどの幅広いアプリケーションを対象とした展開の柔軟性がさらに高まりました。
より洗練された電源管理機能: 動的な電力割り当てを可能にする新しい電源管理機能が導入され、リアルタイムの使用パターンに基づいたエネルギーの最適化が可能になりました。これにより運用コストが削減され、全体的なエネルギー消費が削減されるため、持続可能性の取り組みにも適しています。

結論として、QSFP-DD 仕様に対するこれらの調整は、強力なパフォーマンス、互換性、効率性を確保することを目的としており、それによって将来の需要を満たすために必要なネットワークインフラストラクチャの成長が促進されます。

QSFP-DD モジュールの MSA および TAA 準拠

データセンターや高速ネットワークインフラストラクチャで QSFP-DD モジュールを調達して導入する場合、マルチソースアグリーメント (MSA) および貿易協定法 (TAA) に準拠することが重要です。MSA に準拠することで、メーカーは標準仕様に従うことが義務付けられ、他のベンダーの製品との互換性が確保されます。高密度環境で最適なパフォーマンスを得るために多くのハードウェアコンポーネントを統合する必要がある分野では、これが非常に重要です。

逆に、TAA では、連邦政府の契約では特定の国のコンポーネントのみを使用することが義務付けられているため、政府契約の信頼性と安全性が強化されています。TAA 準拠の QSFP-DD モジュールは、連邦政府のガイドラインに従って運営する組織の調達ルールを満たすだけでなく、品質とパフォーマンスの基準も保証します。つまり、これらのコンプライアンスに従うことで、ネットワークのインストールプロセス中のコストを節約しながら実装を迅速化できるため、長期的に信頼性が高く持続可能な優れたネットワークシステムを実現できます。

フォームファクターは QSFP-DD のパフォーマンスにどのような影響を与えますか?

QSFP から QSFP-DD への進化

Quad Small Form-factor Pluggable (QSFP) から QSFP Double Density (QSFP-DD) への標準は、高速ネットワークソリューションの飛躍的な進歩です。当初、モジュールの最大データレートは 40 Gbps で、各 10 Gbps で動作する XNUMX つのチャネルを通じて実現されていました。しかし、より多くの情報ストレージおよび検索システムに対する需要が高まるにつれて、必ずしも帯域幅を大きくすることなく、より広い帯域幅の必要性が生じ、ピーク効率レベルを維持することが難しくなりました。

これは、チャネルを 200 から XNUMX に倍増することで実現され、単一の QSFP-DD ポートで最大 XNUMXGB/s の伝送速度が可能になります。これは、信号処理技術と電気および光学設計の改善によって可能になりました。小型サイズはそのまま維持されているため、既存のアプリケーションと併用でき、シームレスなアップグレードプロセスによってより高い容量を実現できます。さらに、この新しい仕様ではアクティブおよびパッシブ光ケーブルがサポートされているため、さまざまな設置環境に対応できます。この開発により、現在の高速化の需要を満たすだけでなく、ネットワークが将来のデータ伝送技術の進歩を活用できるようになります。

倍密度フォームファクタの利点

QSFP-DD フォームファクタには、ネットワーク機能を強化するいくつかの利点があります。まず、高密度によってスペースあたりのポート数が増えるため、ラック使用率が大幅に向上し、倍密度構成を実現するという課題に対処できます。これは、利用可能な物理スペースが限られているデータセンター環境では非常に便利です。次に、より高いデータレート (最大 200 Gbps) を実現することで、追加のケーブルやインフラストラクチャの変更を必要とせずに帯域幅が拡大し、複雑さとコストが削減されます。さらに、QSFP-DD は以前のバージョンと下位互換性があるため、組織によるシステムアップグレード中に中断を最小限に抑えながらスムーズに移行できます。最後に、QSFP-DD 標準でサポートされているアクティブおよびパッシブ光ケーブルによって提供される柔軟性により、特定のアプリケーション要件に応じて構成を最適化できます。これらの利点から、QSFP-DD は、今日のスループットとネットワークスケーラビリティに対する高まる需要に十分に応える最新の高速ネットワークソリューションに不可欠な要素であることがわかります。

