オリンピックのモットーとして有名な、「より速く、より高く、より強く(Citius・Altius・Fortius: ラテン語)」という3語は、今日イーサネットネットワークに置いて直面している状況を非常によく表しているようです。全てのビジネストラフィック情報(データ/映像/音声等)を迅速にストレスなく伝送するには、より高速ネットワーク、より広い帯域幅、より高いレベルのサービスと強力なパフォーマンスが必要です。イーサネットの最高速伝送レートは、だいたい8年おきに更新されてきました。100G イーサネットは2010年に標準化され、2016年に全盛期に入りつつあります。現在、IEEEでは400Gイーサネット規格(802.3 .bs)に取り組んでおり、2017年末あたりに標準化の見込みです。これらの進歩により、増大化する一方の帯域幅需要を満たす新世代の光伝送装置の開発が促されます。

100G規格は既存技術(10 x 10G: ホストI/F)を使用することで、アーリーアダプターによる市場投入を促進しました。 同時に、標準化後約5年間で成熟する技術に基づいた費用対効果の高いインターフェイスを構築する明確な青写真が明らかになりました。 当時、25Gベースの信号は、今日のコスト効率の高いインパクトのあるソリューションになる100Gテクノロジーの基盤となりました。

400Gの出現は同様な道をたどると予想されます。アーリーアダプタは25Gベースの技術(16 x 25G NRZ)を使用して市場に向かうことができますが、その間光相互運用性(FR8/LR8)を維持しながら、PAM-4電気インターフェイスへの移行計画を持つ必要があります。このようなアプローチでも、400G技術の市場投入が極めて困難であることに変わりはありません。

  • 光インターフェイスはPAM-4信号方式を採用し、これは従来のNRZとは大きく異なります。
  • PAM-4は、帯域幅と同様にSNRと直線性を大幅に改善する必要があります

400Gは、非常に高性能なPAM-4コンポーネントを市場投入するための課題を解決し、光通信リンクを実現するために、FEC (ForwardError Correction)技術も使用しています。FECは長年OTN技術で広く利用されいますが、汎用クライアントインターフェイスにおける利用は比較的新しいものです。実際に、PAM-4ベースのリンクは、パケットレベルで効果的なエラーフリーリンクを提供するためにFECレイヤーでのエラー訂正(エラーフロア: 10^-4までの対応可能)を行います。

ここでは、厳格で効果的なテストプロセスを維持しながら、高速化の道を考えるにあたって重要となる3つの考慮事項を見てみましょう。

  1. 高速化によってテストシナリオは非常に非直線的なものになります。定義された信頼レベルでのエラー「ゼロ」のテストはもはやありません。 生の(PRBS/PRBSQ)テストによってエラーが発生しますが、そのエラー要素が「良好」であることを検証するには、エラー統計とFECの動作に関する詳細な理解が必要になります。 勿論、フレーム化されたトラフィックでテストを行い、エラーフリーのパケットを検証(おそらくFEC前のレートを監視)しますが、この検証ではエラーフリーのマージンには注目していません。言い換えれば、400G検証の為には、400Gの個々の要素のマージンを検証するツールが不可欠ということです。
  2. 新しい速度を採用する際に考慮すべき2つ目の点は、複数ドメインにおける可視性の確立です。物理レイヤーテスト(今日、光モジュールなど光コンポーネントでよく使用される)は、FECの影響と、リンクが生でエラーのないパフォーマンスを期待されていないことを理解する必要があります。スキュー、レーンレート、およびパターン感度の影響により、生PRBS/PRBSQ(エラー統計解析付き)からFEC前とFEC後をモニターする完全なFECベースのイーサネットトラフィックまで、複数ドメインにまたがる検証が必要になります。
  3. 3つ目の課題は要素の集積化です。最良の例は、CFP8などのプラガブル光トランシーバー(第1世代400Gプラガブル)で見られます。この驚異的な統合では、8個のレーザー(高リニア変調器、リニアレーザードライバー、PAM-4~NRZブリッジ、高性能フォトダイオード、高リニアTIA、光λカプラーを含む)とマイクロコントローラーが小型のプラガブルフォームファクター内に集積化されます(冷却化の面で重大な課題もある)

これらの新しいテスト要件のすべてが正しく機能するには、主要要素のすべてを並行してテストや検証ができるように実装しなければなりません。こうした要素には、電気および光信号のインテグリティ、パターン感度、さらにはMDIO、I^2Cなどマイクロコントローラーのインタラクションがあります。そのように緊密に統合された主要コンポーネントでの微妙なインタラクションでは、テストシナリオは極めて難しくなります。

400Gは、PAM-4への移行(電気および光学の両方)とFECコーディングを中心に多くの新しい課題をもたらします。マージンを検証し、コーディングとPAM-4モジュレーションによって問題を診断するには、より新しく洞察力のあるテストが必要になります。テストはもはやレイヤーのうちの1つに限定できません。物理レイヤーからイーサネット(MAC)レイヤーまでのリンクをカバーする必要があります。テスト結果は、問題の所在を調整し、FECチャンネルに対するマージンの意味を完全に検証できることが必要です。 100Gとの移行を経て、400Gへの移行を目前にした今、その機会と課題の両面から400Gの検討をお勧めします。400Gへの道が挑戦に満ちていることは間違いありませんが、その恩恵は絶大です。100G成功のとき同様、光ネットワークに携わる業界が400G成功の道を見つけるであろうことを疑う余地はほとんどありません。 成功は如何に多レイヤーに渡る検証を包括的に行えるかにかかっています。

Viaviの高速トランスポート、製品ラインマネージャーであるDr. Paul BrooksはIEEE 802.3の投票権を持つ委員で、サウザンプトン大学から光信号処理のPh.Dを授与されています。

前方誤り訂正(FEC)とPAM4モジュレーションを含む、業界初の400GサポートであるViaviの400G光ネットワークテスターについては、こちらをご覧ください。

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