400G の台頭によりデータセンターの状況が変化

Apr 29, 2023

データセンター事業者とデータセンターのサプライチェーンは 400G に向けた歩みを続ける

イーサネット速度の高速化、クラウド コンピューティング、IoT、仮想データセンターにより、データセンター オペレーターのハードルは高まりました。 ハイパースケール データセンターの運営者は、100G リンクとモジュール テクノロジーの幅広い採用を推進しています。 同時に、400G フォーム ファクターと光モジュールは、2019 年に順次開始される予定の本格的な発売の直前にあります。データセンター業界内のこの変化は、実績のある QSFP28 (Quad Small Form Factor Pluggable 28G) の密度が驚くほど 2 倍になることを示します。 ) モジュールを使用すると、4 つの 100G モジュールよりも 400G モジュールの全体的な消費電力が低くなり、帯域幅が最大 4 倍になります。

Broadcom、Innovium、Nephos、Barefoot Networks などの企業によるネットワーク スイッチ向けのますます強力な 56G PAM-4 ASIC (特定用途向け集積回路) チップの開発に伴い、次世代の光インターコネクトおよびモジュールに対する需要が増加し続けています。

これらの新しい ASIC は 12.8 Tbps の帯域幅を提供し、400 Gbps のポートを 32 個提供できる次世代スイッチを実現します。 あるいは、データ センター アーキテクチャでより高い基数が必要な場合は、これらの ASIC をリバース ギアボックス モードで実行して、100 Gbps の 128 ポートを提供できます。 Cisco や Arista などの従来の OEM と、Accton、QCT、Celestica などのホワイト ボックス メーカーの両方が、これらの高速スイッチの生産に競い合っており、すでに多くのスイッチが市場にリリースされています。 400G スイッチが容易に入手できるようになるにつれて、光インターコネクトと銅線インターコネクトも認定され、実際の導入をサポートできるようにすることが重要になります。

新たなニーズを生み出している要因は何でしょうか? IDC によると、データセンターのストレージ要件は毎年 50% 以上増加しており、デジタル情報は 2020 年までに 40 ゼタバイト、2025 年までに 163 ゼタバイトに増加すると予測されています。この成長には、クラウドへの移行の波など、いくつかの主な要因があります。ストレージ、オープン システム、エッジ コンピューティング、機械学習、ディープ ラーニング、人工知能。

仮想現実は、広い範囲で注目を集め始めたばかりです。 そして、近い将来、自動運転車が主流になるという現実により、データセンターのインフラストラクチャに急激な負担がかかることになります。

帯域幅の需要に対応するために、平均して約 2 年ごとにネットワーク アーキテクチャ全体をアップグレードするハイパースケール データセンターでは、計画的な陳腐化が常に現実となっています。

データセンターのサプライ チェーンは、これまで以上に強力でエネルギー効率が高く、スケーラブルなソリューションを作成するために強化されています。 現在、100G テクノロジーはイーサネット リンクに最速の接続を提供します。 100G イーサネット テクノロジーと 400G イーサネット テクノロジーの実装は今後数年間で増加し続け、最終的には後者が主導権を握り、スイッチ チップとネットワーク プラットフォームの速度が普及することになります。

先を見据えたとき、私たちは何を見るのでしょうか？ より高い帯域幅と電力に対するハイパースケール要件の拡大に対処するために設計された、印象的な一連のデータセンター インフラストラクチャ ソリューション。 銅と光を活用した次世代ソリューションは、高い信号整合性、より低い遅延、より低い挿入損失を実現し、最大の効率、速度、密度を実現します。

400Gを実現できる銅線ケーブル（DAC）はすでに存在しており、400Gスイッチ接続を可能にする光トランシーバーは本格的な発売に備えて急速に認定されています。 現在ベータ サンプル段階にあり、100G シングル ラムダおよび 400G トランシーバーが間もなく市場に投入される予定です。 400G の増加は、サプライ チェーンのコストが下がり、価格の下落が始まる前であっても、より高い帯域幅を必要とする早期導入者がこれらの製品を導入するため、2019 年中頃から後半に始まります。

多くのデータセンターは、より長距離のリンクのために 100G CWDM4 トランシーバーを導入し続けるでしょうが、100G PSM4 の需要は急速に失われ、サプライヤーは市場から撤退しています。 100G シングル ラムダ (100G-DR または 100G-FR) トランシーバー製品が 2019 年初頭に発売されると、シングル ラムダ製品は直接相互運用できることに加え、価格の低下が期待されるため、100G CWDM4 市場を共食いすると予測されています。ブレークアウト トポロジで 400G トランシーバーを使用します。

帯域幅がより高帯域に移行するにつれて、業界では 10G および 40G テクノロジーが着実に段階的に廃止され、100G、200G、400G、およびそれ以降をサポートする光トランシーバー、ダイレクト アタッチ ケーブル (DAC)、およびアクティブ光ケーブル (AOC) に置き換えられることになります。データセンター間およびデータセンター内の幅広い通信。 QSFP-DD (Quad Small Form-Factor Pluggable Double Density) トランシーバーは、その上昇スパイラルにおいて重要な役割を果たすことになります。