倍密度インターフェース実現の課題

QSFP-DD 規格には多くの利点がありますが、ネットワーク環境でその潜在能力を最大限に発揮するには、いくつかのハードルを乗り越える必要があります。まず、密度が高いほど熱が多く発生するため、データセンターではより優れた冷却システムが必要になるため、技術的な制限により熱管理の問題が発生します。また、QSFP-DD インターフェイスを既存のインフラストラクチャに統合すると、特に古いシステムの互換性の問題に対処する場合に問題が発生する可能性があります。信号の整合性と損失も重要な要素として作用するため、高データレートで信頼性の高い通信を行うには、高価な材料と設計手法を使用して伝送を行う必要があります。最後に、新しいハードウェアの購入やスタッフのトレーニングなど、テクノロジーのアップグレードに関連するコストの影響は、組織が 2 倍密度インターフェイスに移行する際の障壁となる可能性があります。高速ネットワークから最大限のパフォーマンスと効率を引き出すには、これらすべての課題に対処する必要があります。

QSFP-DD モジュールの実際の用途は何ですか?

400Gおよび800Gネットワークでの使用

高速ネットワークの進歩の鍵となるのは、これらのモジュール、特に QSFP-DD です。これらのモジュールにより、400G および 800G のデータ伝送が可能になります。アプリケーションが適切に機能するように、マルチレーンデータ伝送をサポートするように設計されており、これにより前世代の容量が 400 倍になります。XNUMXG ネットワークの QSFP-DD モジュールの柔軟性と拡張性により、データセンターはインフラストラクチャを大規模にアップグレードすることなく、帯域幅の要件の増加に対応できます。

QSFP-DD は、パルス振幅変調 (PAM800) などの高度な光技術を組み込むことで 4G ネットワークの効率を高め、単一波長への情報転送量を増やします。この機能は、既存のファイバーネットワークをより有効に活用できるだけでなく、信号損失と消費電力を削減するため、大規模な導入には不可欠です。さらに、クラウドコンピューティングやその他のデータ集約型アプリケーションの普及に伴い、これらのモジュールを導入して、スループット速度と超低遅延通信に対する高まる需要に対応できる、将来を見据えた強力なネットワーク環境を構築することが不可欠になっています。

データセンターシステムとの統合

データセンターシステムを QSFP-DD モジュールと統合すると、効率的な接続、拡張性、パフォーマンスが保証されます。これらのモジュールは、高性能スイッチやルーターとともに使用され、データセンターのさまざまな部分間でデータを簡単に移動するのに役立ちます。QSFP-DD の複数のデータレーンの並列処理を通じて多くの帯域幅を使用することで、データセンターは物理的なスペース要件を最小限に抑えながら、より高いスループットを実現できます。

さらに、ブレークアウト構成による QSFP-DD と現在のネットワーク機器との互換性により、データセンターのインフラストラクチャを段階的にアップグレードできるため、設備投資を削減できます。この適応性は、トラフィックパターンの変化や同時に処理される情報量の増加に対処する企業にとって非常に重要です。さらに、これらのモジュールの導入は、高度なネットワーク管理システムと同時に行われることが多く、トラフィックフローの可視性と、効果的な負荷分散を促進する制御メカニズムを提供し、システム全体の回復力を強化します。このような活動は、さまざまな業界で必要な施設内でのスムーズな運用と将来の技術変化に対する保護に大きく貢献します。

既存のQSFPモジュールとの互換性

既存のネットワークインフラストラクチャを保護するために、QSFP-DD モジュールは現在の QSFP および QSFP28 モジュールと下位互換性があります。物理コネクタ設計により、QSFP-DD モジュールは標準の QSFP ポートとシームレスに接続できるため、データセンターは直接アップグレードしやすくなります。つまり、データセンターはハードウェアをすべて変更することなく、旧式の QSFPS と新しい QSFPS を併用できます。

