Ethernetというか10GBASE-Tに関しては、2017年から【10GBASE-T、ついに普及？】と題し、全11回と番外編2回をお届けした。だが、ツイストペアによる銅配線のEthernetは10GBASE-Tまでで、25/640GBASE-Tはまだまだ実用化には至っていない。
【アクセス回線10Gbpsへの道】とも一部は被るかもしれないが、ここでは光ファイバーを利用する“光Ethernet”を紹介していこう。 「光Ethernetの歴史と発展」記事一覧10BASE-Tと同じ仕組みの光ファイバーで最大2kmを実現「10BASE-F」屈折率で伝送距離が異なる「光ファイバー」の材質と構造最大100Mbpsながら伝送距離の異なる「100BASE-FX」「100BASE-SX」などの各規格実効1Gbpsに到達した「1000BASE-SX/1000BASE-LX/1000BASE-CX」拠点間接続に用いる「1000BASE-X」の各種関連規格低価格な光ファイバーで1Gbpsを実現する車載向けがメインの「GEPOF」10Mbpsの「MII」から1000MbpsのCisco独自規格「SGMII」まで1波長で10Gbps、光源と到達距離の異なる「10GBASE-W/R」の各規格10Gbpsのフレッツ光で使われる「10GBASE-PR」、既存ケーブルを流用できる「10GBASE-LRM」XENPAK→X2→XFP→SFP+と移った10GBASEのトランシーバーモジュール規格10Gbpsのシリアル通信規格「XFP」、これを置き換えた「SFP+」10GbEの次は40GbEと100GbE、HSSGによってともに標準化の開始へ最大100Gbps、「IEEE 802.3ba」として標準化された8つの規格IEEE 802.3baで定義されたInterconnectとトランシーバー規格100Gbpsで100mを目指す「P802.3bm」、IEEE 802.3baをブラッシュアップ最大100Gbps・100mの「100GBASE-SR4」と40Gbps・40kmの「40GBASE-ER4」CFPのサイズ半分、最大200Gbpsの「CFP2」、さらに小型化された「CFP4」40Gbpsの「QSPF+」、50Gbpsの「QSFP56」、112Gbpsの「SFP-DD」「QSFP28」25Gbps×4で100Gbps、光Ethernet第2世代「IEEE 802.3bm-2015」の各規格が標準化50Gbpsに対応する5つの規格「50GBASE-KR/CR/SR/FR/LR」「25G PAM-4」で100/200Gbpsを実現する7規格と、SMF1対で100Gbpsの「100G PAM-4」25Gbps×8の「200GBASE-R」では4つのモジュール規格が乱立最大400Gbpsを実現する2つのモジュール規格「OSFP」「CDFP」1レーン50Gbpsで最大400Gbpsを実現する「P802.3bs」レーンあたり50/25Gbpsで400Gbpsを実現する「IEEE 802.3bs」の各規格53.125Gの「PAM-4」を4対束ねた「PSM4」で最大400Gbps「400GBASE-DR4」アクセス回線向けの光ファイバー規格「IEEE P802.3cp/P802.3cs/P802.3ct」位相変調した光信号を復号するコヒーレント光、波長分離多重の「DWDM」併用の「400ZR」「100GBASE-ZR」を残し「IEEE P802.3ct」から「400GBASE-ZR」を分割1対のMMFで100Gbpsを目指す「IEEE P802.3db」IEEE標準ではない光Ethernetの各規格、100G/400G/800Gですでに登場SWDMを用いた100/40Gbpsの「100G-SWDM4-MSA」と「40G-SWDM4-MSA」「100GBASE-LR4」と「100GBASE-SR10」の間を埋める最大100Gbpsの「100G PSM4 MSA」SMF1本で25Gbps×4の100Gbpsを実現、到達距離2kmの「CWDM4 MSA」、40kmの「4WDM MSA」100Gbpsで10/20/40kmの到達距離を狙った「100G 4WDM-10/20/40」「100G PAM-4」で最大100Gbps、到達距離2kmの「100G-FR」と10kmの「100G-LR」SMF1対で100Gbpsの「100G