100G QSFP28 アクティブ光ケーブルを理解する: 主要コンポーネントと利点

24年2024月XNUMX日

キャサリン

光通信エンジニア

現代では、ネットワークで高速データ転送速度を実現するには、さまざまな伝送媒体を理解することが不可欠です。 100G QSFP28 AOC (アクティブ光ケーブル) このような高いデータレートを可能にしたのは、100G QSFP28 AOC です。このホワイトペーパーでは、XNUMXG QSFPXNUMX AOC の技術仕様、主要部品、実際の利点など、包括的な説明を提供します。この記事を読み終えると、このような高度なケーブルテクノロジーがネットワークのパフォーマンスと効率を向上させるために何ができるかについて十分な知識が得られるはずです。

100g QSFP28 アクティブ光ケーブルとは何ですか?

100g QSFP28 アクティブ光ケーブルの定義

データセンターや HPC 環境向けの高速接続は、100G QSFP28 アクティブ光ケーブル (AOC) です。これは、それぞれ 25 Gbps の 100 つの独立したレーンを結合し、光ファイバーを通じて合計 28 Gbps のデータレートを実現します。QSFPXNUMX AOC では電気と光学の構成要素が組み合わされており、最小限の信号損失と電磁干渉防止でデータを効果的に伝送できます。この種類のケーブルは、ラック内または近接するラック間の相互接続に最適です。消費電力が少なく、高密度で、簡単に導入できます。

100g QSFP28 AOCの主な特徴

高速データレート: 100G QSFP28 AOC は、高い総合データレートを備え、XNUMX Gb/秒をサポートできます。

省エネ： AOC は、従来の銅ソリューションよりも消費電力が少ないため、電力を節約することを目的としています。

ノイズ信号の防止とEMI: AOC は、電気部品と光学部品を 1 つのデバイスに統合することで、データ転送中の信号損失を最小限に抑え、電磁干渉 (EMI) を低減します。

コンパクトさ: QSFP28 モジュールはサイズが小さいため、データセンターラック内のポート数を増やすことができ、スペース効率が向上します。

簡単な導入： これらのケーブルはプラグアンドプレイなので、使用前に設定を行う必要がなく、インストールが容易になり、ネットワーク設定が簡素化されます。

短距離への適合性: 100G QSFP28 AOC は短距離で適切に機能するため、データセンター内のラック内またはラック間の接続に最適です。

アクティブ光ケーブルの仕組み

アクティブ光ケーブル (AOC) は、電気信号を光信号に変換して高速データ伝送を可能にします。以下は、さまざまな情報源に基づく AOC の仕組みの簡単な概要です。

電気から光への変換: AOC は、内部に埋め込まれたトランシーバーを介して、データソースからの電気入力信号を光信号に変換します。これらのトランシーバーは、データを送信するためのレーザーダイオードと、データを受信するフォトダイオードで構成されています。
光伝送: 光パルスに変換されると、これらの光信号はケーブルを通る光ファイバーを通過します。光ファイバーは帯域幅が広く、遅延や信号強度の損失をほとんど発生させずに長距離にわたって情報を送信できます。
光から電気への変換: 別のグループの組み込みトランシーバーは、受信した光信号を電気信号に変換し、受信デバイスが電子形式で理解できるようにします。
データの信頼性: 光メディアを使用することで、電磁干渉 (EMI) や信号損失に対する感受性が大幅に低減され、データ伝送時の精度と効率が確保されます。

簡単に言えば、AOC は光学技術を利用して、より高速で信頼性の高いデータ転送を実現します。これは、現代の高性能コンピューティングやデータセンター環境では非常に重要です。

他のケーブルタイプではなく QSFP28 AOC を選択する理由は何ですか?

100g QSFP28 AOCケーブルの利点

高帯域幅： 最大 100Gbps の速度でのデータ転送をサポートし、高性能コンピューティングやデータセンターに適しています。
低遅延： これにより、信号送信時の遅延が最短に維持され、データの即時処理が向上します。
拡張範囲: 従来の銅線よりも長距離にわたって効率的にデータを送信できます。
EMI耐性: 後者は、他のタイプのシステムよりも電磁干渉を効果的に排除することで、安定した安全な情報伝送方法を保証します。
エネルギー効率： 他の高速リンクと比較して、消費電力が少なくなり、運用コストが削減されます。
軽量かつ柔軟: これにより、ネットワークインフラストラクチャへの物理的な負担が軽減され、取り扱いやインストールが容易になります。

