QSFP-DD 400G 光トランシーバーを理解する: 究極のガイド

2024 年 8 月 8 日

キャサリン

光通信エンジニア

データ伝送業界は常に変化しており、これまで以上に高速で効率的な接続オプションが求められています。これらのニーズを満たすことは QSFP-DD (クアッドスモールフォームファクタプラガブルダブルデンシティ) 400G データセンターから通信まで、高帯域幅接続をサポートする光トランシーバ。このガイドでは、QSFP-DD 400Gについて深く理解していただけます。光トランシーバは、その設計仕様、機能、利点を見ればわかります。私たちは、高速ネットワークで光トランシーバを使用する際に、その動作に関する技術的な詳細をすべて提供するつもりです。ネットワーク、あなたは知識に基づいてそうすることができます。

QSFP-DD 400G トランシーバーとは何ですか?

QSFP-DDテクノロジーの基礎

QSFP-DDテクノロジーは、以前のバージョンであるQSFPと同じサイズを維持しながら、データ伝送に使用されるポートの数を400倍にすることができます。帯域幅をより有効に活用し、XNUMXGアプリケーションをサポートするように開発されました。QSFP-DDのインターフェースは、光信号と電気信号 50 レーン以上でそれぞれ 400G の速度で送信し、全体のスループット速度は XNUMXG になります。この設計は現在の QSFP 接続と下位互換性があるため、既存のネットワークシステムに簡単に導入できます。

QSFP-DD トランシーバーはどのように機能しますか?

QSFP-DDトランシーバーの内部アーキテクチャは非常に複雑であり、その動作は送信と受信を効率的に処理するこの洗練された構造によって制御されます。光信号レーザードライバー、光送信機、光検出器、デジタル信号プロセッサ (DSP) は、トランシーバーに含まれる主要なコンポーネントの一部です。

データが送信される際、電気信号は DSP を通じて光信号に変換されます。DSP は、アプリケーションに応じて、垂直共振器面発光レーザー (VCSEL) または他の種類のレーザーで駆動する光送信機を使用します。各レーンは並列に動作するため、各レーンが 400G の帯域幅を伝送し、50G のデータ転送速度を実現します。

受信側では、光検出器が入射光波を捕捉し、それを元の形式、つまり電気信号に変換します。ここでも、DSD は、高度な技術と組み合わせたエラー訂正方法を使用して、ノイズの多いチャネルや劣化したチャネルでの整合性を確保するため、大きな貢献をします。

シングルモードファイバーまたはマルチモードファイバーは、これらのユニットを介してデータを送信するために使用できます。これらのファイバーによって、到達距離やサポートする帯域幅、送信プロセス中にカバーされる最大距離などが決まります。たとえば、マルチモードは通常、より短い距離を許可しますが、シングルモードは 10 キロメートルを超える距離を許可し、それでも高い速度を維持します。

このような最先端の技術とコンポーネントを組み合わせることで、QSFP DD 光トランスミッタは、特にデータセンター内の相互接続 HPC 通信ネットワークなどの高速通信の需要を十分に満たすことができます。

データセンターでのアプリケーション

現代のデータセンターでは、ネットワークデバイスは QSFP-DD 光トランシーバーを使用して情報を交換します。このデバイスは、大量のデータが転送される相互接続されたデータセンターの帯域幅を拡大します。既存のインフラストラクチャをサポートし、最小限の変更で 400G ネットワークにアップグレードできます。さらに、コンパクトなサイズと高密度により、現代のデータセンター設計で重要なスペースの有効性が最適化されます。高性能コンピューティングは、低遅延接続によるデータへの高速アクセスに依存し、一方、通信では、音声、ビデオ、およびデータサービスの信頼性が高く高速な伝送が必要です。これらのトランシーバーを使用すると、組織内のストレージ容量の需要の増加に対して、最大のパフォーマンス、拡張性、および将来への対応が保証されます。

400G QSFP-DD は他のモジュールと比べてどうですか?

