ファイバーネットワークに適した光トランシーバー

 

データセンターは帯域幅を消費します。つまり、文字通り - で施設のネットワーク トラフィックを 1 週間監視すると、なぜ光学式が必要なのかがわかるでしょう。トランシーバー銅の代わりにデフォルトのソリューションになりました。電気信号変換はこれらの小さなモジュール内で行われ、ビットを光パルスに変換し、銅では決して到達できない速度でガラス繊維を通過します。

ほとんどのネットワーク チームは、波長の選択について検討するのに十分な時間を費やしていません。大間違い。

 

マルチモードはまだ安価です (それが重要です)

 

 

850nm の波長はマルチモード ファイバーで動作します。トランシーバーのコストが低く、ラック間の距離が短い場合には適切に機能するため、データセンターのいたるところでこのトランシーバーが見られます。 850nm で動作する 100G モジュールは、およそ 100 メートルの到達距離を実現しますが、ファイバーの品質によってはそれ以上の場合もあります。紙の上ではそれほど印象的ではありませんが、ホットアイル/コールドアイルのレイアウトを備えた一般的なデータセンターでは十分です。

スケールアップすると、経済学が面白くなります。 walsun.com などのメーカー仕様に基づくと、波長 1310nm のシングルモード ファイバは 40 キロメートル - まで到達します。しかし、データシートでは強調されていない点があります。850nm でのファイバー損失は約 2.5dB/km ですが、1310nm では ITU{11}T 規格に従って 0.4dB/km しか損失しません (bjrofoc.com がこれを文書化しています)。そうですね、キャンパス ネットワークや道路を横断するものにはシングルモードが必要です。-それを回避する方法はありません。

 

Cisco と Finisar は現在、基本的にこのスペースを所有しています

 

数字を見て市場の集中力に驚きました。 gminsights.com の調査によると、2023 - の時点で Cisco Systems と Finisar Corporation が世界の光トランシーバ売上高の 20% 以上を支配しています。この業界がかつてどれほど細分化されていたかを思い出すまでは、20% という数字は大したことではありません。 Cisco は 2021 年に Acacia を買収し、コヒーレント光技術を獲得しました。これにより、長距離アプリケーション向けの 400G ZR および 800G モジュールへの積極的な取り組みが説明されています。-

Broadcom も大胆な予測を立てています。彼らは、2025 年までに毎秒 800 ギガビット、2026 年には毎秒 1.6 テラビットになると言っています (emergenresearch.com が彼らの発表を取り上げています)。このスピードは野心的なものに思えます。シリコンと光学部品が実際に量産できるかどうかを確認していきます。

どこを見ても SFP 派生製品

スモール フォーム ファクタのプラガブル モジュールは、機器をシャットダウンせずにホットスワップできるため、{0}{1}}その役割を引き継ぎました。 SFP、SFP+、QSFP... 名前はごちゃごちゃしていますが、コンセプトはシンプルです。ラインカードにできるだけ多くの光インターフェイスを詰め込みます。 QSFP28 は、親指よりも小さなものに 100G を詰め込みます。

QSFP-DD は 4 つの電気レーンではなく 8 つの電気レーンを使用するため、密度が 2 倍になります。基本的なフットプリントは同じで、スループットは 400G です。このような小さなパッケージで熱を管理しながら、高速でレーン全体で信号の整合性を維持することは、物理学により困難です。しかし、それはうまくいきます。

CFP2 は依然として一部の一貫した展開で使用されますが、QSFP バリアントと比較すると分厚いです。ただし、数百キロメートルにわたって 200G+ を実行する場合、より優れた DSP チップと熱管理のための追加スペースが効果を発揮します。

IoT が数学を変えた

シスコの追跡によれば、2023 年までに世界中で 293 億の IoT 接続が発生すると予想されます (credenceresearch.com に内訳が記載されています)。それは予測ではなく、すでに起こったことです。すべてのスマート センサー、コネクテッド カー、産業用コントローラーはデータ ストリームを生成し、どこかのネットワークに送り込みます。これらすべてを処理するエッジ コンピューティングの構築により、サイトごとに数千台のトランシーバーを導入することになるため、費用対効果の高い 25G および 100G トランシーバーの需要が生じます。{6}}

