100G は主流への移行に向けて全力を尽くしています。現在、データセンター アプリケーション向けの 100G QSFP28 光トランシーバには、  QSFP28 SR4、  QSFP28 LR4 、  QSFP28 PSM4 、および QSFP28 CWDM4の 4 つの最も一般的なタイプがあります。10 0 G アプリケーション モードを適切に選択するのに役立つように、後者の 3 つの比較についてこの文章で説明します。

1.  100G QSFP28 CWDM4 光 トランシーバー の 概要 

データ伝送速度に対する要件はますます高くなっており、100G QSFP28 光トランシーバ市場は急速に拡大しています。IEEE 組織は、100G ネットワーク用に 2 つの光トランシーバ規格、100G QSFP28 SR4 と 100G QSFP28 LR4 を開発しました。しかし、実際には、ファイバ リンクの長さがさまざまであるため、これら 2 つの標準では最もコスト効率の高い方法でデータ センターを展開できません。したがって、CWDM4 MSA 組織は、伝送距離 2 km の 100G QSFP28 CWDM4 標準を開発しました。

100G QSFP28 CWDM4 は、2014 年に CWDM4 MSA 組織によって発行された規格です。これは、シングルモード粗い波長分割多重 (CWDM) テクノロジーに基づく 100G 伝送モードです。この規格に準拠した100G QSFP28 CWDM4光トランシーバは、デュプレックスLCインターフェイスを採用しています。1271nm、1291nm、1311nm、および 1331nm の 4 つの中心波長が光信号の伝送に使用され (下表を参照)、各帯域は25G を伝送します。

CWDM テクノロジーにより、100G QSFP28 CWDM4 光トランシーバは、上記の 4 つの中心波長をシングルモード ファイバに多重して送信できます。なお、光ファイバ伝送システムの安定性を確保するため、光ファイバリンクには前方誤り訂正（FEC）機能を備えた100G QSFP28 CWDM4光トランシーバを使用する必要があります。

100G QSFP28 CWDM4 の アプリケーション:

100G QSFP28 CWDM4 は、データセンターの 100G CWDM4 イーサネット、InfiniBand EDR 高性能コンピューティングおよびストレージ ネットワークに適用できます。

100G QSFP28 CWDM4 フォームファクター: 

光トランシーバ 100G CWDM4 は、100G 伝送をサポートするために使用できる光トランシーバである QSFP28 フォーム ファクタを使用します。超大規模データセンターにおける伝送速度の向上という現在の需要に理想的なソリューションを提供します。QSFP28 のフォーム ファクタ サイズは CFP4 光トランシーバよりも小さいため、QSFP28 光トランシーバのスイッチ上のポート密度が高くなります。

100G QSFP28 CWDM4のデジタル診断モニタリング (DDM) 機能 ：  

100G QSFP28 CWDM4 光トランシーバには DDM 機能が内蔵されており、送信光パワー、受信光パワー、温度、電源電圧、レーザー バイアス電流、警告情報などの光トランシーバの重要な性能パラメータを効果的に監視できます。 。

100G QSFP28 CWDM4の コスト：  

100G QSFP28 CWDM4 光トランシーバは、40G を経由せずに 25G から 100G に直接アップグレードできるため、配線システムのコストが大幅に削減されます。

100G QSFP28 CWDM4の特徴 : 

3Coptics の 100G QSFP28 CWDM4 光トランシーバー (QSFP28-100G-IR4) を例に挙げます。

1Gb/s、各レーンのビットレート 25.78Gb/s

FEC を備えたシングルモード ファイバー (SMF) で最大 2km 伝送

LAN WDM DFB レーザーと PIN レシーバー

デジタル診断モニタリングを統合した I2C インターフェイス

デュプレックス LC コネクタ付き QSFP28 MSA パッケージ

+3.3V単一電源

4 CWDM レーン MUX/DEMUX 設計

100G CWDM4 MSA 技術仕様 Rev1.1

最大消費電力 3.5W

動作ケース温度: 0 ～ +70°C

EU 指令 2011/65/EU (RoHS 6/6) に準拠

応用：

データセンター相互接続

100Gイーサネット

Infiniband QDR および DDR 相互接続

エンタープライズ ネットワーキング

他の 100G 光トランシーバーと比較した 100G CWDM4 QSFP28 の利点は何ですか ?