QSFP-DD トランシーバーは 8 レーンの電気インターフェイスを備えており、各レーンは最大 50G データ レートを実現できます。 最大 20W の電力 (QSFP-DD MSA Rev 5.0 による) を可能にする QSFP-DD モジュールは、革新的なヒートシンク機能の助けを借りて、到達範囲の範囲で 400G のパフォーマンスを提供できます。 高度な ASIC はより多くの電力を消費し、より多くの熱を放散するため、これは重要です。QSFP-DD フォーム ファクターは効果的な熱管理戦略により効率的に熱を放散できます。

広くて深い OSFP (Octal Small Form Factor Pluggable) フォームファクタは 400G もサポートします。 OSFP に対する QSFP-DD トランシーバーの主な利点の 1 つは、既存の QSFP+ および QSFP28 トランシーバーと完全な下位互換性があることです。 56G PAM-4 テクノロジーは、QSFP-DD および OSFP フォーム ファクター トランシーバーを実現するための鍵として広く認識されています。 クラウド アプリケーションで 400G イーサネットをサポートするために、QSFP-DD および OSFP 光モジュール フォーム ファクタを統合したプラットフォームが導入されています。 これらの新しいプラットフォームは 100G ポートとの下位互換性を提供し、データセンターまたは企業全体で段階的に実装できるようにします。

フォーム ファクターに関係なく、400G トランシーバーでは、8 つの 50G 電気レーンから 4 つの 100G 光チャネルを作成するために DSP 「ギアボックス」を使用する必要があります。 これはサプライチェーンの重要なコンポーネントとなり、トランシーバーサプライヤーが製品を提供し、データセンターの消費者の高い需要に対応する量を増やす能力において重要な役割を果たす可能性があります。 2019 年には消費電力の少ない 7nm DSP が入手可能になり、トランシーバーのサプライヤーが製品の差別化を図る中、このサプライチェーンはさらに混乱するでしょう。

モレックスは、100G Lambda MSAに準拠した100G FR QSFP28および400G DR4 QSFP-DD製品を実証しました。 次世代ネットワーキング機器のテクノロジー エコシステムは、大容量データ センター向けの 400G ソリューションをサポートする基盤として 112G PAM-4 を推進します。 MSA 仕様は、波長あたり 100G の PAM-4 テクノロジーとマルチベンダーの相互運用性を利用した光インターフェイスを実現するという技術的設計の課題に取り組んでいます。 PAM-4 テクノロジーにより、2 キロメートルと 10 キロメートルの到達距離で 100G 光通信が可能になり、二重シングルモード ファイバで 2 キロメートルの到達距離で 400G 光通信が可能になります。 PAM-4 プラットフォームは、費用対効果の高い 400G への完全な移行のための初期基盤を効果的に構築できます。 波長レーンごとに 4 つの 100G を集約するテクノロジー プラットフォームは、ブレイクアウト アプリケーション向けに 400G DR4、400G FR4、4x100G などの 400G バージョンをサポートできます。

現代の通信ネットワークでは、世界規模でのデータ爆発に対応するために、より大きな帯域幅が必要です。 その結果、データセンターのスイッチおよびトランシーバー市場は急速に成長し、進化しています。 高速光トランシーバ、柔軟でスケーラブルな光トランスポート製品、コンパクトなコネクタ、およびファイバ管理はすべて、大容量通信プロバイダー、企業、ハイパースケール データセンターにサービスを提供する 400G ネットワーク機器を構築するために不可欠な機能です。

400G 以降のデータセンターのファイバー管理は評価が重要であり、Molex のファイバー集約ボックスなどの製品は、高ファイバー システムと組織化されたファイバー管理のための効率的なソリューションを提供します。 これらの製品は、デッド チャネルを削減または排除し、コンパクトで電力や冷却を必要としないパッシブ スイッチング ロケーションを提供します。 また、現在の LC デュプレックス パッチングと次世代 MPO 高密度コネクタ ソリューションの間の接続ギャップを埋めることもできます。 この例としては、データセンターに 100G の CWDM4 トランシーバーを使用する既存の LC 二重ファイバー プラントがあり、現在は 400G の DR4 に移行しており、並列ファイバー インフラストラクチャが必要な場合があります。

データセンター スイッチ ASIC サプライヤーは、すでに 56G PAM-4 12.8Tbps ASIC の一般提供を発表しており、現在、各ポートが 800 Gbps の能力を持つ 32 ポート スイッチを駆動できる 112G PAM-4 25.6Tbps ASIC の開発に取り組んでいます。 この ASIC 機能は、シグナル インテグリティ、熱、電力、損失などのトピックに関連する多くの課題を引き起こすことになりますが、その一方で、インターコネクトはモジュール式であり続けることができるのか、そうすべきなのか、モジュール式であるとしたらどのフォーム ファクターでモジュール化できるのかという疑問も生じます。現実的にこれを支持します。

データセンター事業者が迅速かつコスト効率の高い拡張計画を立てる際、今日のデータセンターに求められる機能、専門知識、拡張性を備えたサプライヤーと緊密に連携することで、100G および 400G インフラストラクチャの設計を最適化できます。 導入には、全体的なリスクを軽減し、将来の動的な要件に対処する最適なデータセンター構造を実現するために、数百または数千のコンポーネント間のデータ送信を調整するためのオーケストレーションが必要です。