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800Gトランシーバーを知る

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800Gbpsの伝送速度を備えた800Gトランシーバーは、最新の前世代(400Gトランシーバー)の2倍の容量を提供します。800Gトランシーバは、以下の場合に最適です。

  • 800Gポートを備えた任意のホストプラットフォーム

  • 800ギガビットのデータ伝送を備えたネットワーク

  • 低損失の高速データ伝送が求められる通信ネットワーク

800Gトランシーバーは、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トランシーバーは、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ーは、ファイバーと波長多重方式を組み合わせて光信号を送信します。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レベル変調(PAM4)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 53 Gbaud x 2 ビットです。800G光インターフェイスは現在、波長多重および逆多重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トランシーバーは、複数の伝送速度とブレークアウトモードをサポートし、さまざまなネットワークトランスポート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て、さまざまな導入シナリオに適応させることができます。

  • 1x800G—トランシーバーは単一の800Gポートとして機能し、合計800Gbpsの容量を実現します。

  • 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800Gbpsの容量を実現します。

  • 100G x 8—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 800 Gbps の容量を実現できます。

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使用しています。このドキュメントでは、フォームファクタをOSFPおよびQSFP-DDと呼んでいます。

変調方式

  • 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、必要以上に高い信号対雑音比(SNR)を持ち、4波混合(FWM)の影響を受けやすい。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。PAM10変調を使用して10kmを超える距離で800G光伝送を実現するという課題は、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光トランシーバを使用する通信リンクの送信機と受信機の両方でFECを設定する必要があります。両端でFECを設定すると、FECアルゴリズムは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です。

    図1:PAM4変調 Waveform diagram showing a PAM4 signal for binary sequence 0110100 and an eye diagram illustrating PAM4 signal quality with levels 11, 10, 01, and 00.

  • ノンリターントゥゼロ(NRZ)変調—ノンリターントゥゼロ(NRZ)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ています。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光トランシーバーは、次のテクノロジーを使用します。

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、シグナルインテグリティが向上し、光ファイバーを介した800Gトランシーバーの到達範囲が拡張されます。

クロック・データ・リカバリ

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、光ネットワークでの正確なデータ取得と伝送を保証します。

フォワードエラー訂正

800G光トランシーバーは、高速伝送を処理します。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。前方誤り訂正(FEC)は、トランスミッタが元のデータストリームに冗長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、受信側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。光トランシーバーでは、遅延が大きく、リアルタイム伝送が必要なため、再送信は現実的ではありません。

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。

  • エンコーディング(Txまたはトランスミッター)—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。

  • デコード(Rxまたは受信側)—受信側は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 の誤り訂正機能は、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。

  • リードソロモン(RS)FEC

  • 軟判定 FEC (SD-FEC)

  • LDPC(低密度パリティチェック)コード

  • Bose-Chaudhuri-Hocquenghem (BCH) コード

  • 連結 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、リード ソロモンなどのブロック コードによって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、低遅延のアルゴリズムが必要です。
  • 消費電力と複雑性—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が使用される場合があります。

トランシーバのリスト、仕様、およびトランシーバがサポートす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。

主な特徴

800Gトランシーバの主な特性は次のとおりです。

  • 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が含まれます。OSFPおよびQSFP-DDトランシーバーモジュールは、800Gbpsのデータ伝送のより高い電力および熱要件に対応するように設計されています。OSFP フォームファクタは、QSFP-DD フォームファクタよりも寸法が大きくなっています。これにより、OSFPフォームファクタのトランシーバは、より高い電力損失を処理し、より優れた冷却ソリューションを提供できます。

  • 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。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。

  • 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、より短い距離で使用されるパラレルファイバーがあります。デュプレックスシングルモードファイバーを使用した波長多重は、長距離の光通信に使用されます。

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、適切な光学部品をよりよく理解し、選択するのに役立ちます。例えば：

  • QDD-2x400G-DR4

    • QDD—QSFP-DDの略。トランシーバーのフォームファクターを識別します。

    • 2x400G—トランシーバーがデータ送信用に 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。

    • 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4つのパラレルレーンを使用して400Gbpsを提供することを示しています。

