ファイバーモジュールはファイバー規格を満たしています

 

ファイバー モジュールは、ベンダーやネットワーク機器間の相互運用性を確保するために、複数の標準レイヤーに準拠する必要があります。これらには、物理​​フォーム ファクターを定義するマルチソース アグリーメント (MSA)、伝送プロトコルを管理する IEEE 標準、光インターフェースとパフォーマンス テストを対象とする IEC 仕様が含まれます。データセンター、電気通信ネットワーク、エンタープライズ環境向けに互換性のあるモジュールを選択するネットワーク エンジニアにとって、これらの標準がどのように相互作用するかを理解することは不可欠です。

 

 

3 層の標準アーキテクチャ-

 

光ファイバー モジュールは単一の規格に従っているわけではありません。{0}}それらは、相互接続されている 3 つの異なる標準化レイヤー全体の要件を満たす必要があります。各層はモジュールの設計と運用のさまざまな側面に対応し、141 億ドル規模の世界的な光トランシーバ市場が信頼性の高いベンダー間互換性を持って機能することを可能にする包括的なフレームワークを作成します。-

マルチソース契約: 基盤層

MSA は、公式の標準化団体ではなく、製造業者の連合によって確立された事実上の業界標準として機能します。 INF-8074i、SFF-8431、および SFF-8472 の仕様を通じて公開されている Small Form-factor Pluggable (SFP) MSA は、あらゆるベンダーの SFP モジュールが物理的に適合し、ホスト デバイスに電気的に接続できるようにする機械的寸法、電気的ピン配置、およびデジタル診断モニタリング インターフェイスを定義します。

重要な違い: MSA 準拠は物理的および電気的な互換性を保証しますが、光学的パフォーマンスやプロトコルのサポートは保証しません。モジュールは MSA- に準拠していても、特定のアプリケーションに必要な光パワー バジェットや波長仕様を満たしていない場合があります。このため、Cisco、Juniper、HPE などの大手機器メーカーは、フォーム ファクタの互換性がないためではなく、光学性能の検証を制御するために、サードパーティのモジュールを拒否するファームウェア ロックを実装しています。--

現在の MSA の進化は帯域幅の需要を反映しています。 2019 年に完成した QSFP-DD (Quad Small Form-factor Pluggable Double Density) MSA は、4 つではなく 8 つの電気レーンを使用することで 400G および 800G 伝送を可能にします。 2024 年までに、800G モジュールの出荷数は 500 万ユニットを超えました。これは、従来のアプリケーションの 10{11}}100 倍の東西トラフィックを生成する AI トレーニング ワークロードをサポートするためにネットワーク ファブリックをアップグレードするハイパースケール データセンター オペレーターによって推進されました。

IEEE 標準: プロトコル層

IEEE 802.3 ワーキング グループは、データ レート、エンコーディング スキーム、およびファイバー タイプを指定するイーサネット伝送標準を開発します。 IEEE 標準とファイバ モジュールの関係は直接的です。各 IEEE 仕様は、トランシーバがサポートする必要がある光学特性を定義します。

10 ギガビット イーサネット用に 2002 年に承認された IEEE 802.3ae は、2024 年の実装でも引き続き使用される重要なパラメータを確立しました。

10GBASE-SR: 波長850nm、マルチモードファイバー、OM3ファイバーで最長300m

10GBASE-LR: 1310nm 波長、シングルモードファイバー、最大 10km

10GBASE-ER: 1550nm 波長、シングルモードファイバー、最長 40km

この規格では、10 Gbps のデータ スループットを達成するために 10.3125 Gbps のライン レートを提供する 64B/66B エンコーディング スキームを指定しています。モジュールは、定義された光パワー バジェットを満たす必要があります。-通常、10GBASE- SR の場合は 7.3 dB、10GBASE-LR の場合は 10.5 dB-（最小送信出力と最小受信感度の間で測定）。

最近の IEEE の作業では、ハイパースケールのニーズに対応しています。 P802.3df タスクフォースは、2022 年にレーンごとに 100G と 200G のプロジェクトに分割され、マルチモードとシングルモードの両方のファイバーで 400G と 800G 仕様を 2024 年半ばに完成させることを目標としています。-これらの標準は、すでに主要なクラウド プロバイダに先行標準形式で出荷されている次世代モジュールの光学パラメータを定義します。-

