800Gトランシーバーについて
800ギガビット(800G)トランシーバは、800Gbpsのデータレートを処理できる光モジュールです。最大 800 Gbps の伝送速度を備えた 800G トランシーバは、最新の前モデル (400G トランシーバ) の 2 倍の容量を提供します。800Gトランシーバは、次の場合に最適です。
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800Gポートを備えたあらゆるホストプラットフォーム
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800 Gbpsのデータ伝送を備えたネットワーク
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最小限の損失で高速データ伝送が求められる通信ネットワーク
800G トランシーバは、複数のレーンの光信号と高度な変調技術を使用して、より高い容量を実現します。800Gトランシーバは、複数のファイバーを使用した多重化を採用しています。また、これらのトランシーバは、光信号を送信するためにファイバーと波長の多重方式を組み合わせて使用します。すべての800Gクライアント光インターフェイスは、パルス振幅変調4レベル(PAM4)変調を備えた100Gの8レーンを使用します。PAM4の変調は、シンボルあたり53Gbaud x 2ビットです。現在、800G光技術は、波長多重化および多重化技術のみを使用する波長分割多重(WDM)システムをサポートしていません。
800G トランシーバは複数の伝送速度とブレイクアウト モードをサポートし、さまざまなネットワーク転送要件との互換性を確保します。この柔軟性により、単一の物理トランシーバを複数の低速イーサネットポートに論理的に分割し、さまざまな導入シナリオに適応させることができます。
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1x800G—トランシーバは単一の800Gポートとして機能し、合計容量800Gbpsを実現します。
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2x400G—ブレークアウトケーブルは、ポートを2つの独立した400Gポートとして提供し、合計容量800Gbpsを実現します。
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8x100G—トランシーバーは8つの独立した100Gポートに分割して、合計800Gbpsの容量を達成することができます。
ジュニパーの800Gトランシーバは、OSFP800およびQSFP-DD800フォームファクタを採用しています。このドキュメントでは、フォームファクターをOSFPおよびQSFP-DDと呼びます。
変調方法
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PAM4—PAM4は、2つのビットを4つの振幅レベルを持つ1つのシンボルに結合する変調方式です。つまり、PAM4 は、ネットワーク経由で送信できるデータ量を効果的に 2 倍にします。PAM4は、必要なSNR(S/N比)よりも高く、FWM(Four-Wave Mixing)の影響を受けやすいです。FWM は、複数の光信号 (波長) がファイバー内で相互作用するときに光ファイバー通信システムで発生する非線形光学現象です。PAM4変調を使用して10kmを超える距離にわたって800Gの光伝送を達成するという課題は、主にFWMによるものです。シグナルインテグリティを処理するためには、前方誤り訂正(FEC)を設定する必要があります。800G光トランシーバーを使用する通信リンクの送信側と受信側の両方でFECを設定する必要があります。両端でFECを設定すると、FECアルゴリズムが送信前にデータをエンコードし、受信時にデータのエラーをデコードして修正します。要約すると、PAM4 は効率的な短距離データ伝送を可能にしますが、より多くの信号処理とエラー訂正が必要になります。
図1:PAM4変調
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NRZ(Non-Return to Zero)変調—NRZ(Non-Return to Zero)変調は、最大100Gの低速クライアント光インターフェイスの変調フォーマットとして一般的に使用されます。ただし、800G光インターフェイスの業界標準ではNRZ変調は使用されていません。そのため、ジュニパーの800Gクライアント光インターフェイスはこれをサポートしていません。
800G光トランシーバは、次の技術を使用しています。
デジタル信号処理
高度なデジタル信号処理(DSP)技術により、信号の完全性が向上し、光ファイバー経由の800Gトランシーバの到達範囲が拡張されます。
クロックデータ復旧
クロックデータ復旧(CDR)は、データ信号からタイミング情報を抽出し、光ネットワーク内での正確なデータの取得と送信を保証します。
フォワードエラー訂正
800G光トランシーバーは、高速伝送速度に対応します。したがって、ノイズ、信号歪み、および非線形効果によって引き起こされるエラーの影響を受けやすくなります。転送エラー訂正(FEC)は、送信機が元のデータストリームに冗長なデータまたはパリティビットを追加するエラー制御方法です。この冗長性により、受信者は再送信を必要とせずにエラーを検出して修正できます。再送信は、遅延が高く、リアルタイム伝送が必要なため、光トランシーバーでは実用的ではありません。
FECは、FECアルゴリズムによって実装されます。FEC アルゴリズムは、特定の数学的手法またはコーディング スキームです。FECアルゴリズムは、再送信を必要とせずに、送信されたデータのエラーを検出して修正します。FECプロセスには、2つのステップが含まれます。
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エンコーディング(Txまたは送信機で)—FECアルゴリズムは元のデータを処理し、特定の数学的ルールに基づいて冗長ビットまたはパリティビットを追加します。エンコードされたデータは、通信チャネルを介して送信されます。