100G と 400G 規格の違い

100G 規格から 400G 規格への移行は、より高速で高速なネットワークの需要により、データ転送機能における大きな進歩です。

帯域幅容量:

100G： これは、100G イーサネットまたは 4x25G WDM (波長分割多重) に基づく単一波長技術を使用し、最大 XNUMX Gbps の合計スループットを実現します。
400G： 対照的に、それぞれ 4 Gbps の XNUMX つのレーン、または PAMXNUMX (パルス振幅変調) などの高度な変調方式を備えた XNUMX つのレーンを使用することで、ポートあたり最大 XNUMX Gbps が可能になります。

伝送距離：

100G： 通常、マルチモードファイバーでは約 100 メートル、シングルモードファイバーでは 100 キロメートルを超える有効伝送距離があります。
400G： 同様の距離を実現できますが、デュアルファイバーまたはパラレルオプティクスを使用した高度な構成向けに設計されることが多くなり、理想的な条件下ではマルチモードファイバーで最大 500 メートル、シングルモードで最大 100 キロメートルの効率的な長距離通信が保証されます。

階層化と複雑さ:

100g – 通常は、既存のアーキテクチャで広く採用されている、実装が簡単なシンプルな設計です。
400g – 高度なネットワークスイッチ、ルーター、および増大するデータ負荷に対応できる改良された監視ソリューションを必要とする、より複雑なシステム設計。

消費電力：

100g – ポートの電力消費量は、使用されるタイプに応じて 3 ワットから 5 ワットの範囲になります。
400g – 技術の進歩により、ポートあたり 6 ワットから 12 ワットの範囲でワット数の使用率が高くなり、全体的なエネルギー効率が向上しながら、これらのコストが削減され続けます。

費用：

100g – 市場の成熟度と確立されたサプライチェーンにより経済的です。
400g – 新しいテクノロジーによって初期費用が高くなりますが、生産規模が拡大し、採用が広がるにつれて価格が下がり、時間の経過とともに一般的になります。

結論として、100G 標準から 400Gbps の高速への移行は、帯域幅の不足などの要因によって必要になりました。

QSFP-DDとQSFP28の比較

QSFP-DD と QSFP28 はどちらもデータセンターでの使用向けに設計された高速トランシーバーモジュールです。ただし、容量と機能に関しては大きく異なります。

帯域幅容量:

QSFP-DD: このタイプのコネクタは、従来のコネクタの 400 倍の数の電気レーンを使用することで最大 XNUMXG の帯域幅をサポートし、はるかに高いデータ転送速度を実現します。
QSFP28: このモジュールは、通常 100G のレーン 25 つが使用される XNUMXG アプリケーション専用に設計されています。主に、帯域幅の要求が低いレガシーシステムや環境に適しています。

物理的フォームファクター:

QSFP-DD: このコネクタのサイズは QSFP28 よりもわずかに大きくなっています。これは、ピン列が XNUMX つ追加されているため密度が高くなり、より高い速度をサポートできるためです。ラックスペースの使用率や冷却効率を検討する場合は、この点を考慮する必要があります。
QSFP28: 一方、サイズが小さいということは、より多くの接続を密集させることができることを意味し、インフラストラクチャ内で利用できる物理的なスペースが限られている施設に最適です。

下位互換性：

QSFP-DD: 一般的に QSPF28 と下位互換性があるため、既存のネットワークに簡単に統合できると同時に、より大容量のシステムへの段階的な移行が可能になります。
QSFS28: QSPF – DD とのネイティブな前方互換性がないため、追加のパフォーマンスアップグレード計画が必要になります。

結論として、これら 2 つのタイプは、ネットワークアーキテクチャ内で異なる目的 (つまり、数千ギガのアプリケーションに対応する将来を見据えた設計と比較して、100 ギガのアプリケーションのみに対応する quips などのコスト効率の高いソリューション) を果たしますが、どちらも同様に重要であることは否定できません。

