Ethernetというか10GBASE-Tに関しては、2017年から【10GBASE-T、ついに普及？】と題し、全11回と番外編2回をお届けした。だが、ツイストペアによる銅配線のEthernetは10GBASE-Tまでで、25/640GBASE-Tはまだまだ実用化には至っていない。
【アクセス回線10Gbpsへの道】とも一部は被るかもしれないが、ここでは光ファイバーを利用する“光Ethernet”を紹介していこう。
「光Ethernetの歴史と発展」記事一覧
「800GBASE-R」や「1600GBASE-R」では、BERが5.0E-14～1.0E-14のエラーレートが妥当
主に光ファイバー周りのコンポーネントの話を紹介したBnに引き続き、IEEE 802.3 Beyond 400 Gb/s Ethernet Study Group」の2021年3月のミーティングには、ほかにもさまざまな検討事項が含まれている。
まずは、Huaweiの発表した「BER Target」の話。例えば、こちらの記事で解説した「IEEE 802.3bs」の各規格では、BER（Bit Error Rate）は当初、1.0E-15が最小、可能なら1.0E-17に収めたいという猛烈なプロポーザルが出たようだが、最終的には1.0E-13に落ち着いたとの話が引用された上で、過去の推移からすると、「800GBASE-R」や「1600GBASE-R」に関しては、5.0E-14～1.0E-14あたりを狙うのが妥当ではないか？ との見解が示された。
もちろんBERはあくまでエラーレートだから、通信路を確保するという観点では、低ければ低いほどいい。
ただし実際には、BERを確保するために、より強力なFECを使ったり、より効果の高いDFEを搭載したりという話になる。DFEの効果を高めるということは、（タップ数を増やすなど）より複雑なDFEが必要になるため、回路規模や消費電力の増大につながってしまう。
また、FECを強化すれば、それだけ冗長ビットが増え、実効転送レートの低下につながる。実効転送レートをターゲットであるレーンあたり200Gbに合わせるには、実際のデータレートを引き上げる必要がある。これは、再びの消費電力増大や、そのデータレートに対応する発光／受光素子の選定が難しくなるなど、阻害要因が増えていくだけだ。
そのあたりを考え、BERとそのほかの要因について、どこかでバランスを取るのかを決めなければならない。ただ、このBERを考える場合、どこの数値で見積もるのか、という議論がある。
エラーには複数の発生要因があるし、エラーを補正するにも複数の技術を組み合わせることで、トータルで1.0E-14なり5.0E-14なりを実現することを考えると、例えばBERが目標値に足りないときにどこを強化するのか、という議論につながってしまうわけだ。
BERの値を決めるには、さらなる情報が必要との意見が多数に
ここに出てくるのが、上でも言葉が出てきた「MTTFPA」である。Mean Time To False Packet Acceptanceの略で、要するに誤パケットの平均受信間隔だ。
Ethernet層でエラーを含んだまま転送が行われ、それが上位層で検知された場合、通常は再送されるかたちとなる。この際に、MTTFPAがあまりに短いと、非常に多くの再送が発生してしまい、これによって実効転送レートが低下してしまうので、MTTFPAはなるべく長めにしたいところである。
そして、先のスライドの赤字の部分がBERに影響を及ぼす箇所であり、このMTTFPAの計算の前提となっている。この後のプレゼンテーションでは、いくつかのシミュレーション結果が示されているが、そこは割愛した。Huaweiによる、とりあえずBERの目標を満たしそうな組み合わせの例が以下の右だ。
BCH FECなしで、AUIでこれが実現するのはかなり厳しい気はする。ここまでのスライド6点の出典は”BER objective for Beyond 400GbE“
これは、あくまでも試算であるが、RS（544,514）でAUIのBERを1E-5程度に抑えられるなら、あとは途中のOpticalの経路でBCH FEC（BERは2.0E-3程度）を組み合わせることで実現ができる。だが、これが難しいようなら、AUIの側にもBCH FECをさらに追加して対応することができるとする。