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デコード(Rxまたはレシーバー)-レシーバーはFECアルゴリズムを使用して、冗長ビットを含む受信データを分析します。エラーが検出された場合、アルゴリズムは冗長性に基づいてエラーの修正を試みます。
FEC のエラー訂正機能は、使用される特定のアルゴリズムと追加される冗長性の量によって異なります。一般的に使用されるFECアルゴリズムには、次のようなものがあります。
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リードソロモン(RS)FEC
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ソフトデシジョンFEC(SD-FEC)
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LDPC(Low-Density Parity-Check)コード
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Bose-Chaudhuri-Hocquenghem(BCH)コード
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連結されたFEC
FEC アルゴリズムの選択は、通信システムの特定の要件によって異なります。
- データレート—高速システムには、より効率的なアルゴリズムが必要です。これは、LDPCまたはターボコードである可能性があります。
- エラー特性—バーストエラーは、Reed-Solomonなどのブロックコードでより適切に処理されます。
- 遅延—ビデオストリーミングなどのリアルタイムアプリケーションには、低遅延アルゴリズムが必要です。
- 電力と複雑さ—計算リソースが限られているシステムでは、ハミングやBCHなどのより単純なコードを使用できます。
トランシーバーのリスト、その仕様、およびトランシーバーでサポートされているデバイスのリストについては、 ハードウェア互換性ツール を参照してください。
第2世代800G光インターフェイス
ジュニパーの第2世代の800G光トランシーバは、レーンあたり100Gの8組の電気レーンと、レーンあたり200Gの4組の光またはメディアレーンをサポートします。これらのトランシーバは、以下のトランシーバ構成タイプ全体でOSFPフォームファクタをサポートします。
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ヒートシンク一体型(OSFP、空冷モデル)
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ライディングヒートシンク(ORHS、コールドプレート液冷モデル)
ORHS またはライディング ヒートシンクのバリエーションは、ラックのヒートシンク機構を介して外部液体冷却を提供する ORv3 シャーシ用に設計されています。OSFP または統合型ヒートシンクのバリエーションは、第 1 世代の 800G 光インターフェイスと同様の冷却メカニズムを備えた自己完結型の空冷モデルです。
第2世代の800G光インターフェイスの仕様と構造により、1600G光インターフェイスとの導入に対応しています。これらの光学系は、古い規格との下位互換性もありますが、到達距離が 2 km ではなく 500 m に減少しています。したがって、第 2 世代の光トランシーバ モジュールは 2 つのモードで動作できます。例えば、OSFP-800G-DR4-2光トランシーバは、範囲2kmの800G-DR4-2標準モードまたは範囲500mの800G-DR4標準モードで動作できます。
第 2 世代の 800G 光トランシーバは、ファイバー タイプ、最大到達距離、温度範囲が同一であるため、光インターフェイスを選択する際はヒートシンク タイプとコネクタが主な差別化要因となります。ジュニパーが現在サポートしている第2世代の800G光トランシーバの詳細については、 表1をご覧ください。
| 光トランシーバ | フォームファクター | ヒートシンク | 標準 | ファイバータイプ | 最大リーチ | 動作時温度 | コネクタータイプ |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| OSFP-800G-DR4-2 | OSFP800 | 統合型 |
800G-DR4-2 800G-DR4(500m) |
SMF | 2キロ |
0°C-70°C |
MPO-12/APC |
| ORHS-800G-DR4-2 | OSFP800-RHS | 乗馬 |
800G-DR4-2 800G-DR4(500m) |
SMF | 2キロ |
0°C-70°C |
MPO-12/APC |
| OSFP-800G-FR4 | OSFP800 | 統合型 |
800G-FR4 800G-FR4-500(500m) |
SMF | 2キロ |
0°C-70°C |
LC/UPC |
| ORHS-800G-FR4 | OSFP800-RHS | 乗馬 |
800G-FR4 800G-FR4-500(500m) |
SMF | 2キロ |
0°C-70°C |
LC/UPC |
第2世代800G光インターフェイスの変調
第2世代の800G光インターフェイスは、4つのレベルのPAM4を使用して、各光レーンでより高いデータレートを実現します。シンボルごとに1ビットをエンコードする従来のNRZ(Non-Return-to-Zero)シグナリングとは異なり、PAM4は4つの異なる信号レベルを使用してシンボルごとに2ビットをエンコードします。このアプローチにより、実用的なシグナリング レートを維持しながら、シンボルごとに送信されるデータ量を効果的に 2 倍にすることができます。
4x200Gトランシーバアーキテクチャでは、PAM4は各光レーンで 200Gbps のデータを伝送し、4つの光レーンで 800Gbpsの総帯域幅を提供します。PAM4は、レーンあたりのデータレートを向上させることにより、8つの100Gbps光レーンに依存していた以前の800G実装と比較して、必要な光レーンの数を削減します。