ネットワークパフォーマンスの優位性

QSFP-DD や QSFP28 などの高度なトランシーバーテクノロジを採用すると、ネットワークパフォーマンスが大幅に向上するいくつかの重要な利点が得られます。

より高い帯域幅: 最大 400G を提供する QSFP-DD では、帯域幅機能が大幅に向上します。この高い帯域幅により、トラフィック量が増加し、データセンターやトラフィック量の多いその他の環境全体でデータ転送速度が向上します。
レイテンシー最適化: QSFP-DD のアーキテクチャは設計を強化することで、パケット転送時の遅延を削減します。これは、時間に敏感な情報をタイムリーに処理することを保証するため、リアルタイムデータ処理アプリケーションにとって特に重要です。
スケーラビリティ： QSFP-DD と QSFP28 間の下位互換性により、シームレスなアップグレードが可能になり、スケーラビリティも向上します。既存のインフラストラクチャ全体を完全に交換することなく、進化するネットワークに大容量のトランシーバーを導入できるため、運用効率が向上します。
エネルギー効率： 新しい設計では、より低い消費電力でより多くのデータを送信できるため、エネルギー効率が向上し、エネルギー効率が向上します。これは、運用コストの削減に加えて、世界的な持続可能性基準の高まりとも一致しています。

要約すると、QSFP-DD および QSFP28 トランシーバーを使用すると、ネットワークインフラストラクチャへの投資が保護され、ネットワークパフォーマンスが向上し、技術の進歩とデータトラフィック量の増加によってもたらされる需要の増加に対応できる将来を見据えたネットワークが構築されます。

QSFP-DD 光トランシーバーの主な機能は何ですか?

フォームファクタと設計上の考慮事項

QSFP-DD 光トランシーバーは、コンパクトで高密度に設計されており、既存のネットワークシステムに適合します。幅は約 18.3 mm で、デュアル密度設計に対応し、400 つのスロットで最大 XNUMXG のデータを伝送できます。安全な取り付けと取り外しのためのラッチを備えた頑丈な構造を特徴とし、強化されたエアフロー設計による熱管理のメリットがあります。高度な材料を使用することで耐久性と信頼性が向上し、さまざまな動作環境で一貫したパフォーマンスが保証されます。この設計は、現在の標準に準拠しながら、需要の高いネットワーク状況に対する将来の拡張性要件も考慮しています。

互換性と MSA コンプライアンスの理解

QSFP-DD 光トランシーバーを導入する場合、既存のネットワークハードウェアと連携する必要があるため、互換性が重要です。これらのデバイスは、異なるメーカーの機器が相互に通信できるように仕様の標準を規定する Multi-Source Agreement (MSA) に従って構築されています。MSA 準拠とは、ベンダーが異なる可能性のある複数のネットワーク環境で QSFP-DD トランシーバーが確実に動作することを意味します。この一貫性は、アップグレードや拡張中にさまざまなサプライヤーのコンポーネントを混在させることについて組織が心配する問題を防ぐために重要です。したがって、MSA に準拠しているかどうかを確認することは必須です。これにより、信頼性の高いネットワークパフォーマンスが保証され、進化するテクノロジーに対して将来的にも設置が保証されるためです。

PAM4テクノロジーの役割

パルス振幅変調 4 レベル (PAM4) テクノロジは、QSFP-DD などの光トランシーバのデータ伝送容量を向上させる上で重要な役割を果たします。4 つの異なる信号レベルを使用する PAM2 は、バイナリ信号 (XNUMX レベル PAM) と比較して、シンボルごとに送信できる情報量を XNUMX 倍にし、物理インフラストラクチャを追加することなく帯域幅を大幅に増加させます。

たとえば、標準の 25Gbps 信号ではシングルレベルの PAM が使用されますが、PAM4 では同じチャネルで 50Gbps の伝送速度が可能になるため、利用可能なスペクトルを最大限に活用できます。これは、より高いスループットがますます求められる高密度データセンター環境で特に役立ちます。このテクノロジの最近のアプリケーションでは、QSFP-DD モジュールを介して最大 400G のデータレートが実現されており、将来のネットワーク需要に対する効率性と拡張性が実証されています。

さらに、長距離信号劣化による影響を軽減する高度なエラー訂正方式をサポートしているため、困難な動作条件下でも信頼性の高いパフォーマンスを確保できます。したがって、最適なネットワークパフォーマンスを求める組織は、インフラストラクチャの変更を最小限に抑えながら、増大するトラフィック負荷に対応するために、pam4 を採用する必要があります。

QSFP-DD 400G トランシーバーモジュールのインストールと保守はどのように行いますか?