LR1-20/ER1-30/ER1-40」、4本束ねて400Gbpsの「400G-FR」最大400Gbps、到達距離2kmの「400G-FR4」と到達距離10kmの「400G-LR4-10」最大100Gbpsで250kmを伝送可能な「MSA-100GLH」、巨大なサイズと消費電力で採用進まず最大400Gbps、到達距離10kmの「CWDM8」、8×50G NRZの採用で低コストと低電力を実現400Gbpsで到達距離2kmと10kmの「CWDM8 2km/10km」、低OH濃度SMFの採用で損失を抑える400Gを光ファイバー1本で双方向通信する「400G BiDi MSA」、「400GBASE-SR8」を先行規格化50Gが8対で400Gbpsの「400G-BD4.2」、消費電力増や高コストが課題にIEEE「400GBASE-SR4.2」は先行した「400G-BD4.2」と相互互換性を確保高コストで普及に至らない「400GBASE-SR8」と、さらに高価な「400GBASE-SR4.2」最大800Gbpsの100G PAM-4 PHY、ベンダー各社がサポート、受発光素子普及のカギは940nm？ETCがリリースした「800G Ethernet」の仕様は400Gを2つ並べる構造に「QSFP-DD MSA」を発展させる「QSFP-DD800」、供給電源など今後に課題も最大800Gbpsを目指す「800G Pluggable MSA」、3つの変調方式を採用高帯域と低レイテンシーの一方で到達距離は限界へ、800Gへ想定される4つのシナリオPSM4とCWDM4で1.6Tb/secを実現し、到達距離も延長「800G Pluggable MSA」800G Ethernetに関連、OSFP MSAと2つのIEEEの動向800Gの本命「IEEE 802.3 Beyond 400 Gb/s Ethernet」、100/200Gの信号で800G/1.6Tを実現200G×8の1.6Tbps、×4の800Gbpsでの転送実現は2023年？100Gが8対の「800GBASE-VR8/SR8」が仕様に追加、BERの目標値決定にはさらなる情報が必須200GにおけるElectricalインターフェースを検討、通信に必要な消費電力は半減へBeyond 400 Gb/s EthernetにおけるOTNサポートは4月の投票でいったん否決1.0E10年のMTTFPAを維持、1.0E-14のBER Targetには高コストなFECが必要にFacebookやMicrosoftのDC事業者が先行、Beyond 400G Study Groupは800Gと同時に1.6Tの標準化を主張200Gの光伝送は技術的に実現可能、一定の損失を前提にすれば現実的なPAM6の検討も？800Gb/sと同時に1.6Tb/s Ethernet仕様も策定へ 200Gb/sレーンの製品出荷は2027年頃？到達距離10kmの「800G-LR」に向け、Coherent-Lite方式を検討を求めるGoogle200Gのシリアルと800GのWDM、どっちが先に100万ポート出荷を実現できるのか？400・200Gb/sのサポートなど、2021年7月ミーティングへの投票は可決が多数800Gで10kmの到達距離を実現する「800Gbps/10km Reach SMF」の4案800Gで到達距離40kmを目指す「ER8」、MZMを採用し、400G向けDSPを2つ並列銅配線での8レーン800Gが規格化、レーンあたり200Gも実現へ？「IEEE P802.3df」のPAR分割に向けた動き、作業効率化の一方で異論も？800G実現に向け、PDM-32QAMで96G/192GBaudとPDM-16QAMで120G/240GBaudをリストアップこれまでの光Ethernet規格振り返りと、「40GBASE-FR」をめぐる議論の経緯「IEEE 802.3cn-2019」は若干のパラメーター変更のみ、「100GBASE-AR/400GBASE-AR」は現時点で幻に「100GBASE-AR」と「400GBASE-AR」は「IEEE P802.3cw」に、PMDの仕様を定義して2023年中ごろに標準化？到達距離500mの「CWDM4-OCP-100G」、低価格な100G Ethernet規格として広く流通し始める#series-contents .current-page { font-weight: bold; }