PAM4 変調の詳細については、 変調方法を参照してください。
主な特徴
800Gトランシーバの主な特徴は次のとおりです。
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フォームファクター—800Gトランシーバーの一般的なフォームファクターには、OSFPとQSFP-DDがあります。OSFPおよびQSFP-DDトランシーバーモジュールは、800Gbpsのデータ伝送におけるより高い電力と熱の要件に対応できるように設計されています。OSFPフォームファクターは、QSFP-DDフォームファクターよりも寸法が大きくなっています。これにより、OSFPフォームファクターのトランシーバーがより高い消費電力に対応し、より優れた冷却ソリューションを提供できるようになります。
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ファイバータイプとリーチ—ファイバータイプは、800Gトランシーバーと互換性のある光ファイバーのタイプ(シングルモードまたはマルチモード)を指定します。リーチは、光トランシーバでサポートされる最大距離または範囲を提供します。これは、データセンター間、データセンター内など、さまざまなアプリケーションに適した光トランシーバーを選択するのに役立ちます。
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レーン分散—ジュニパーの800G光インターフェイスは、複数のファイバーペアまたは波長多重方式を備えた8つのパラレルレーンを使用します。800G光インターフェイスには、短距離で使用されるパラレルファイバーがあります。長距離光通信には、二重シングルモード光ファイバーを使用した波長多重方式が使用されます。
ジュニパーオプティカル製品番号
トランシーバー、ケーブル、コネクターなどのジュニパーの光コンポーネントは、命名規則に従っています。製品名の各要素は仕様に対応しています。これは、適切な光学コンポーネントをよりよく理解し、選択するのに役立ちます。次に例を示します。
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QDD-2x400G-DR4
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QDD—QSFP-DDの略。トランシーバのフォームファクターを識別します。
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2x400G—トランシーバがデータ伝送用に2つの独立した400Gイーサネットインターフェイスへのブレークアウトをサポートしていることを示します。
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DR4—400GBase-DR4の略です。これは特定の規格であり、各400Gチャネルが100Gbpsのパラレルレーン4つを使用して400Gbpsを提供することを示しています。
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ジュニパーの光ケーブルとトランシーバーは、製品番号を使用して区別できます。例えば、QDD-800G-AOC-5MとOSFP-800G-AOC-10Mはジュニパーケーブルの製品名です。製品名には、各ケーブルのフォームファクター(OSFPまたはQSFP-DD)、データ伝送速度(800Gbps、400Gbpsなど)、ケーブルタイプ(AOCまたはDAC)、距離範囲(5m、10mなど)が記載されています。
800G(x8)トランシーバアーキテクチャ
800Gトランシーバー用の8x100ギガビットアーキテクチャは、それぞれ100Gbpsのレーンを8つ使用します。800Gトランシーバーアーキテクチャのさまざまなコンポーネントは次のとおりです。
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ホストプラットフォーム—800Gアーキテクチャをサポートするジュニパーデバイス。
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8x100G 電気 - スイッチとトランシーバコンポーネント間の電気的インターフェース。8つの独立した100Gbps電気レーンを介してデータを送信できます。
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PAM4 CDR/DSP - 100 Gbpsの電気レーンをサポートします。PAM4 は、送信できるデータ量を効果的に 2 倍にします。CDR は、ジッターを低減するために受信データのタイミングを戻します。DSP は、イコライゼーション、エラー訂正、その他の信号処理タスクなどの機能を処理します。
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ドライバーx8—ドライバーは、電気信号を増幅する電子部品です。x8トランシーバーアーキテクチャには、8つのドライバーがあります。各ドライバーは、100 Gbpsの電気レーンに対応します。
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変調器x8—8つのレーザー変調器はそれぞれ1つの100Gbps電気レーン(x8)に対応します。800G光インターフェイスでは、次のタイプの変調器を使用します。
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垂直共振器面発光レーザー(VCSEL):VCSEL は、SR8/VR8 などのマルチモード光インターフェイスに使用されます。
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直接変調レーザー(DML)—DMLは、DR8などのシングルモード光インターフェイスに使用されます。DMLは、安定した直接変調のために回折回折格子を組み込んだ分散フィードバック(DFB)構造を使用しています。それらの変調速度と伝送距離は、スペクトル線幅に依存します。線幅が狭いほど、より高速で長い距離が可能になります。DML では、レーザー ダイオードの注入電流を調整することによってデータが変調されるため、低電力アプリケーションに適したコンパクトな設計が得られます。