手記：

ジュニパー光ケーブルとトランシーバは、製品番号で区別できます。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(800 Gbps、400 Gbps など)、ケーブル タイプ(AOC または DAC)、距離範囲(5 メートル、10 メートルなど)を指定します。

800G(x8)トランシーバーアーキテクチャ

800Gトランシーバーの8x100ギガビットアーキテクチャは、それぞれ100Gbpsの8つのレーンを使用します。以下は、800Gトランシーバアーキテクチャのさまざまなコンポーネントです。

  • 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製デバイス。

  • 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イス。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。

  • PAM4 CDR(クロック データ リカバリ)/DSP(デジタル シグナル プロセッサ)—PAM4 CDR/DSP は 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、着信データのタイミングをリタイミングする役割を担っています。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。

  • ドライバ x8 - ドライバは、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ています。

  • 変調器 x8—8 つの変調器は 100 Gbps の電気レーン (x8) に対応します。800G光インターフェイスは、以下のタイプの変調器を使用します。

    • 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。

    • 直接変調レーザー(DML)—DMLは、DR8などのシングルモード光に使用されます。DMLは、安定した直接変調のために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。変調速度と伝送距離は、スペクトル線幅に依存します。線幅を狭くすると、より高速でより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でデータを変調し、低消費電力アプリケーションに適したコンパクトな設計を実現しています。

    • EML(電界吸収変調レーザー)—EMLは、レーザーダイオードと電界吸収変調器を1つのチップに集積したものです。レーザーは連続的に動作し、変調器は信号のオンとオフを切り替えます。

    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、色分散が少ないため、より高速で長距離の伝送に利点があります。EML は、主に 25 Gbps 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の通信アプリケーションに使用されます。

  • 100G 光モジュール x 8—光パルスの形式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 のデータ伝送を行います。

  • 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。

  • 光検出器x8—TIAと連携して動作し、光学情報を電気的形式に戻します。

8x100Gアーキテクチャでは、8つのレーンを採用し、合計800Gbpsのデータ伝送速度を達成します。各レーンは100Gbpsを処理します。

図2:800G(X8)トランシーバアーキテクチャ Block diagram of 800G optical transceiver system: data flows from 800G switch through PAM4 CDR/DSP, Driver x8, Laser Modulator x8, Photo Detector x8, and TIA x8, handling 8x100G electrical inputs and outputs 8x100G optical signals.

800Gトランシーバーアーキテクチャの光PMD

光物理媒体依存(PMD)サブレイヤーは、光ファイバーの物理レイヤーのコンポーネントです。データの物理的な送信を担当します。PMDはデータを正しくフォーマットし、光媒体を介して送受信します。以下は、光学PMDモデルの一部です。

パラレルシングルモード光ファイバーとパラレルマルチモード光ファイバー

パラレルシングルモード光ファイバーは、複数のシングルモードファイバーを使用して、別々のデータストリームを同時に送信します。長距離の高速伝送に対応します。パラレルマルチモード光ファイバーでは、同時データストリーム用に複数のマルチモードファイバーを使用します。ファイバーのコアサイズが大きいため、短距離での高速接続に最適です。シングルモード光ファイバー(SMF)およびマルチモード光ファイバー(MMF)光ケーブルの詳細については、 アクティブ光ケーブル(AOC)を参照してください。

  • 800G DR8 および 800G DR8-2 用の 1λ シングルモードファイバー(SMF)ソリューション—単一波長(1λ)、SMF ソリューション用に設計されています。1λ SMFは、光の伝搬に単一の波長を使用することを示します。つまり、光ファイバー内の 1 つのモードまたは 1 つのパスのみが光の伝搬を許可します。これらの光インターフェイスは、単一波長で 8 本のパラレル ファイバー ペアを使用します。1λ SMFは、損失を最小限に抑えることでデータ伝送にメリットをもたらします。また、マルチモード光ファイバーよりも少ない信号損失で、より長い距離での伝送を可能にします。800G DR8 または DR8-2 トランシーバーは、チューナブル DWDM 光ファイバーで好まれる 8 チャネルのダイレクトリーチ モジュールを利用します。図 3 を参照してください。ジュニパーの800G DR8および800G DR8-2用の1λSMFソリューションには、OSFP-2X400G-DR4、QDD-2X400G-DR4-P、QDD-8X100G-FR1、QDD-8X100G-LR1が含まれます。