データセンター アプリケーションにおける 100G QSFP28 CWDM4 光トランシーバは、中距離および長距離伝送において 100G QSFP28 PSM4 光トランシーバよりも価格面での利点があります。100G QSFP28 LR4 光トランシーバと比較して、応用分野が広いため、需要も大きくなります。100G QSFP28 LR4 光トランシーバーと比較して、価格の優位性は際立っています。

データトラフィックの継続的な増加に伴い、大規模かつフラットなデータセンターの傾向により、伝送速度要件のアップグレードと数量要件の増加という 2 つの側面で光トランシーバの開発が促進されています。データセンターで使用される多数の光トランシーバでは、間違いなく低コストと伝送距離が考慮の焦点となります。したがって、CWDM4 は 100G クラウド コンピューティング データセンターの主流になりました。

2. 100G QSFP28 LR4 光トランシーバーの概要

昔、光トランシーバー業界チェーンは非常に混乱していました。各メーカーは、さまざまなインターフェイスとさまざまなサイズを備えた独自のパッケージ構造を持っていました。この問題を解決するために、マルチソース契約 (MSA) が誕生しました。すべてのメーカーは、光トランシーバーのパッケージ構造と関連インターフェイスを統一するために MSA によって提案された規格に従っています。これは、携帯電話の充電ポートの標準化と同様です。100G の場合、MSA によって定義された規格には、100G PSM4 MSA、100G CWDM4 MSA、および 100G Lambda MSA が含まれます。

IEEE で提案された 100GBASE シリーズ規格に加えて、MSA はなぜ PSM4 および CWDM4 規格も提案したのですか? 100GBASE-SR4 および 100GBASE-LR4 は、IEEE によって定義された最も一般的に使用される 100G インターフェイス仕様です。ただし、大規模なデータセンターの相互接続シナリオの場合、100GBASE-SR4 でサポートされる距離はすべての相互接続要件を満たすには短すぎ、100GBASE-LR4 のコストは高すぎます。したがって、MSA は中距離相互接続ソリューションを市場に提供し、PSM4 と CWDM4 はこの革命の製品です。もちろん、100GBASE-LR4 の機能は CWDM4 の機能を完全にカバーしますが、2 km 伝送のシナリオでは、CWDM4 ソリューションの方がコストが低く、競争力が高くなります。

100G QSFP28 LR4 と 100G QSFP28 CWDM4 は原理的に似ています。どちらも光デバイス MUX および DEMUX を使用して、4 つの並列 25G チャネルを 100G ファイバー リンクに波長分割多重化します。ただし、この 2 つにはいくつかの違いがあります。

100G QSFP28 LR4 の名前において、LR は長距離、つまり 10Km を意味します。4 は 4 つのチャネル、つまり 4*25G を意味し、これらを組み合わせて 10Km を伝送できる 100G 光トランシーバーを形成します。

2.1 100G QSFP28 LR4 で使用される光 MUX/DEMUX デバイスは高価です

CWDM4 は、レーザーの波長温度ドリフト特性が約 0.08nm/°C であり、0 ～ 70°C の動作範囲での波長変化が約 5.6nm であり、チャネル自体もある程度の間隔を残す必要があるため、20nm CWDM 間隔を定義します。アイソレーションバンド。

チャンネル1：1264.5～1277.5nm

チャンネル2：1284.5～1297.5nm

チャンネル3：1304.5～1317.5nm

チャンネル4：1324.5～1337.5nm

また、100G QSFP28 LR4 は 4.5nm LAN-WDM 間隔を定義します。

チャンネル1：1294.53～1296.59nm

チャンネル2：1299.02～1301.09nm

チャンネル3：1303.54～1305.63nm

チャンネル4：1308.09～1310.19nm

チャネル間隔が大きいほど、光 MUX/DEMUX デバイスの要件が低くなり、コストを節約できます。

2.2 100G QSFP28 LR4 で使用されるレーザーはより高価で、より多くの電力を消費します

100G QSFP28 CWDM4 は DML (直接変調レーザー) を使用し、100G QSFP28 LR4 は EML (電界吸収変調レーザー) を使用します。DML は単一のレーザーであり、EML は 2 つのデバイス (DML と EAM 変調器) で構成されます。DML の原理は、レーザーの注入電流を変調することで信号変調を実現することです。注入電流の大きさによりレーザーの活性領域の屈折率が変化し、波長シフト（チャープ）や分散が生じるため、高速信号変調や長距離伝送の実現が非常に困難になります。DMLでは10KMでは足りないのでEMLまでしか行けません。

注: チャープとは、時間の経過とともに周波数が変化 (増加または減少) する信号を指し、鳥の鳴き声に似ています。

2.3 100G QSFP28 LR4 には 追加の TEC (熱電クーラー)が必要です

100G QSFP28 LR4 の隣接チャネル間の間隔はわずか 4.5nm であるため、温度制御のためにレーザーを TEC 上に配置する必要があります。TEC ドライバー チップを回路上に配置する必要があり、レーザーも TEC 材料に統合する必要があるため、LR4 のコストが CWDM4 よりも高くなります。

上記の 3 つの点に基づくと、100G QSFP28 LR4 規格の光トランシーバはコストが高いため、MSA が提案する 100G CWDM4 規格は、2km 以内の 100GBASE-LR4 のコストの高さによって生じるギャップを十分に補完します。

3.  100G QSFP28 CWDM4  VS  LR4

●特長 

 100G QSFP28 CWDM4 は、データセンターから 2km 以内の100Gデータ リンクの展開用に特別に策定された規格に準拠しています 。QSFP28 CWDM4 光モジュールのインターフェイスは、デュプレックス シングルモード 2km 100G 光インターフェイス仕様に準拠しており、伝送距離は 2km に達します。データセンターで最も広く使用されている 100G QSFP28 シリーズ光モジュールです。

