＜連載＞光トランシーバーと光伝送技術を徹底解剖第2回　光トランシーバーの変遷と100G規格

2021.11.16

ページタイトルとURLがコピーされました

光伝送ネットワークを構成する各種コンポーネントのうち、最も進化が著しい領域の1つが光トランシーバーモジュールだ。その進化の過程で多種多様な規格が生み出されてきた。光トランシーバーへの理解を深め、安全かつ確実に取り扱うための知識を学ぶ本連載。第2回は、20年以上にわたる光トランシーバー規格の変遷を振り返るとともに、現在主流となり、多数の規格が乱立している100G光トランシーバーについて整理する。（編集部）

乱立する100G光伝送規格みなさんは100G光トランシーバーの光伝送規格が何種類あるかご存じでしょうか。光伝送規格を伝送距離と光ファイバーケーブルの種類で分類してみたのが図表2です。

		多芯光ファイバー（MPOコネクタ）	2芯光ファイバー（LCコネクタ）
MMF （Multi Mode Fiber）	100m	100GBASE-SR10（IEEE802.3ba） – CFP/CFP2 100GBASE-SR4（IEEE802.3bm） – CFP4/QSFP28 100GBASE-SR2（IEEE802.3cd） – SFP-DD	100G SWDM4（SWDM Alliance） – QSFP28 100G SRBD（Cisco, ARISTA） – QSFP28
MMF （Multi Mode Fiber）	300m	100G eSR4（各社独自） – QSFP28
SMF	500m	100G PSM4（100G PSM4 MSA） QSFP28	100G CWDM4-OCP（Facebook） – QSFP28 100GBASE-DR（IEEE802.3cd） – SFP-DD
	2km	http://www.ieee802.org/3/ http://www.swdm.org/ http://4wdm-msa.org/ http://www.cwdm4-msa.org/ http://100glambda.com/ https://www.opencompute.org/	100G CWDM4（CWDM4 MSA） – QSFP28 100G FR（100G Lambda MSA） – SFP-DD
	10km		100GBASE-LR4（IEEE802.3bm） – CFP4/QSFP28 100G eCWDM4 / 4WDM-10（4WDM MSA） – QSFP28 100G LR（100G Lambda MSA） – SFP-DD
	20km		100G eLR4 / 4WDM-20（4WDM MSA） – QSFP28
	40km		100GBASE-ER4（IEEE802.3bm） – CFP2 100G ER4f / 4WDM-40（4WDM MSA） – QSFP28
	80km		100G ZR4（各社独自） ? QSFP28 100G COLORZ（Inphi） – QSFP28
	120km		100G DCO（各社独自） – CFP2/QSFP28

現在、これだけの数の光伝送規格が乱立しています。100Gの光伝送規格には、米国電気電子学会のIEEE802.3 Ethernetワーキンググループで標準化された規格、メーカーを気にせずユーザーが自由に光トランシーバーを選ぶことができるようにMulti Source Agreement（MSA）やその他のアライアンスで策定された規格、そしてメーカー各社の独自規格があります。

図表2の左半分は12芯などの多芯光ファイバー（以下、リボンファイバー）を使用して伝送する光伝送規格、右半分は2芯光ファイバーを使用する伝送規格です。2芯光ファイバーはリボンファイバーと比べて低コストですが、光トランシーバーのコストは短距離向けのリボンファイバーを使用するタイプのほうが低コストです。一般的に、500mを超える距離については、トータルコストの観点で2芯光ファイバーが適しています。

伝送距離で整理してみよう次に伝送距離を見てみましょう。

100m、300m、500m、2km、10km、20km、40km、80km、120kmに対して、それぞれ光伝送規格があります。

100GbEで最初に実現したのは、24芯のリボンファイバーを使用して100mを伝送する「100GBASE-SR10」という規格です。IEEE802.3で標準化された規格、または標準化に向けて議論中の規格は「100GBASE」と呼び、図表2では緑字で表示しています。SR10の10は、光信号が10レーンであることを示します。

当時はCFPという大きな形状（フォームファクター）の光トランシーバーが必要でした。現在はCFP2という形状で実現しています。10G×10レーンから25G×4レーンへのテクノロジーの進化にともないレーザー、受光器がそれぞれ10個から4個になり、劇的に小型化されました。SR10の後、光信号が4レーンで同じ100mを伝送する「100GBASE-SR4」が標準化されました。

SR4のSは短距離（Short）を意味します。現在、100m以内の短距離接続にはこのQSFP28 100G SR4（図表3）が多く使用されています。

図表3　100GBASE-SR4

100GBASE-SR4と合わせて、長距離接続用として、光信号が4レーンで10km伝送する「100GBASE-LR4」、40km伝送する「100GBASE-ER4」が標準化されました。

LR4のLは長距離（Long）、ER4のEは長距離拡張版（Extended）を意味しており、2芯の光ファイバーで伝送します。10kmのリボンファイバーを使うことは現実的ではないため、WDM（Wavelength Division Multiplexing：波長分割多重）という技術を使って、4レーンの光信号を多重して1本の光ファイバーで送ります（図表4）。各レーンの波長をずらし、光合波器（MUX）で1本の光ファイバーに4つの異なる信号を多重します。

図表4　100GBASE-LR4/100GBASE-ER4