IEC 規格: パフォーマンス層

国際電気標準会議 (IEC) 技術委員会 86 は、ファイバー モジュール用の 3 つの重要な標準シリーズを開発しています。

IEC 61754機械的な相互嵌合性を保証するコネクタ インターフェースの寸法を定義します。たとえば、SC コネクタの IEC 61754-4 仕様では、-60 dB 未満の後方反射を最小限に抑えるために、シングルモード アプリケーションで使用される角度付き物理接触 (APC) コネクタのフェルール端面の幾何公差を 0 ～ 12 度に定めています。

IEC 61753環境カテゴリ全体にわたるパフォーマンス基準を提供します。カテゴリ O (プラント外) ではモジュールが相対湿度 95% で -40 度から +70 度で機能する必要がありますが、カテゴリ C (管理された環境) では 0 度から +70 度での動作が指定されています。データセンター事業者は通常、カテゴリ C モジュールを導入しますが、携帯電話サイトのアプリケーションでは、コンフォーマル コーティングと強化された ESD 保護を備えたカテゴリ O の産業グレードのトランシーバが必要です。

IEC 60793-2-50OS1（最大減衰量 1.0 dB/km）と OS2（最大減衰量 0.4 dB/km）のファイバー タイプの重要な違いを含む、シングルモード ファイバーの仕様について説明します。- OS2 の超-低損失-ファイバー用に最適化されたモジュールは、蓄積された分散と減衰により、古い OS1 の設置では指定された到達距離を達成できない可能性があるため、モジュールのデータシートでは互換性のあるファイバーのタイプを指定する必要があります。

 

規格準拠の実践

 

ネットワーク機器メーカーは、これらの規格を組み合わせてモジュール要件を指定します。一般的なデータシートには、「MSA SFP+ 準拠、IEEE 802.3ae 10GBASE-SR、IEC 61754-20 LC デュプレックス コネクタ」と記載されている場合があります。この略記は次のことを伝えます。

物理フォームファクタは SFP+ MSA と一致します (SFF-8431)

光学性能は IEEE 10GBASE- SR 仕様（850nm、マルチモード）に準拠

コネクタインターフェースはIEC寸法規格に準拠

電気インターフェイスはデジタル診断用に標準 I²C を使用します (SFF-8472)

コンプライアンスの負担は、複数の仕様に照らしてテストしなければならないモジュール製造業者にかかっています。単一の 100GBASE- SR4 QSFP28 モジュールには次の検証が必要です。

4 つの独立した 25 Gbps 光レーン

波長精度は850nm中心から±6nm以内

レーンあたりの光パワーは -7.6 dBm ～ -1.3 dBm (送信)

レーンあたり -9.5 dBm より優れた受信感度

OM4 ファイバー上で 100m をサポートする合計リンク バジェット

IECカテゴリごとの動作温度範囲

FCC パート 15 クラス B に基づく EMI 準拠

SFF-8636 MSA 仕様に準拠したデジタル診断

この複数規格の検証により、OEM モジュールとサードパーティ モジュール間の価格差が説明されます。{0}{1} Cisco などの大手ベンダーは、このテストを社内で実施し、結果をモジュール EEPROM にエンコードします。一方、サードパーティ サプライヤーは、テストを再現するか、チップセット ベンダーの仕様に依存する必要があり、-実際にはベンダー ロックを引き起こす互換性の不確実性が生じます-。

 

地域およびアプリケーション固有の規格-

 

主要な MSA-IEEE-IEC フレームワークを超えて、地域規格により特定の市場向けの要件が追加されます。

北米向けの TIA 規格

Telecommunications Industry Association (TIA) TR-42.11 分科会は、2022 年 9 月に TIA-568.3-E を発行し、構内の光ファイバー ケーブル配線を規定しました。この規格は、IEC 命名法と調和すると同時に、北米の展開慣行を追加します。

コネクタの色分け: マルチモードの場合はベージュ、シングルモードの場合は青、APC コネクタの場合は緑-

MPO アレイ コネクタの極性方式 (タイプ A、B、C、U1、U2)