さらに、これらのモジュールにはブレークアウト機能があり、SFP28 や SFP+ などの XNUMX つの異なる低速規格で使用できます。これにより、システムの設計と構成がより柔軟になります。このような互換性により、パフォーマンスの低下や複雑さの増加なしにさまざまなネットワークニーズをサポートしながら段階的なアップグレードが可能になるため、運用効率が大幅に向上します。したがって、QSFP-DD モジュールを採用することで、ネットワーク全体のパフォーマンスが向上し、前世代の QSFP テクノロジに依存するインフラストラクチャからスムーズに移行できます。

QSFP-DD コネクタとケーブルはどのように機能しますか?

QSFP-DDケーブルの種類

大まかに言えば、QSFP-DD ケーブルには非アクティブとアクティブの 2 種類があります。

非アクティブ銅線ケーブル (DAC): これらは、通常最大 7 メートルの短距離接続用に設計された銅線です。消費電力が少なく、データセンター内のスイッチ、サーバー、その他のデバイスを手頃な価格で接続するために使用できます。
アクティブ光ケーブル (AOC): AOC は、両端に光トランシーバーを備えている点でパッシブケーブルと異なります。送信機は電気信号を光信号に変換し、受信機はそれを再び電気信号に変換します。これにより、信号損失をほとんど発生させずに、通常 100 メートル以上の長距離をカバーできます。さらに、AOC は帯域幅能力が高いため、高性能コンピューティングアプリケーションに最適です。

どちらのタイプも、100 Gbps 以上の QSFP-DD リンクに伴う高データレートを処理できるため、現在および将来のネットワークニーズを満たします。DAC と AOC のどちらを選択するかは、特定の導入シナリオ、財務上の考慮事項、およびパフォーマンス要件によって異なります。

アクティブ光ケーブルとパッシブ光ケーブル

アクティブ光ケーブル (AOC) とパッシブ銅ケーブル (DAC) を比較する場合、いくつかの重要な点を考慮する必要があります。AOC には、電気信号を光信号に変換して長距離伝送 (通常は最大 100 メートル以上) を可能にする光トランシーバーが組み込まれています。つまり、信号劣化を最小限に抑えながら高いパフォーマンスを維持できるため、帯域幅が重要なデータセンターや高性能コンピューティング環境での使用に適しています。

一方、パッシブ銅ケーブルには電子部品が含まれず、銅線のみを使用します。長距離（最大約 7 メートル）では使用できませんが、デバイス同士を近くで接続するだけで十分な場合は、DAC よりも安価になります。多くの標準アプリケーションでは DAC が提供する速度が必要ですが、より複雑なネットワークタスクに必要な高いデータレートと広い帯域幅を処理できない場合があります。

要約すると、距離範囲、帯域幅の需要、財政的制約などの特定の展開ニーズに基づいて、AOC を使用するか DAC を使用するかを決定する必要があります。

光トランシーバとその役割

現代のネットワークインフラストラクチャでは、光トランシーバーが重要な役割を果たします。光トランシーバーは電気信号を光信号に変換したり、その逆を行ったりします。これらのガジェットにより、光ファイバーを介して短距離および長距離で高速かつ高精度のデータ転送が可能になります。通常、送信機と受信機が光トランシーバーモジュールに統合され、信号が効率的に変換および増幅されます。

さまざまな分野での使用に関しては、SFP、QSFP+ など、フォームファクタとパフォーマンス仕様に応じて業界で使用されている複数のタイプの光トランシーバがあり、それぞれ特定の速度と距離向けに設計されています。たとえば、QSFP-DD は 200 ～ 400 Gbps のデータレートをサポートしているため、他の領域よりも帯域幅要件が比較的高い高性能コンピューティングや DC アプリケーションに適しています。したがって、ネットワークの信頼性、拡張性、全体的なパフォーマンスに影響を与えるため、適切なデバイスを選択する必要があります。また、ネットワーク設定に関連する特定のニーズに基づいて将来の成長計画を検討する必要があります。

QSFP-DD テクノロジーの将来はどうなるのでしょうか?