インストール手順

次の手順は、QSFP-DD 400G トランシーバーモジュールのインストールに必要な手順を示しています。これは、最大限のパフォーマンスと信頼性を実現するために、細心の注意を払って実行する必要があるプロセスです。

準備： インストールを開始する前に、静電気から保護するための ESD リストストラップなどの必要な機器がすべて揃っていることを確認し、特定のハードウェアプラットフォームとトランシーバーモジュール間の互換性を確認してください。
デバイスの電源をオフにします: 感電やモジュールまたはシステムの一部への損傷を防ぐため、すべてのネットワークデバイスを安全にシャットダウンしてください。
トランシーバーの検査: QSFP-DD トランシーバーが入っているパッケージを慎重に開けます。汚染の原因となる光コネクタに触れないようにしてください。モジュールに物理的な損傷や欠陥がないか検査し、仕様が展開要件と一致していることを確認します。
トランシーバーを挿入します: 機器の正しいポートに揃っていることを確認してから、正しく挿入されたことを示すカチッという音がするまでゆっくりと所定の位置にスライドさせ、その後ラッチ機構が完全に噛み合ってしっかりと固定します。
デバイスの電源をオンにします: デバイスを所定の位置に正しく挿入したら、ネットワークデバイスの電源をオンにします。この新しい追加が認識され、動作しているかどうかを確認するために、ステータスインジケータを監視し続けます。
接続性のテスト： 電源を入れたら、診断テストを実行して、この領域内ですべてが正常に動作するかどうかを確認します。特に、デバイスの管理インターフェイスでリンクステータスが「アップ」と表示される光接続を扱う場合は、このテストが重要です。
監視とメンテナンス: 数か月、あるいは数年にわたってネットワーク管理システムを介して定期的にチェックを行うことで、温度レベル、電圧変動、エラー率などのパフォーマンスメトリックの変化を簡単に見つけることができます。また、全体的なシステムパフォーマンスに影響を与える潜在的な問題が発生する可能性があるが、重大になるまでにまだ時間がある定期メンテナンス期間中にも重要です。

組織は、これらの手順を厳密に遵守することで、QSFP-DD 400G トランシーバーの効果的なインストールと寿命を保証し、全体的なネットワーク機能を向上させることができます。

一般的なコネクタタイプ: MPO と LC

高速光ネットワークが適切に動作し、相互に互換性を保つためには、適切なタイプのコネクタを選択することが重要です。MPO (マルチファイバープッシュオン) コネクタは高密度アプリケーション向けで、12 つの長方形のインターフェイスに多数のファイバーを収容できます。通常、データセンター内またはバックボーンインストールの一部として使用される MPO は、最大 24 または XNUMX のファイバーを収容できるため、スペースが限られている場所でも効率的に接続できます。

対照的に、LC (Lucent コネクタ) は、フォームファクタが小さく、挿入損失が低いため、多くの通信アプリケーションで使用される標準のシングルファイバーコネクタになっています。パッチパネルとトランシーバモジュールでは、シングルモードファイバーとマルチモードファイバーの両方で信頼性の高い接続を確立する LC コネクタがよく使用されます。ネットワーク設計を最適化するには、MPO と LC という 2 種類のコネクタの異なる特性が使用適合性にどのように影響するかを理解することが重要です。

メンテナンスとサポートのヒント

QSFP-DD 400G トランシーバーモジュールの信頼性の高い動作を確保するには、定期的なメンテナンススケジュールが重要です。業界のベストプラクティスに基づいて、いくつかの重要な推奨事項を以下に示します。