チャネル損失制限: 850nm マルチモードで 1.5 dB、1310nm シングルモードで 1.0 dB-

TIA-568.3-E は、MPO- から -LC ブレークアウト モジュール用のタイプ -U2 ファイバー移行を導入し、トランク ケーブルを交換することなく、デュプレックス LC からアレイ- ベースの 40G/100G 接続への移行を可能にします。これは、10G から 100G にアップグレードするデータセンターにとって重要です。タイプ-B 極性の既存の OM4 ファイバープラントは、タイプ U2 カセットを使用して 100GBASE-SR4 QSFP28 モジュールをサポートできます。

通信-特有の要件

サービス プロバイダのネットワークは、ITU{0}T および Telcordia の追加仕様に従います。 ITU-T G.709 光トランスポート ネットワーク (OTN) 標準は、長距離伝送のための前方誤り訂正 (FEC) オーバーヘッドとフレーム構造を定義しています。-メトロおよび長距離用の DWDM (高密度波長分割多重) モジュールは、ITU-T G.694.1 周波数グリッドをサポートする必要があります。-

100 GHz 間隔: 従来の DWDM、C- バンドの 80+ 波長

50 GHz 間隔: 容量の増加、160+ 波長

柔軟なグリッド: コヒーレント 400G/800G の可変チャネル幅

Telcordia GR-468-CORE では、以下を含む屋外プラント ファイバー モジュールの信頼性テストを規定しています。

熱サイクル: -40 度から +85 度、最低 500 サイクル

振動試験: 10-500 Hz スイープ、1.5G 加速度

落下試験: コンクリート上へ 1 メートルの自由落下

これらの要件により、商用データセンター モジュールとキャリア グレードのトランシーバーが区別されます。{0}} 150 ドルの商用 SFP+ は、気候が制御された環境では 50,000 時間（5.7 年）で故障する可能性があります。一方、450 ドルのキャリア グレードの SFP+ は、長時間の温度暴露や機械的ストレス下で 250,000 時間（28.5 年）耐えられます。{7}}

 

 

規格準拠のコスト

 

モジュールの価格はテストと検証の負担を反映しています。 2024 年の市場価格を分析すると、次のことがわかります。

モジュールの種類	OEM価格	MSA-準拠のサードパーティ-	価格デルタ
10G SFP+ SR	$245	$35	86% の節約
40G QSFP+ SR4	$850	$125	85% 節約
100G QSFP28 SR4	$1,200	$180	85% 節約
400G QSFP-DD SR8	$3,500	$580	83% 節約

OEM モジュールの一貫した 83 ～ 86% の価格プレミアムは、純粋なコンポーネントのコスト以外のいくつかの要因から生じています。 OEM ベンダーは、価格には次のものが含まれていると主張しています。

完全な規格の検証テスト温度、電圧、光学パラメータ全体にわたって

延長保証（多くの場合、生涯対サードパーティの場合は. 1-3年）-）

ファームウェアの統合ホストデバイスによる自動構成の確保

サプライチェーンのセキュリティ部品のトレーサビリティと偽造防止機能を備えた

サードパーティの-MSA-準拠モジュールも同様のテストを受けますが、モジュールごとの検証ではなく、異なるテスト機器、サンプル サイズの縮小、またはチップセット ベンダー データを使用する場合があります。-リスク: モジュールのバッチは基本的な MSA 準拠チェックには合格しても、極端な温度や長時間の動作後には失敗する可能性があります。 100,000+ モジュールを管理するデータセンター運営者は、このリスクと、大規模設置の場合年間 1 億ドルに迫る調達コストの削減のバランスをとります。

ベンダー ロック-の議論の中心は、MSA{1}} 準拠のサードパーティ- モジュールを拒否するファームウェア ロックです。シスコの回答: ロックにより、検証されたモジュールのみがスイッチで動作することが保証され、互換性のないトランシーバーによるサポートの問題が防止されます。批評家は、MSA 標準はベンダー固有のエンコードなしで十分な互換性を提供する必要があると反論しています。{5}市場の現実: ほとんどの企業オペレータは、エッジ スイッチ用のサードパーティ モジュールを受け入れますが、停止コストがモジュールの節約を上回るコア ネットワーク デバイス用の OEM モジュールを指定しています。-

 

新たな標準の課題

 