「800GBASE-R」や「1600GBASE-R」では、BERが5.0E-14～1.0E-14のエラーレートが妥当
主に光ファイバー周りのコンポーネントの話を紹介した前回に引き続き、IEEE 802.3 Beyond 400 Gb/s Ethernet Study Group」の2021年3月のミーティングには、ほかにもさまざまな検討事項が含まれている。
まずは、Huaweiの発表した「BER Target」の話。例えば、こちらの記事で解説した「IEEE 802.3bs」の各規格では、BER（Bit Error Rate）は当初、1.0E-15が最小、可能なら1.0E-17に収めたいという猛烈なプロポーザルが出たようだが、最終的には1.0E-13に落ち着いたとの話が引用された上で、過去の推移からすると、「800GBASE-R」や「1600GBASE-R」に関しては、5.0E-14～1.0E-14あたりを狙うのが妥当ではないか？ との見解が示された。
1.0E-17は、1時間あたりのエラーレートが0.0144回相当、つまり約3日に1回エラーが発生する程度という、猛烈にエラーが少ないレートになる
BERを5.0E-14にすると、「1600GBASE-R」ではやや多めではあるが、おおむね「100GBASE-R」と大差のないオーダー。1.0E-14は（実装側で）やや厳しい感じに
もちろんBERはあくまでエラーレートだから、通信路を確保するという観点では、低ければ低いほどいい。
ただし実際には、BERを確保するために、より強力なFECを使ったり、より効果の高いDFEを搭載したりという話になる。DFEの効果を高めるということは、（タップ数を増やすなど）より複雑なDFEが必要になるため、回路規模や消費電力の増大につながってしまう。
また、FECを強化すれば、それだけ冗長ビットが増え、実効転送レートの低下につながる。実効転送レートをターゲットであるレーンあたり200Gbに合わせるには、実際のデータレートを引き上げる必要がある。これは、再びの消費電力増大や、そのデータレートに対応する発光／受光素子の選定が難しくなるなど、阻害要因が増えていくだけだ。
そのあたりを考え、BERとそのほかの要因について、どこかでバランスを取るのかを決めなければならない。ただ、このBERを考える場合、どこの数値で見積もるのか、という議論がある。
BERを1.0E-14に設定する場合の問題点は、後述する「MTTFPA」と実装の難易度、BERを測定する時間を表すtest timeの短さということになる
赤字の部分が、BERに影響を及ぼす箇所（とBER測定ポイント）。
エラーには複数の発生要因があるし、エラーを補正するにも複数の技術を組み合わせることで、トータルで1.0E-14なり5.0E-14なりを実現することを考えると、例えばBERが目標値に足りないときにどこを強化するのか、という議論につながってしまうわけだ。
BERの値を決めるには、さらなる情報が必要との意見が多数に
ここに出てくるのが、上でも言葉が出てきた「MTTFPA」である。Mean Time To False Packet Acceptanceの略で、要するに誤パケットの平均受信間隔だ。
Ethernet層でエラーを含んだまま転送が行われ、それが上位層で検知された場合、通常は再送されるかたちとなる。この際に、MTTFPAがあまりに短いと、非常に多くの再送が発生してしまい、これによって実効転送レートが低下してしまうので、MTTFPAはなるべく長めにしたいところである。
そして、先のスライドの赤字の部分がBERに影響を及ぼす箇所であり、このMTTFPAの計算の前提となっている。この後のプレゼンテーションでは、いくつかのシミュレーション結果が示されているが、そこは割愛した。Huaweiによる、とりあえずBERの目標を満たしそうな組み合わせの例が以下の右だ。
この手の話は、条件が最悪に近いものを設定しないと意味がないので、問題になりそうな前提がてんこ盛りである
BCH FECなしで、AUIでこれが実現するのはかなり厳しい気はする。ここまでのスライド6点の出典は\”BER objective for Beyond 400GbE\”