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EML(Electro-absorption Modulated Laser):EMLは、レーザーダイオードと電気吸収変調器を1つのチップに統合したものです。レーザーは連続的に動作し、変調器が信号をオン/オフします。
DML とは異なり、EML は変調中に一定のレーザー特性を維持し、色分散が低いため、高速および長距離伝送で利点が得られます。EMLは、主に通信アプリケーションにおいて、25Gbpsを超える速度と10キロメートルから40キロメートルの距離に使用されます。
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8x100G光モジュール—光パルスの形でデータを伝送する光インターフェイス。このモデルの各ファイバーは、100 Gbpsのデータを伝送します。
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トランスインピーダンスアンプ(TIA)x8—TIAは、フォトダイオードからの電流を電圧レベルに変換して増幅します。光通信で一般的な非常に低い信号レベルで動作できます。
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光検出器x8—TIAと連携して動作し、光情報を電気的形態に変換します。
8x100Gアーキテクチャは、8つのレーンを採用し、合計800Gbpsのデータ伝送速度を実現します。各レーンは 100 Gbps を処理します。
第2世代800G(200Gx4)トランシーバアーキテクチャ
800Gトランシーバー用の4x200ギガビットアーキテクチャは、それぞれ200Gbpsの4つの光レーンを使用し、ホストプラットフォームに向けて8つの100Gbps電気レーンを維持します。ギアボックスDSPは、8つの100Gbps PAM4電気レーンを4つの200Gbps PAM4光レーンに変換します。800Gトランシーバーアーキテクチャのさまざまなコンポーネントは次のとおりです。
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ホストプラットフォーム—800Gアーキテクチャをサポートするジュニパーデバイス。
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8x100G 電気 - スイッチとトランシーバコンポーネント間の電気的インターフェース。8つの独立した100Gbps電気レーンを介してデータを送信します。
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ギアボックスDSP(8x100G PAM4から4x200G PAM4)—ギアボックスDSPは、8つの100Gbps PAM4電気レーンを、送信経路上の4つの200Gbps PAM4光レーンに集約します。受信パスでは、4つの200Gbps PAM4光レーンを8つの100Gbps PAM4電気レーンに変換します。この機能により、100 Gbpsの電気レーンを使用するホストシステムと、200 Gbpsのレーンを使用する光インターフェイス間の相互運用が可能になります。
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PAM4クロックデータリカバリ(CDR)/デジタルシグナルプロセッサ(DSP)—PAM4 CDR/DSPは、200Gbps PAM4光レーンをサポートします。PAM4は、従来のNRZシグナリングと比較して、送信されるデータ量を効果的に2倍にします。CDR は受信データをリタイミングしてジッターを低減し、DSP はイコライゼーション、信号調整、エラー訂正、その他の信号処理操作などの機能を実行します。
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ドライバーx4—ドライバーは、送信前に電気信号を増幅する電子部品です。4x200Gトランシーバアーキテクチャは、4つのドライバを使用し、各ドライバは1つの200Gbps光レーンに対応します。
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レーザー変調器x4—4つのレーザー変調器は、4つの200Gbps光レーンに対応します。これらの光トランスミッタは、電気 PAM4 信号を光信号に変換して光ファイバーで伝送します。光タイプと伝送距離に応じて、アーキテクチャではDMLやEMLなどの技術を使用できます。
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4x200G光モジュール—光インターフェイスは、4つの光レーンを介して光パルスの形でデータを伝送します。各光レーンは 200 Gbps のデータを伝送し、800 Gbps の総帯域幅を提供します。
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トランスインピーダンスアンプ(TIA)x4—TIAは、光検出器から受信した電流を使用可能な電圧信号に変換して増幅します。光通信システムで典型的な非常に低い信号レベルで動作するように設計されています。
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光検出器x4—光検出器は、受信した光信号を電気信号に変換します。TIA と連携して動作し、光媒体から送信データを回復します。
4x200Gアーキテクチャは、4つの光レーンを採用し、合計800Gbpsのデータ伝送速度を実現します。各光レーンは200 Gbpsを処理し、ギアボックスDSPはホスト側の8x100G電気インターフェイスとネットワーク側の4x200G光インターフェイス間のレーン変換を実行します。
