ニュース

May 23, 2024

明日のデータセンターに向けて進化する光モジュール

光トランシーバはデータセンターで重要な役割を果たしており、サーバーアクセスやスイッチ間の相互接続ではますます高速化が求められるため、その重要性は今後も高まり続けるでしょう。

光トランシーバはデータセンターで重要な役割を果たしており、ストリーミングビデオ、クラウドコンピューティングとストレージ、またはアプリケーションによる帯域幅の需要の高まりに応えるために、サーバーアクセスとスイッチ間の相互接続でますます高速化が必要となるため、その重要性は今後も高まり続けるでしょう。仮想化。 現在、大規模データセンターには通常、40G スイッチング ファブリックに接続する 10G アクセス ポートが備えられていますが、近い将来、アクセス ポートは 25G に、スイッチング ファブリックは 100G に増加します。 ここでは、光モジュールのデータセンター アプリケーションによってもたらされる課題を検討し、需要を満たすために業界がどのように対応しているかについて説明します。

冗長性の高い水平メッシュによって相互接続された 100,000 台のサーバーを収容する単一のメガ データ センターには、同様に多数の光リンクが必要です。 各リンクの両端は光トランシーバで終端する必要があるため、トランシーバの数は光リンクの数の少なくとも 2 倍になり、光ブレークアウト構成を使用するとさらに多くなる可能性があります。 このような大量のモジュールは、たとえこれらのモジュールが高速データ レートの最前線で動作するとしても、光トランシーバの低コスト ポイントを推進できます。 長い到達距離では 10 ドル/Gbps のオーダーから、短い到達距離では 1 ドル/Gbps までの価格設定がサプライヤーへの課題として提案されています。今日の価格設定が 5 倍から 10 倍高いことを考えると、これは明らかに野心的な目標です。異なるデータレートまたは異なるアプリケーションスペースで。

このオーダーのコスト削減は、モジュールの設計と製造に対する実証済みのアプローチをわずかに改良するだけでは達成することが困難です。 最大動作温度の低下、動作温度範囲の縮小、製品の使用寿命の短縮、前方誤り訂正 (FEC) の使用の許可などの緩和仕様は、モジュール ベンダーが導入できるため、モジュールのコスト削減に役立つ例です。より高いレベルの光学的統合、非密閉パッケージング、非冷却動作、または簡略化されたテストを備えた低コスト設計。

光モジュールの用途を決定する重要な要素はフォームファクターです。 今日のデータセンターは、サーバー アクセス用に SFP フォーム ファクタのトランシーバを中心に、スイッチ間の相互接続用に QSFP トランシーバを中心に統合されています。 通常、ダイレクト アタッチ銅線（DAC）ケーブルは、アクセス ポートまでの距離が 5 m 未満の場合に使用され、長距離の場合は光モジュールまたはアクティブ光ケーブル（AOC）が使用されます。 10G アクセス ポートは SFP+ モジュールを使用しますが、アクセス速度が 25G に増加すると、SFP28 に移行します。 サーバー アクセスには 100 m を超える距離は必要ないため、これらのモジュールは通常、マルチモード ファイバー (MMF) 上で動作する VCSEL ベースのトランシーバーに限定されます。 ただし、25G レーン周辺のエコシステムは、10 km ～ 40 km の範囲でシングル モード ファイバー (SMF) 上で動作する SFP28 モジュールの需要を促進する次世代エンタープライズ ネットワークなどのアプリケーションで活用されることも期待されています。

クラウド データセンターのネットワーク トポロジと、サーバー アクセスとスイッチング ファブリックのデータ レートの予想されるアップグレード パス。

QSFP モジュールは 4 つの電気入力レーンを受け入れ、対応する SFP モジュールの 4 倍のデータ レートで動作します。 現在、40G QSFP+ はデータセンターのスイッチング ファブリックに広く導入されています。 光インターフェイスには、パラレル シングル モード ファイバ (PSM) とコース波長分割多重 (CWDM) という、いくぶん競合する 2 つの方式が存在します。 PSM は 8 SMF リボン ケーブル上で動作し、各光レーンが二重ファイバ ペアを占有します。 PSM には、波長多重化が必要ないため、モジュールコストが低いという潜在的な利点がありますが、ケーブルとコネクタのコストが二重よりも大幅に高くなり、結果としてファイバプラントのコストが高くなります。

4 世代の 100G プラガブル クライアント側トランシーバー: CFP、CFP2、CFP4、および QSFP28 (左から右)。

CWDM は二重 SM ケーブル上で動作し、波長分割多重化を使用して 4 つのレーンを 1 つのファイバーに結合します。 ここで、光インタフェースの参考仕様として40GBASE-LR4イーサネット規格が存在する。 レーンは単一のファイバーストランド内を移動するため、CWDM リンクは全光スイッチングと互換性があり、データセンターのトラフィック管理と再構成に使用できます。 CWDM モジュールの課題は、光マルチプレクサやデマルチプレクサなどの追加コンポーネントが必要なため、通常 PSM よりもコストが高くなる点ですが、伝送距離を 10km (LR4) から 2km (MR4) に短縮することで大幅なコスト削減を実現できます。またはLR4-Lite）。