そんなわけで、BERのターゲットは1.0E-14程度に設定しても実現できるというのが、Huaweiのプレゼンテーションであり、これそのものは受け入れられたようだ。そして全てのセッションが終わった後で行われた、BERの値をいくつに設定すべきかという投票の結果が以下だ。
| 1.0E-13 | 21票 |
| 1.0E-14 | 24票 |
| 1.0E-15 | 5票 |
| 1.0E-15より低い | 0票 |
| もっと情報が必要 | 50票 |
| 棄権 | 16票 |
| 合計 | 116票 |
不参加も少なからずあったようだが、棄権を含む全投票116のうち半分近くの50票が「もっと情報を必要」との結果は、BERに関しては、まだ検討が必要であることが示されたと言えるだろう。
100Gが8対の「800GBASE-VR8/SR8」をIEEEの仕様に追加へ
これとは別に、OFSのRobert Lingle, Jr氏とMabud Choudhury氏から出された興味ある提案が、”Proposed Objectives for Parallel PMDs“である。
こちらでは、まず現在のマーケット概略を紹介したのち、北米では、引き続き到達距離は50m以内でいいからVCSELベースの100G MMFソリューションを求めており、その一方で中国では4-pair MMFで100mの到達距離が要求され、さらに一部の大規模事業者には「400GBASE-SR4/SR4.2」が利用されていることが挙げられた。
これを踏まえ、仕様へ「800GBASE-VR8/SR8」を追加したい、というのがこちらのプレゼンテーションの提案だ。VR8の名称で分かるように、レーンあたりは100Gとなっている。
これだと辛うじてVCSELも利用できる可能性がある、というのは『1対のMMFで100Gbpsを目指す「IEEE P802.3db」』で以前紹介している。「IEEE P802.3db」ではVCSELを利用する規格を「100/200/400GBASE-SR1/2/4」として策定している最中であり、これをそのまま×8レーンにすれば800Gになるというわけだ。
これは『800Gの本命「IEEE 802.3 Beyond 400 Gb/s Ethernet」、100/200Gの信号で800G/1.6Tを実現』で触れた、100Gレーン×8の構成に対する追加提案となる。
ちなみに、先のスライドには、中国では到達距離50mの需要がないように記されているが、実際にはそうでもないらしい。そうした事情もあり、IEEE P802.3dbで策定作業中の「Clause 167」の仕様を利用した800GBASE-VR8/SR8のニーズが確実にある、との主張がなされている。
ちなみに、800GBASE-VR8/SR8の通常の使い方は以下の左で、これはごく当たり前であるが、1:8のBreakout接続も念頭に入っており、この場合には接続数を増やせる分、200G×4より100G×8の方が有利となるのは理解できる。
ちなみにその先、つまり1.6Tに関して言えば、今のIEEE P802.3dbの仕様をベースにした「1600GBASE-VR8.2」、つまり送受信を1本のファイバーに多重化することで、トータルの本数は16本のままに抑えつつ、レーンあたり100Gで接続とすることは「技術的には可能」とはしているが、そもそもこれに対応するモジュール規格も存在せず、さすがにいろいろと無理があると考えているようだ。
また、「1600GBASE-VR16」については、ごく一部の用途であれば可能だろうが、一応書いてみましたというレベルで、あまり真剣に提案されているわけではなく、一般的な解にはならないとみている模様だ。
むしろ現状では、4-pair（8本）のMMF Cableが大量に敷設されていることを想定してか、「800GBASE-SR4.2」の検討が行われているのが興味深い。ここでは70～100mの距離が必要になるためか、「800GBASE-VR4.2」は検討の対象になっていないようだ。
800GBASE-VR8/SR8については、MPO-12を2対というのがさすがに論外という判断なようで、MPO-16の利用を考慮するとしている。
ということで、800GBASE-VR8/SR8の標準化を提案するとともに、MMFを利用したSR1.2/SR4.2タイプの仕様策定についても議論すべき、というのがプレゼンテーションの結論である。