 

 

従来の通信機器ベンダーは、25 年の耐用年数を想定して設計された高価なキャリア グレードのモジュールを販売しようと努め続けてきました。{0}エッジオペレーターはそんなことは気にしません。彼らは低コストで十分な信頼性を求めています。優先順位が異なります。

 

消費電力が急速に増加する

 

400G QSFP-DD モジュールはそれぞれ 12～14 ワットを消費します。大したことはないようです。これにシャーシ内の 256 ポートを掛けると、スイッチ ASIC の電力や冷却のオーバーヘッドを考慮せずに、光学系だけで突然 3+ キロワットを処理することになります。電気にはお金がかかり、熱には高価な冷却インフラが必要なため、データセンター運営者はラックごとの電力消費量を執拗に追跡しています。

温度定格はスペックシートが示す以上に重要です。 0-70 度定格のモジュールは、温度調節されたサーバー ルームで最適に機能します。屋外のキャビネットや工場の床環境に設置し、周囲温度が急上昇したときに故障するのを観察してください。拡張温度範囲のトランシーバーは存在しますが、価格が高く、ベンダーが常に在庫しているとは限りません。

 

規格が衝突する場所

 

IEEE はイーサネット仕様を扱います。 OIF は実施契約を作成します。複数の MSA がフォーム ファクターを定義します。 ITU-T は電気通信に関する勧告を発行しています。これらの組織は常にうまく連携しているわけではなく、場合によっては仕様が微妙な点で相互に矛盾します。

異なるベンダーの 2 つの「標準準拠」モジュールが適切にリンクしないという相互運用性の問題をデバッグしました。-この問題はタイミング マージンに遡ります。- 両モジュールは仕様内で動作していましたが、許容範囲の両端にありました。すべてが標準化されているはずなのに、最終的にはベンダー互換性マトリックスが必要になります。イライラしますが、それが現実です。

ハイパースケーラーが業界を逆転させた

 

 

Amazon、Google、Microsoft、Meta は、従来の通信会社が小さく見えるほどの規模でトランシーバーを導入しています。世界中で何百ものデータセンターを構築するには、さまざまな調達アプローチが必要になります。-メーカーとの直接の関係、カスタム仕様、信頼性を最大限に高めるために過剰に設計されたコンポーネントではなく、十分に優れたコンポーネントを使用する意欲{2}}。これにより、メーカーの設計優先順位が大きく変わりました。 25 年間の MTBF の数値よりも、ビットあたりのコストを下げることが重要になりました。

これは、400G モジュールが以前の速度の急上昇と比較して、いかに早く市場ボリュームに達したかを見ればわかります。ハイパースケーラーはそれらを必要としており、開発に資金を提供できる導入規模を持っており、従来の通信承認サイクルを待つことに興味がありませんでした。

次には、光学部品の同時パッケージ化が考えられます。{0}プラグイン可能なモジュールの代わりに、光コンポーネントをスイッチ ASIC と直接統合して、電気経路の損失を削減します。ただし、ホットスワップ機能が失われるため、危険に思われます。- Intelはシリコンフォトニクスを強力に推進しており、いくつかの中国メーカーも同様だ。エキゾチックな III-V 半導体ではなくシリコン基板上にすべてを搭載することで、電力とコストの削減が期待できます。実稼働規模で実現できるかどうかはまだ確認中です。

光トランシーバー市場は2023年に世界で100億ドルに達し、成長は鈍化していない。データセンターの増加、IoT エンドポイントの増加、異常な帯域幅を必要とする AI トレーニング クラスターなど、需要は増加し続けています。実際にすぐに 800G と 1.6T の速度が必要になるのか、それとも単にベンダーが高価な新しい機器を売りたいだけなのかは、いずれ分かると思います。