800G および 1.6T への移行により、2025 年から 2026 年まで解決されない標準調整の課題が生じます。

電力消費の問題

現在の QSFP-DD MSA 仕様では、最大 15W のモジュール電力が許容されており、ほとんどの 400G 実装には十分です。ただし、800G コヒーレント プラガブルは 20 W に近づき、1.6T モジュールでは 25 ～ 30 W が必要になる場合があります。これにより、熱管理の問題が発生します。25 W モジュールの 32 ポートは、単一スイッチで 800 W の熱負荷を生成し、さらに 15 ～ 20% のスイッチ ASIC 電力オーバーヘッドが発生します。

-光学エンジンがスイッチ ASIC と直接統合される共同パッケージ光学系 (CPO) は、800G ポートあたり 5W 未満を約束します。-しかし、CPO には、光学部品と ASIC 間の機械的統合、熱インターフェース、および電気 I/O に関する新しい標準が必要です。このギャップに対処するために、オンボード オプティクス コンソーシアム (COBO) が 2023 年に設立されましたが、量産 CPO スイッチは 2025 ～ 2026 年まで導入されません。

AI ネットワーク要件

AI トレーニング クラスターは、既存の標準では完全には対応していない独自の要件を生成します。 NVIDIA の GPU クラスタは、GPU 間の通信に独自の NVLink を使用します。-が、GPU による接続の切り替えには標準のイーサネットを使用します。-不一致によりボトルネックが発生し、オペレータは次の方法で解決します。

超低遅延モジュール-: 標準トランシーバーのレイテンシは 300ns 未満、. 500-800ns

低ジッター仕様-: <100fs RMS vs. standard 500fs requirements

強化された FEC: 高密度 GPU ラック内のノイズの多い電気チャネルに対する強力なエラー修正-

2023 年に設立されたウルトラ イーサネット コンソーシアムは、新しいモジュール機能を必要とする AI に最適化されたイーサネットの仕様を開発しています。-標準は 2025 年後半まで完成しませんが、ハイパースケール事業者は差し迫った容量のニーズを満たすために、先行標準の実装を導入しています。{4}

持続可能性基準

欧州連合のエコ設計指令では、EU 市場で販売されるファイバー モジュールが 2026 年までにエネルギー効率目標を達成することが義務付けられています。予備的な提案では次のことが示唆されています。{0}

Gbps あたりの最大電力: 400G の場合は 0.5W、800G の場合は 0.3W

最低7年の動作寿命

リサイクル可能なパッケージと RoHS{0}} 準拠の素材

二酸化炭素排出量を文書化した環境製品宣言 (EPD)

メーカーは市場ごとに個別の製品ラインを維持しないため、これらの要件は世界的な事実上の標準になる可能性があります。モジュール ベンダーはすでにこれらの目標に向けた設計を行っています。平均 8W (Gbps あたり 0.02W) の 400G モジュールが 2024 年に発売されることから、コンプライアンスは達成可能であることが示唆されていますが、検証テストと文書化にはコストが追加されます。

 

規格選択フレームワーク

 

特定のアプリケーション向けのファイバー モジュールを評価するネットワーク エンジニアは、次のような複数の側面にわたってコンプライアンスを検証する必要があります。

物理層:

フォームファクタ MSA (SFP+、QSFP28、QSFP-DD など)

コネクタ種類（LC、MPO、CS）とインターフェース規格（IEC 61754シリーズ）

動作温度カテゴリー（IEC 61753）

光学層:

IEEE 伝送規格 (10GBASE-SR、100GBASE-DR など)

波長とファイバーの種類 (850nm MMF、1310nm SMF、CWDM、DWDM)

リンクバジェットと最大リーチ

必要な場合は FEC タイプ（RS-FEC、KP-FEC など）

電気層:

ホスト インターフェイス シグナリング (SFI、CAUI-4 など)

デジタル診断インターフェイス (SFF-8472、SFF-8636)

消費電力と熱放散

規制層:

安全認証（UL、CE、FCC）

環境コンプライアンス (RoHS、REACH)

地域規格 (北米では TIA-568、ヨーロッパでは EN 50173)

よくある落とし穴: MSA 準拠を前提とすると、完全な相互運用性が保証されます。モジュールは機械的および電気的に MSA- に準拠していますが、-標準以外のレーザー波長、不適切な光パワー レベル、または特定のスイッチ ASIC とのリンク確立を妨げる互換性のない FEC アルゴリズムを使用している場合があります。このため、大手通信事業者は、標準準拠の主張ではなく、実際の相互運用性テストに基づいて認定ベンダー リスト (QVL) を維持しています。

 

よくある質問

 

MSA-準拠モジュールと OEM- 互換モジュールの違いは何ですか?