比較すると、  100G QSFP28 LR4 は QSFP28 CWDM のすべての機能を備えており、2km 伝送のアプリケーションにおいてよりコスト効率が高く、競争力があります。

●動作原理

100G QSFP LR4 と CWDM4 は、その動作方法において基本的に似ています。どちらも、光デバイス MUX および DEMUX を介して 4 つの並列 25G チャネルを 100G ファイバー リンクに多重化します。 QSFP  LR4 は 、4 つの中心波長、つまり1295.56nm、  1300.05nm、  1304.58nm、および 1309.14nmで 100G イーサネット信号 を送信します。 2 つの インターフェイス モデルを次のように示します 。 

◮ QSFP28 LR4 の回路図

◮ CWDM4 の概略 図

コストの違い

どちらも IDC の主流の 100G QSFP28 光アプリケーションですが、2 つのモジュール間のコストは異なり、これは次の側面に反映されています。

◇  QSFP  CWDM4 によって 導入された 光MUX/DEMUX デバイスは、   100G QSFP28 LR4 よりも安価 です 。

◇ LR4 モジュールのレーザーは高価であり、より多くの電力を消費します。

◇LR4には追加のTEC（半導体熱電クーラー）が必要です

上記の比較に基づくと 、  QSFP28 LR4 規格 に準拠した光モジュールはコストが高くなりますが、  MSA が提案した 100G QSFP28 CWDM4 規格は、2km 伝送内で QSFP28 LR4 の高コストによって生じるギャップを十分に  補っ  て います。

4. 100G  QSFP28 PSM4  VS  QSFP28 CWDM4

100G PSM4 および CWDM4 の機能

QSFP28 CWDM4 トランシーバーに加えて、  100G QSFP28  PSM4 も 中間伝送距離の代替ソリューションの 1 つです。しかし、 CWDM4と比較した PSM4 の長所と短所は何でしょうか ?

QSFP28 PSM4 光トランシーバは、並列 SMF を介した 4 チャネル 100G 相互接続ソリューションで、主に 500m リンク アプリケーションに使用されます。8コアSMFは100Gbps光インターコネクト用の4つの独立したチャネル(送信用4つ、受信用4つ)を構築し、各チャネルの伝送速度は25Gbpsです。

各信号方向は、同じ波長 1310nm の 4 つの独立したチャネルを使用します。したがって、2 つのトランシーバーは通常、8 芯 MTP/MPO シングルモード光ファイバー ケーブルを介して通信します。 PSM4の最大伝送距離は500mです。

● 100G PSM4の動作原理

100G QSFP28 PSM4 の機能理論については、信号がどのように送信されるかを知るために次の図を参照してください。

◮ QSFP28  PSM4 の 回路図 

コストとテクノロジーの違い

簡単に言うと、100G QSFP28 CWDM4 光モジュールは波長分割マルチプレクサを内蔵して設計されているため、QSFP28 PSM4 光モジュールよりも高価になります。ただし、CWDM4 トランシーバーでは双方向伝送に必要なシングルモード ファイバーは 2 本のみであり、PSM4 の 8 本のシングルモード ファイバーよりもはるかに少ないです。また 、QSFP28 CWDM4 は、それぞれ1271nm、  1291nm、1311nm、1331nmの 4 つの波長 で 100G イーサネット信号を送信します 。

リンク距離が増加するにつれて、PSM4 ソリューションの総コストは急速に増加します。したがって、PSM4 と CWDM4 のどちらの相互接続ソリューションを選択するかは、アプリケーションでの実際のニーズに応じて決定する必要があります。次の表は、2 つのモジュール間の技術的な違いの一部を示しています。

◮ CWDM4 VS PSM4

結論

25G/100G データセンターで相互接続される光トランシーバーを選択する方法については、次の規格を参照することをお勧めします。

∙100 メートルを超えない 100G 短距離相互接続シナリオ (TOR-LEAF) の場合は、100GBASE-SR4 QSFP28 光トランシーバーを使用します。

∙100 メートルから 500 メートルまでの 100G ミッドレンジ相互接続シナリオ (LEAF-SPINE) の場合は、100G PSM4 QSFP28 光トランシーバーを使用します。

∙500 メートルから 2km までの 100G 中長距離相互接続シナリオ (LEAF-SPINE、SPINE-CORE) の場合は、100G CWDM4 QSFP28 光トランシーバーを使用します。

・2kmを超える長距離相互接続シナリオ(CORE-MAN)の場合は、100GBASE-LR4 QSFP28光トランシーバを使用してください。

光トランシーバのサプライヤーにとって、高速、低消費電力、低コストは、将来のデータセンターの光トランシーバ要件の主な基準です。伝送距離、変調モード、動作温度、フォームファクタに関してはさまざまなソリューションがあり、アプリケーションシナリオやコストなどの要因に基づいて選択する必要があります。