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» 2020年05月19日 11時30分 公開

光伝送技術を知る(10) 光トランシーバー徹底解説(4):光トランシーバーのForm Factor規格(その2) (1/3)

前回に続き、光トランシーバーのForm Factor規格を紹介する。

[高井厚志,EE Times Japan]

 前回に続き、光トランシーバーの主なForm Factor規格をまとめる。

(4)40G光トランシーバーForm Factor

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 10G光トランシーバーでは、MSA(Multi-Source Agreement)がシステムベンダーとサプライヤー双方に有益であり、市場拡大やビジネス戦略として重要であることが認識された。

 だが、次世代40Gは期待したほど大きな市場規模とはならなかった(筆者も現場にいたので、なぜそうなったかについてはいろいろ意見もあるのだが、また別の機会に執筆したい)。一方で、市場規模こそ、10Gほどではなかったが、40Gによってハイパースケールデータセンターが生まれたことは確かである。

 40Gは巨大なファイバーインフラを有するテレコムで必要とされ、伝送システムやルーターで300-pin MSAトランシーバーが採用された。

 データコム光トランシーバーではVCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)や回路基板は高速化が困難であったため10G×4でリンクを定義したが、これを実現するQSFP+が規格化された。

 一方、2010年初頭にハイパースケールデータセンター実現の構想が練られ、テレコム同様ファイバーはインフラとして20年、つまり光技術の4〜5世代使用される前提でシングルモードファイバー(SMF)化が必須であった。このため、IEEE 802.3のSMF10kmの規格LR4(10Gx4CWDM)を、必要な2kmにしたカスタム仕様、通称LR4 LITEが採用され、QSFP+が水面下で大量に供給された(数年間の秘密保持は筆者には奇跡としか思えないが)

300-PIN MSA Optical Transceiver

 2000年ごろからテレコムやルーター応用分野で10Gの次世代として40Gが開発された。それをサポートしたのが300-pin MSAであった。

 最初はルーター向けに2kmの40G NRZが開発された。当時40G NRZの1310nm EA-DFBは開発初期であったため、サプライヤーが複数あった1550nmが採用された。大規模ルーター内や伝送システム局内光配線で採用され市場に出回った。

 また、LNが搭載可能なサイズであったため、40G DPSK、DQPSKなどの伝送方式によるテレコム応用にも使用された。

【300-pin MSA】

 10G同様、300-pinコネクターを使用したz-Pluggable (PCBに垂直に挿抜)のOn-board Optics。ただし、10Gと40Gはピンコパティブルではない。

  • 16データ電気入出力+クロック (3Rトランシーバー)
  • LN、EMLやDFBなどさまざまな光デバイスに対応し長距離から短距離応用(ITU-T、IEEE802.3仕様)
  • ピッグテール光ファイバー入出力(光コネクター無依存)
  • OIF SFI-5
  • I2Cシリアルインタフェース
  • Specification Documentはこちら
図1 40G 300-pin MSA (Opnext)

【QSFP+ Optical Transceiver】

 10G×4の光モジュールのForm Factorとして採用されたのがQSFP+(Quad SFP+)である。最初に2004年に規格化されたQSFP(4x1G) MSA仕様を、SFF委員会にて40Gに採用したものだ。

 QSFP+は、VCSELを使用した10Gを4本接続するためにBreak out fiber cableとともに使用された。前述したように、2010年に入ってシングルモードファイバー(SMF)を採用したハイパースケールデータセンターでは、カスタム仕様LR4 LITEのQSFP+がキーコンポーネントとして採用され、大量に使用された。

図2 QSFP+光トランシーバー例の外形写真(II-VI)
項目 説明
規格文書 SFF-8436
光インタフェース MPO connector (IEC 61754-7)
Dual LC (IEC 61754-20)
電気インタフェース 38-pinコネクターはMSAで定義
トランシーバーピン配置を図3に示す
機械的仕様 モジュール外形仕様を図4に示す
コネクターを図5に示す
モジュールを挿入するケージを図6に示す
管理インタフェース 2-wire serial interface (EEPROMインタフェース)
製品例 II-VI(元Finisar)のSR4製品例LR4製品例LR4-LITEの製品例
図3 QSFP+光トランシーバーの電気ピンアサイン
図4 QSFP+光トランシーバーの外形図(II-VIカタログより)
図5 QSFP+電気コネクター
図6 QSFP+ケージ

【QSFP+ の拡張(QSFP+10、QSFP+28、QSFP+14)】

 QSFP28は、QSFP+を4×28Gに拡張したモジュールで100GbEの主要なForm Factorだ。さらに、OIFで112Gの電気インタフェースとIEEE 802.3cuの100G per Lambdaが規格化されれば、QSFP112が400GbEのForm Factorとして規格化されるだろう。

 QSFPの規格の体系を図7に示す。

図7 QSFP+の規格体系(クリックで拡大)

 QSFP+は4×1GのQSFP MSA規格を4x10Gに拡張したものであった。QSFP MSAの規格はSFF委員会ではINF-8438で採用されている。

 2014年にSFP+同様規格の体系化が行われた。関連規格は下記の通り。

 外形寸法規格等(SFF-8661)、電気・光インタフェース等(SFF-8679)、管理インタフェース規格(SFF-8636)は共通である。カードエッジのピンの長さ(接触順位)はSFF-8661にある。また、カードエッジのピンアサインや機能、電源仕様、タブのカラーコード、光レセプタクル仕様などはSFF-8679に記述されている。

 少し混乱したのが、ケージと電気コネクターである。4×28Gへの拡張においてより厳しくなるEMIの規格を満たすために新しいStyle Aという規格ができた。それに対し、ケージを共通にし、コネクターを工夫し、従来のケージでもEMI対応したStyle B規格ができた。バックワードコンパティを重要視する場合Style Bが使用される。

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