MSA- 準拠のモジュールは、業界のフォーム ファクタと電気インターフェース標準を満たしていますが、ベンダー固有のファームウェア エンコーディングが欠けている場合があります。- OEM- 互換モジュールにはこのエンコーディングが含まれており、ベンダーロックされた機器での動作が可能になります。-どちらのタイプも同じ光学性能標準 (IEEE、IEC) を満たすことができますが、スイッチの受け入れが異なります。

マルチモード ファイバーでシングルモード モジュールを使用できますか?-

効果的ではありません。シングルモード モジュールは、シングルモード ファイバー（9μm コア）用に最適化されたナロー ビーム レーザー（9μm コア）を使用します。-このビームをマルチモード ファイバー（50-62.5μm コア）に発射すると、モード分散が発生し、到達距離が大幅に制限されます。-通常は 300 メートル未満です。その逆（シングルモード ファイバ上のマルチモード モジュール）は、LED または VCSEL ビームがシングルモード コアに対して広すぎるため、単純に機能しません。

800G モジュールの方が 400G モジュールよりも Gbps あたりのコストが安いのはなぜですか?

モジュールのコストは、ポート速度よりも光学コンポーネント (レーザー、光検出器) と DSP チップによって決まります。 8 つの 100G レーンを使用する 800G モジュールは、4 つの 100G レーンを使用する 400G モジュールの 2 倍の帯域幅にわたって、パッケージング、コネクタ、およびインターフェイスのコストを共有します。生産量が増加するにつれて、800G モジュールは 1 Gbps あたり 1.20 ～ 1.50 ドルであるのに対し、800G モジュールは 1 Gbps あたり 0.70 ～ 0.85 ドルに近づいています。

モジュールが複数の規格を満たしていることを確認するにはどうすればよいですか?

モジュールのデータシートで明示的な規格の主張 (「互換性」だけでなく) を確認してください。 MSA 仕様番号 (SFP+ の場合は SFF-8431)、IEEE 標準番号 (10G の場合は 802.3ae)、および IEC パフォーマンス カテゴリを探してください。メーカーのテストレポートには、光学アイダイアグラム、パワー測定、および環境テストを文書化する必要があります。重要なアプリケーションの場合は、特定の機器やファイバー プラントに対する社内認定テスト用のサンプル モジュールをリクエストしてください。

 

ベンダーの慣行を検討する

 

標準フレームワークにより、相互運用性とベンダー制御の間に緊張が生じながらも、競争力のあるモジュール市場が可能になります。 OEM ベンダーは標準を実装していますが、顧客を自社のエコシステムに閉じ込める独自の機能を追加しています。モジュール サプライヤーは、厳密な MSA 準拠と、市場アクセスに必要なベンダー固有の適応との間を行き来します。{2}}

このダイナミックな利点は、標準の状況を理解しているネットワーク オペレータにメリットをもたらします。つまり、正確な標準要件を指定することで（単に「シスコと連携する」だけでなく）、技術要件を維持しながら競争力のある調達が可能になります。 2024 年の光トランシーバ市場は 141 億ドルに達し、2030 ～ 2032 年までに 380 ～ 420 億ドルに達すると予測されており、これは帯域幅の成長と、標準化とベンダーのイノベーションの間の成功したバランスの両方を反映しています。

賢明な事業者は、ベンダー サポートが重要なコアデバイス用の OEM モジュールと、コスト削減により若干高い互換性リスクが正当化されるエッジデバイス用の MSA{0}}準拠のサードパーティ モジュールという 2 つの戦略を維持します。{1}このアプローチでは、ファイバー モジュールが何千もの異なるネットワーク実装にわたってファイバー規格を満たすことができるようにする、3 つの-層標準アーキテクチャ-MSA フォーム ファクター、IEEE プロトコル、IEC パフォーマンス仕様-）を理解する必要があります。