    手記：ジュニパーの命名規則では、DR8-2は8x100G-FR1を指します。

  • 800G VR8 および 800G SR8 用の 1λ マルチモード ファイバー (MMF) ソリューション — MPO-16 および 2 xMPO-12 コネクタを備えたマルチモードのパラレル ファイバー ソリューションで 1 波長 (1λ) で動作するように設計されています。1λは、単一の波長の使用を指します。つまり、このアーキテクチャは、光の伝搬に対して1つの波長のみを処理できます。単一波長の使用により、最小限の損失でデータ伝送が可能になります。SR8トランシーバーは、短距離で高いデータレートを提供するショートリーチ(SR)モードで8つのチャネルを採用しています。VR8トランシーバーは、SR8と比較してさらに短い距離で高いデータレートを提供する超短距離(VR)モードで8つのチャネルを採用しています。ジュニパーの800G VR8用1λMMFソリューションには、OSFP-2X400G-VR4-Pが含まれます。

    手記：ジュニパーは現在、800G SR8光インターフェイスをサポートしていません。
    図3:1λSMFソリューション:800G DR8、SR8、およびDR8-2 Block diagram of Switch ASIC with 800GAUI-8 interface showing data flow from OSFP connector pins RX1-RX8 and TX1-TX8 through 8x100G or dual 4x100G PAM4 CDR to optical modules, used in high-speed data systems. 1λ SMF Solution: 800G DR8, SR8, and DR8-2
    手記：

    ジュニパーの800G光インターフェイスは、OSFPとQSFP-DDの両方の筐体を使用しています。

デュプレックスシングルモード光ファイバー

  • 2xFR4 用 4λ SMF ソリューション—SMF ソリューションでのクワッド波長(4λ)動作用に設計されています。4λは、光の伝搬のための4つの特徴的な経路を知らせる4つの差別化された波長の使用を表しています。ファイバーペアあたりより多くのデータを転送でき、2x400Gにブレイクアウトでき、各400Gは伝送に二重SMFファイバーを使用します。4レベルのパルス振幅変調(PAM4)技術を使用しています。

    図4:4λ SMFソリューション:2xFR4 4λ SMF Solution: 2xFR4

  • FR4 用 4λ SMF ソリューション - デュプレックス ファイバー コネクターを採用する SMF ソリューションにおけるクアッド波長(4λ)動作用に設計されています。4λは、4つの異なる波長の使用を表しています。それにより、光伝搬のための4つの異なる波長を示します。波長が多様であるため、管理可能な損失で大量のデータ伝送を処理できます。4レベルのパルス振幅変調(PAM4)技術を使用しています。各波長は、200G光入力および出力4x200G光入力および出力を備えた200G PAM4変調を使用します。FR4-500は、500メートル以下の中距離伝送に適しています。PAM4設計により、アーキテクチャは8チャネル伝送を4チャネル伝送に効果的に変換できます。

    注:FR4用の4λSMFソリューションは、現在ジュニパーからはご利用いただけません。
    図5:4λ SMF溶液:FR4 Block diagram of optical transceiver module architecture showing data flow from an 800GAUI-8 interface through a gearbox ASIC to optical receivers and transmitters. Includes 1:4 DEMUX, 4:1 MUX, and duplex fiber connector for 800G data rates using PAM4 modulation and wavelength division multiplexing.

  • LR4 用 4λ SMF ソリューション - デュプレックス ファイバー コネクターを使用するシングルモード光ファイバー(SMF)システムにおけるクワッド波長(4λ)動作用に設計されています。4λ構成では、光の伝搬に4つの異なる波長が含まれているため、管理可能な損失で大量のデータ伝送を処理できます。4レベルのパルス振幅変調(PAM4)技術を採用しており、シンボルあたり2ビットをエンコードすることで、より多くのデータを伝送することができます。LR4は、最大10キロメートルの長距離伝送に適しています。PAM4設計は、4つのチャネル間のデータ伝送を効果的に統合するアーキテクチャを容易にします。

ジュニパーのデュプレックスシングルモード光ファイバーには、 QDD-2X400G-FR4、 QDD-2X400G-FR4-P、 QDD-2X400G-LR4-10、 QDD-2X400G-LR4-Pが含まれます。