今後のハードウェア仕様の改訂

データセンターやエンタープライズネットワークではより多くの帯域幅が必要なため、多くの新しいハードウェア仕様の改訂により、QSFP-DD テクノロジのパフォーマンスが向上します。主導的な立場にあるメーカーは、データレートを現在よりも高めることを目指して、次世代の仕様に共同で取り組んでいます。基本的な変更には、電力を節約するための電気インターフェイスの改善、熱管理ソリューションの最適化、および遅延の削減と伝送品質の向上に役立つマルチファイバー接続の幅広いサポートが含まれます。これらの開発により、システムの拡張性が向上すると同時に、クラウドコンピューティング、5G サービス、人工知能ワークロードに関連するその他のアプリケーションを処理できるほど柔軟になります。ネットワークアーキテクチャランドスケープで行われるインフラストラクチャ計画と投資決定は、これらの変更によって大きく影響を受けるため、関係者はこれらの変更について注意を払う必要があります。

新しい仕様と革新

当社は、より多くのデータを送信するための将来の要件を満たすために、QSFP-DD テクノロジーを更新しました。これを実現した方法の 1 つは、メーカーによるトランシーバー設計における新しい材料とプロトコルの使用です。これにより、AI ベースのネットワーク最適化ツールをシステムに統合し、自動波長管理などを行うことで、信号の忠実度を高めながら消費電力を削減できます。さらに優れているのは、これらの改善が既存のアプリケーションの改善に限定されるのではなく、エッジコンピューティングや次世代通信ネットワーク内でのより強力な実装への道を開くことです。したがって、通信やデータセンターに携わる人は誰でも、この分野で何が起こっているかを把握しておく必要があります。そうしないと、進歩に関する最新のテクノロジーに決して対応できない時代遅れのインフラストラクチャに多額の投資をすることになりかねないからです。

光ファイバーネットワークの未来

帯域幅の需要の高まりと高速データ転送の必要性に押されて、ファイバーネットワークの将来は大きな変革を経験することになるでしょう。専門家によると、光技術の発展により、波長分割多重化技術の改良によって達成される毎秒数テラビットの速度を利用することで、さらに高速な転送が可能になります。これらの革新には、パッシブ光ネットワーク (PON) と高密度波長分割多重化 (DWDM) が含まれます。これらは、他の高度なファイバーアーキテクチャと併用することで、家庭や企業間で情報を送信する際の容量と効率を高めることができます。

さらに、光ファイバーケーブルは 5G ネットワークを構築するインフラストラクチャーとして機能します。光ファイバーケーブルは、遠隔手術や自動運転車などのリアルタイムアプリケーションに必要な低遅延接続を提供する必要があります。もう XNUMX つの考慮事項は持続可能性です。電子機器を使用する人がかつてないほど増えているため、すべての人を接続しようとするときに地球を破壊しないように、システムに環境に優しい素材と省電力機能を早急に導入する必要があります。まとめると、これは何を意味するのでしょうか。基本的に、これらの変化からわかるのは、光ファイバーはすぐに現在のニーズを満たすだけでなく、今後のデジタル通信のあらゆる成長にも対応できるようになるということです。

参照ソース

光ファイバ

シグナルインテグリティ

光ファイバーケーブル

よくある質問（FAQ）

Q: QSFP-DD MSA とは何ですか? また、なぜ 400G ネットワークに不可欠なのですか?

A: Quad Small Form Factor Pluggable Double Density (QSFP-DD) Multi-Source Agreement (MSA) は、帯域幅の増大のニーズに対応するデータセンターハードウェア仕様です。同じサイズの Small Form-Factor Pluggable (SFP) トランシーバー内で速度を 400 倍にすることで、XNUMX ギガビットイーサネット (GbE) ソリューションを提供します。

Q: QSFP-DD MSA はどのようにして下位互換性を確保しますか?