外観検査： トランシーバーモジュールとコネクタを定期的に検査し、損傷や摩耗の兆候がないか確認してください。これには、特にコネクタインターフェイスでパフォーマンスに影響を与える可能性のあるほこりや汚染物質のチェックが含まれます。
温度管理： トランシーバーは適切な動作温度範囲内に維持する必要があります。過度の熱は効率の低下や早期故障の原因となる可能性があります。温度の測定値を継続的に追跡するのに役立つ監視システムを使用することをお勧めします。
ファームウェアの更新： メーカーのファームウェアアップデートによってパフォーマンスが向上し、バグが修正され、ネットワークデバイスとの互換性が強化される可能性があります。ファームウェアアップデートは定期的に確認し、それに応じて適用する必要があります。
洗浄手順: データ損失を最適に最小限に抑え、信号の整合性を維持するには、適切な溶液と糸くずの出ないワイプなどの方法を使用して光コネクタをクリーニングする必要があります。
ドキュメントとログのメンテナンス 実行された活動、行われた検査、発見された異常はすべて詳細に文書化する必要があります。そうすることで、システムに関連する問題のトラブルシューティングに役立ち、将来必要なアップグレードや交換の決定に役立ちます。

これらのガイドラインに従うことで、組織はネットワークコンポーネントの寿命を延ばすことができ、その期間を通じて最高のパフォーマンスレベルが維持されることが保証されます。

現代のネットワークにおける 400G QSFP-DD トランシーバーの使用例は何ですか?

高密度アプリケーションの強化

400G QSFP-DD トランシーバーは、次世代データセンターやエンタープライズネットワークにおける高密度アプリケーションのニーズを満たす鍵となります。小型フォームファクターによりスイッチとルーターのポート密度が向上し、ラックスペースを節約しながら帯域幅を増やすことができます。これは、データ分析、仮想化ワークロード、リアルタイム処理などのデータ量の多いタスクに高速相互接続を必要とするクラウドサービスプロバイダーや大企業にとって特に有益です。400G テクノロジーは、ネットワーク全体の効率を高め、レイテンシを短縮し、スケーラビリティを強化するため、将来を見据えたネットワークインフラストラクチャには欠かせません。

データセンターへの導入

ネットワークパフォーマンスを向上させ、増加するデータ需要に対応するために、組織はデータセンターに 400G QSFP-DD トランシーバーを導入する傾向が高まっています。これらのトランシーバーにより、サーバー、スイッチ、ストレージアレイ間の高速接続が可能になり、ボトルネックを最小限に抑えながらスムーズなデータ転送が可能になります。また、既存のインフラストラクチャでも使用できるため、大規模な交換を行わずに、より高い帯域幅に簡単に移行できます。このテクノロジにより、データセンターはクラウドアプリケーション、ビッグデータ処理、人工知能などのワークロードをより適切にサポートできるようになり、運用効率が向上し、総所有コストが削減されます。

光通信の将来動向

より高速で効率的なデータ伝送に対するニーズがますます高まっているため、光通信技術は今後最も有望な技術となっています。この分野を形成するトレンドには次のようなものがあります。

人工知能の統合: AI はトラフィックパターンを予測し、リソースを動的に管理することで、ネットワークパフォーマンスの最適化において重要な役割を果たします。この統合により、運用コストを削減しながらサービスの信頼性を向上させることを目指します。
波長分割多重 (WDM) の改善: WDM 技術の進化により、光ファイバーネットワークの容量が増加し、1 本の光ファイバーで複数の信号を同時に送信できるようになります。その結果、既存のインフラストラクチャをより有効に活用し、全体的な帯域幅を増やすことができます。
フォトニック集積回路（PIC）の開発： PIC テクノロジーは光コンポーネントを小型化し、より小型で効率的なデバイスの作成を可能にして、光ネットワーク内の機能をさらに向上させます。この進化により、最小限の電力消費管理でより高いデータレートがサポートされます。

したがって、これらの傾向は、ネットワークシステムの拡大に伴う課題と相まって増大するデータ要件を満たすことを目的とした光通信による新たな領域への継続的な進歩を示唆しています。

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

ギガビットイーサネット

よくある質問（FAQ）

Q: QSFP-DD 400G 光トランシーバーとは何ですか?