これは、あくまでも試算であるが、RS（544,514）でAUIのBERを1E-5程度に抑えられるなら、あとは途中のOpticalの経路でBCH FEC（BERは2.0E-3程度）を組み合わせることで実現ができる。だが、これが難しいようなら、AUIの側にもBCH FECをさらに追加して対応することができるとする。
そんなわけで、BERのターゲットは1.0E-14程度に設定しても実現できるというのが、Huaweiのプレゼンテーションであり、これそのものは受け入れられたようだ。そして全てのセッションが終わった後で行われた、BERの値をいくつに設定すべきかという投票の結果が以下だ。
| 1.0E-13 | 21票 |
| 1.0E-14 | 24票 |
| 1.0E-15 | 5票 |
| 1.0E-15より低い | 0票 |
| もっと情報が必要 | 50票 |
| 棄権 | 16票 |
| 合計 | 116票 不参加も少なからずあったようだが、棄権を含む全投票116のうち半分近くの50票が「もっと情報を必要」との結果は、BERに関しては、まだ検討が必要であることが示されたと言えるだろう。 100Gが8対の「800GBASE-VR8/SR8」をIEEEの仕様に追加へ これとは別に、OFSのRobert Lingle, Jr氏とMabud Choudhury氏から出された興味ある提案が、\”Proposed Objectives for Parallel PMDs\”である。 こちらでは、まず現在のマーケット概略を紹介したのち、北米では、引き続き到達距離は50m以内でいいからVCSELベースの100G MMFソリューションを求めており、その一方で中国では4-pair MMFで100mの到達距離が要求され、さらに一部の大規模事業者には「400GBASE-SR4/SR4.2」が利用されていることが挙げられた。 これを踏まえ、仕様へ「800GBASE-VR8/SR8」を追加したい、というのがこちらのプレゼンテーションの提案だ。VR8の名称で分かるように、レーンあたりは100Gとなっている。 北米の事業者はやっぱりVCSELがお好きらしい スペックそのものはSR8準拠（ただし到達距離は短い）だが、VCSELを使うのがVR8、ということになる これだと辛うじてVCSELも利用できる可能性がある、というのは『1対のMMFで100Gbpsを目指す「IEEE P802.3db」』で以前紹介している。「IEEE P802.3db」ではVCSELを利用する規格を「100/200/400GBASE-SR1/2/4」として策定している最中であり、これをそのまま×8レーンにすれば800Gになるというわけだ。 これは『800Gの本命「IEEE 802.3 Beyond 400 Gb/s Ethernet」、100/200Gの信号で800G/1.6Tを実現』で触れた、100Gレーン×8の構成に対する追加提案となる。 ちなみに、先のスライドには、中国では到達距離50mの需要がないように記されているが、実際にはそうでもないらしい。そうした事情もあり、IEEE P802.3dbで策定作業中の「Clause 167」の仕様を利用した800GBASE-VR8/SR8のニーズが確実にある、との主張がなされている。 フロア間は100m、フロア内は50mという使い分けをしているところもあるという ほとんどの内容は先のスライドと同じだが、最後に\”See diagrams in following slides\”の一文が追加されている ちなみに、800GBASE-VR8/SR8の通常の使い方は以下の左で、これはごく当たり前であるが、1:8のBreakout接続も念頭に入っており、この場合には接続数を増やせる分、200G×4より100G×8の方が有利となるのは理解できる。 「800GBASE-VR8/SR8」では、800Gを2×400Gとして使うことも、当初から想定されている いずれServer側も100Gでは不足して200Gへスケールアップするのだろうが、Beyond 400Gの最初の仕様である100G×8の策定終了が見込まれる2年後までに200Gとなるのかは、やや疑問だ ちなみにその先、つまり1.6Tに関して言えば、今のIEEE P802.3dbの仕様をベースにした「1600GBASE-VR8.2」、つまり送受信を1本のファイバーに多重化することで、トータルの本数は16本のままに抑えつつ、レーンあたり100Gで接続とすることは「技術的には可能」とはしているが、そもそもこれに対応するモジュール規格も存在せず、さすがにいろいろと無理があると考えているようだ。 