A: この合意に基づき、QSFP モジュールとの一方向の下位互換性は、既存のモジュールスペースに収まるようにしたり、必要に応じて古いケーブルを使用したりといった機械設計要素を通じて実現できます。ただし、これは物理的な問題だけではありません。電気的なインターフェイスの考慮事項もあるため、新しい要件によって、スイッチなどのデバイスで現在使用可能な異なるタイプのコネクタ間で信号が送信されるのが妨げられることはありません。

Q: QSFP-DD MSA の仕様に含まれる主要なコンポーネントは何ですか?

A: 熱管理ガイドライン、電気インターフェース、機械設計などが含まれます。これらは、Qsfp-ddモジュールとケーブルがMSA準拠要件を満たしていることを保証するために使用され、400ギガビットネットワークをターゲットとするシステムに設計した場合に確実に動作することができます。

Q: これらの標準の起草に最も貢献したのは誰ですか?

A: Quad Small Form-Factor Pluggable Double-Density Multi-Source Agreement は、この業界の大手テクノロジー企業や主要プレーヤーによるさまざまな貢献によって作成されました。つまり、製造元、ベンダー、サービスプロバイダーはすべて、これらのドキュメントの開発プロセスで意見を述べ、作成プロセスに関与した両グループが任命した議長の厳しい監督の下でさらに改良を重ね、物事を永久に正しく行うことを目指しました。

Q: QSFP-DD フォームファクターと従来のフォームファクターの違いは何ですか?

A: ポートあたり 4 レーンしかサポートしていなかった以前の製品とは異なり、qsfp-dd インターコネクトには 8 つの電気レーンがあり、密度が 2 倍になっています。これにより、コンパクトなままデータレートを高くすることができ、高速ネットワークアプリケーションに使用されるスイッチなど、最新のデバイスで利用できる限られたスペース内でより多くの帯域幅を実現したいと考えている設計者が直面する課題の 1 つに対処できます。

Q: QSFP-DD MSA の最新のハードウェア仕様はいつ発表されましたか?

A: 最近、QSFP-DD MSA の最新のハードウェア仕様であるリビジョン 7.0 がリリースされました。この仕様は、現在の QSFP-DD モジュールの機能を拡張することで改良されています。このアップデートには、新しい業界の要件と技術の進歩を満たすための変更が含まれており、時間の経過とともに関連性が維持されます。

Q: QSFP-DD MSA の仕様には技術的な問題がありますか?

A: はい、倍密度インターフェースを実現し、機械的安定性、熱管理、および信号の整合性を確保しようとすると、いくつかの課題に直面します。これらはすべて、QSFP-DD MSA 仕様書に記載されている設計およびテスト段階で考慮されました。

Q: QSFP-DD モジュールを既存のインフラストラクチャで使用できますか?

A: はい、これら 400 種類のデバイス間では下位互換性が維持されています。つまり、現在導入されている QFSP または QFSP+ ベースのシステムをこれらの新しいモジュールと一緒に使用できるため、XNUMXG ネットワークへの簡単なアップグレードパスが提供されます。

Q: プラグ可能な QSFP-DD モジュールはデータセンター環境でどのような利点をもたらしますか?

A: プラグ可能な QSFP-DD モジュールは、ラックごとに異なるリンク長や回線速度が必要となるデータセンター展開において、柔軟性、拡張性、保守性の利点を提供します。これにより、ネットワークの他の部分に影響を与えることなく迅速に交換でき、MSA および TAA 標準に準拠しているため、メンテナンスの複雑さが軽減されます。

Q: qsfp-dd モジュールは通常どこで使用されていますか?

A: used-dd モジュールが頻繁に利用される分野としては、高速データセンター相互接続 (DCI)、高性能コンピューティング (HPC) クラスター、世界中の複数の地域にサービスを提供する大規模なパブリッククラウドプロバイダーなどがあります。ネットワーク業界で現在行われている作業の規模と性質上、このようなアプリケーションには効率的な長距離伝送機能が必要です。