A: QSFP-DD 400G 光トランシーバモジュールは、400 ギガビット/秒 (GbE) の速度のイーサネットアプリケーション向けに設計されています。これは、高性能コンピューティングネットワークのデータ伝送速度と帯域幅をサポートする、コンパクトで高速なデバイスです。

Q: 400G QSFP-DD ER4 トランシーバーの主な仕様は何ですか?

A: 通信ネットワーク、大規模データセンター相互接続などの分野で一般的に使用されている 400G QSFP-DD ER4 トランシーバーは、長距離での高速データ転送要件を満たすように設計されています。40nm の波長で最大 1310 キロメートルのシングルモードファイバー (SMF) リンク長を使用して動作します。

Q: 400G DR4 QSFP-DD トランシーバーは他の光トランシーバーモジュールとどう違うのですか?

A: データセンター内の短距離アプリケーションの場合、最適なオプションは DR4QSFPDD トランスミッタを使用することです。このデバイスは、長さが 12 メートルを超えない SMF リンクをサポートし、PAM4 レートで信号を送信する XNUMX つのレーンがあるため、MPO-XNUMX コネクタを採用しています。

Q: QSFP-DD モジュールでブレークアウトケーブルを使用できますか?

A: ブレークアウトケーブルは、4 x 100 ギガビット接続 (XNUMXxXNUMXG) 用に構成されたポートなど、これらのタイプのポートで使用できます。したがって、この XNUMX つのポートで複数のネットワークを接続できるため、柔軟性が向上します。

Q: アクティブ光ケーブル (AOC) とは何ですか? また、QSFP-DD モジュールではどのように使用されますか?

A: アクティブ光ケーブル (AOC) は、信号処理や増幅を目的とした電子機器を内蔵した、事前に終端された光ファイバーリンクで構成されており、QSPF DD モジュールに統合される一般的なアクセサリになっています。これは、電力効率の高いデータセンター内での配線を簡素化しながら重量を最小限に抑えることを目指しています。

Q: 400G QSFP-DD SR8 および SR4 トランシーバーの範囲はどのくらいですか?

A: 400G QSFP-DD SR8 トランシーバーは短距離アプリケーション向けに構築されており、MMF (マルチモードファイバー) 経由で最大 100 メートルまで接続できます。一方、400G QSFP-DD SR4 モジュールは通常、同じタイプのファイバーを使用して最大約 70 メートルの距離をサポートします。

Q: QSFP-DD MSA は 400G トランシーバーとどのように関係していますか?

A: QSFP-DD MSA (Multi-Source Agreement) は、QSFP-DD モジュールの仕様と標準を定義し、このプラットフォーム上の各製品 (特に 400 ギガビット/秒もの速度をサポートする製品) に関して、さまざまなメーカー間の相互運用性と互換性を確保する企業で構成されています。

Q: これらのデバイスの開発においてシリコンフォトニクスはどのような役割を果たすのでしょうか?

A: シリコンフォトニクス技術は、主にシリコン材料で作られたチップまたはシリコン材料を含むチップに光学部品を統合する能力により、そのようなアイテムを含む開発プロセスのパフォーマンス効率を大幅に向上させます。より少ないエネルギーでより長い距離にわたる高速データ伝送が可能になり、全体的なコストが削減されます。

Q: トランシーバーに関して IEEE8023bs プロトコルに注意する必要がある理由を説明していただけますか?

A: IEEE8023bs プロトコルは、最大 XNUMX ギガビット/秒の速度で動作するイーサネット接続が満たすべき技術要件を規定しています。これらのルールにより、関係するすべての当事者がこの取り決めで許可される使用例を規定する規定ガイドラインに完全に準拠している限り、最初に製造された場所に関係なく、異なるブランドがシームレスに連携し、その寿命を通じて信頼性の高いサービス品質レベルを提供できるようになります。これには、さまざまなメディアタイプに適用可能な物理層仕様 (複数の長さをリンクするさまざまなメディアタイプに適用可能な物理層仕様のみを含む) が含まれますが、これに限定されません。