また、「1600GBASE-VR16」については、ごく一部の用途であれば可能だろうが、一応書いてみましたというレベルで、あまり真剣に提案されているわけではなく、一般的な解にはならないとみている模様だ。 むしろ現状では、4-pair（8本）のMMF Cableが大量に敷設されていることを想定してか、「800GBASE-SR4.2」の検討が行われているのが興味深い。ここでは70～100mの距離が必要になるためか、「800GBASE-VR4.2」は検討の対象になっていないようだ。 「1600GBASE-VR8.2」では、IEEE P802.3cmと同様に850nmと910nmの2波長を使っての実装が考えられているが、送受信を多重化した時点でコストメリットがなくなりそうな気がする 「800GBASE-SR4.2」は100Gの送受信を多重化して8対を並べるだけだから、技術的な難易度は低そうだ。問題はコストだろう 800GBASE-VR8/SR8については、MPO-12を2対というのがさすがに論外という判断なようで、MPO-16の利用を考慮するとしている。 ということで、800GBASE-VR8/SR8の標準化を提案するとともに、MMFを利用したSR1.2/SR4.2タイプの仕様策定についても議論すべき、というのがプレゼンテーションの結論である。 MPO-12を2対が論外というのは、妥当な判断だろう SR1.2/4.2タイプのニーズは確かに考えられなくはないが、コストとの兼ね合いになりそうで、結論付けるのは難しい気がする「10GBASE-T、ついに普及へ？」記事一覧【技術編1】【技術編2】【技術編3】10GBASE-Tの基本仕様とは？【歴史編1】【歴史編2】【歴史編3】10GBASE-Tの普及状況【実用編1】PCIe帯域幅とストレージ性能が落とし穴【実用編2】10GBASE-T/1000BASE-T混在時の問題はMTU【実用編3】Windowsで高速さを活かすには「RDMA」【実用編4】CAT5ケーブルのままで使える2.5G/5GBASE-T【実用編5】さらに高速化！ 25G/40GBASE-Tの普及は？#series-contents .current-page { font-weight: bold; }【アクセス回線10Gbpsへの道】記事一覧622Mbpsを32台のONUで分割、ATMがベースの「ITU G.983.1」仕様「Bフレッツ」（100Mbps）に採用された最大622Mbpsの「B-PON」IEEE 802.3ahとして標準化された1Gbpsの「GE-PON」2.488Gbpsの「G-PON」、B-PON後継のG.984.1/2/3/4として標準化「10G-EPON」で10Gbpsに到達、IEEE 802.3avとして標準化NURO光 10Gに採用された10Gbpsの「XG-PON」、「G.987」として標準化XG-PON後継、上りも10Gbpsの「XGS-PON」と「NG-PON2」25Gbpsの「NG-PON2+」、5G基地局向けバックボーン向け最大100Gbpsの「100G-EPON」、2020年に標準化完了【番外編】XG-PONを採用する「NURO 光 10G」インタビュー#series-contents .current-page { font-weight: bold; } 大原 雄介 フリーのテクニカルライター。CPUやメモリ、チップセットから通信関係、OS、データベース、医療関係まで得意分野は多岐に渡る。ホームページはhttp://www.yusuke-ohara.com/ ▲ 200G×8の1.6Tbps、×4の800Gbpsでの転送実現は2023年？ 200GにおけるElectricalインターフェースを検討、通信に必要な消費電力は半減へ 関連リンク IEEE 802.3 Beyond 400 Gb/s Ethernet Study Group BER objective for Beyond 400GbE Proposed Objectives for Parallel PMDs 関連記事 連載 連載 連載 連載 連載 
投稿者 Akibano |