アクティブ光ケーブルと銅ケーブルの比較

アクティブ光ケーブル (AOC) と銅ケーブルは、さまざまなネットワーク要件に合わせて異なる機能を備えています。

帯域幅とデータレート: データセンター、高性能コンピューティング、およびその他のデータ集約型環境では、銅線よりも高い帯域幅とデータレートをサポートできる AOC の能力のメリットを享受できます。
レイテンシ： 光ファイバーにより、AOC での信号伝送速度が高速化され、データのリアルタイム処理や応答の許容時間が短いアプリケーションに不可欠な遅延が短縮されます。
伝送距離： 銅ケーブルは最大 100 メートルまでしか効果的に伝送できませんが、AOC を使用すると、パフォーマンスを犠牲にすることなく数キロメートルの伝送も実現できる場合があります。
電磁干渉 (EMI): EMI 耐性はアクティブ光ケーブルの本来の特性であるため、電磁活動が活発な環境での使用に適していますが、銅線ではこの種の干渉が発生し、信号の劣化や損失につながる可能性があります。
エネルギー消費： 比較してみると、AOC は銅線ケーブルよりも消費電力が少ないことが明らかになり、ネットワークインフラストラクチャ全体の運用コストが削減され、エネルギー効率が向上します。
物理特性： アクティブ光ファイバーコードは、重量が軽いだけでなく、銅素材などの従来の金属配線システムと比較して柔軟性も優れています。これにより、設置が簡単になり、スイッチなどのネットワークハードウェアコンポーネントにかかる物理的なストレスが軽減されます。

結論として、銅線は短距離では依然として手頃な価格ですが、帯域幅、遅延期間、パフォーマンスの低下なしにカバーできる距離、電磁干渉 (EMI) に対する耐性、消費電力レベル、セットアップの容易さなどの要素に関して AOCS に匹敵することはできません。そのため、高速要件を特徴とする長距離通信ネットワークで使用される優れたオプションとなります。

100g QSFP28の高性能

QSFP28 は、より高いデータレートを必要とするさまざまなネットワークのニーズを満たすように設計されています。このトランシーバーは 100 Gbps のデータレートをサポートし、高密度およびマルチ帯域幅のネットワーク向けに作られています。主なパフォーマンスメトリックには次のものがあります。

効率的な帯域幅QSFP28 は、単一のデュプレックスファイバーを介して 100 Gbps で送信できるため、帯域幅要件は高いがハードウェアは最小限であるアプリケーションを非常に効率的に処理できます。
最小遅延: T100g QSFP28 は、他の高度な信号変調技術の中でも PAM4 (パルス振幅変調) を使用して、遅延やレイテンシを削減します。これは、リアルタイムアプリケーションや、情報を高速に処理する必要があるデータセンターにとって重要な要素です。
長距離: DAC (ダイレクトアタッチ銅ケーブル) を使用した数メートルからシングルモードファイバー (SMF) を使用した 10 km まで、さまざまな伝送距離をサポートし、短距離および長距離のネットワーク要件に柔軟に対応します。
節電： このモジュールの設計には省電力メカニズムが採用されており、QSFP3.5 で消費される電力は通常 28 ワット未満です。これは従来のモジュールよりもはるかに低いため、データセンター内の運用コストを削減できます。
熱制御: より発達した熱制御機能により、製品は高密度に配備された場合でも指定された温度範囲内で最適に動作し、常にサービスの継続性を確保できます。

要約すると、100g QSFP28 モジュールは、高帯域幅、低レイテンシ、拡張範囲、電力効率、信頼性の高い熱管理機能など、今日の要求の厳しいネットワークに必要な強力なパフォーマンスを提供します。

現代のデータセンターにおける 100g QSFP28 の用途は何ですか?

データセンターでのユースケース

高速データ転送 100g QSFP28 モジュールは、サーバー、ストレージシステム、ネットワークデバイス間の高速データ転送を容易にし、情報のスムーズな転送を実現するのに最適です。
クラウドコンピューティング： このモジュールは、帯域幅の向上と遅延の低減によりクラウドインフラストラクチャを強化し、クラウドでホストされる要求の厳しいアプリケーションやサービスのニーズに応えます。
ネットワークのアップグレード: QSFP28 は、既存のネットワークインフラストラクチャをアップグレードしながら、より小さなスペースでデータ速度を向上させ、限られた物理容量内で競争力のあるスケーラビリティを提供します。
エッジコンピューティング： エッジコンピューティング環境での膨大なデータ量管理のために、QSFP28 はリアルタイム処理と低遅延通信を保証します。
高密度環境: 高密度環境の要求に対応するように設計されており、最適化された電力および熱効率でより高いポート密度を実現します。

イーサネット伝送の強化

100g QSFP28 モジュールを使用してイーサネット伝送を強化する場合、考慮すべき重要なポイントがいくつかあります。まず、このデバイスは非常に高い帯域幅と低いレイテンシを備えているため、データ転送がより高速かつ効率的になり、イーサネットネットワークのパフォーマンスが大幅に向上します。もう 4 つは、PAMXNUMX (パルス振幅変調) などの高度な変調技術を使用していることです。これにより、同じファイバーリンクを介してより多くの情報を送信できるため、利用可能なインフラストラクチャを最大限に活用できます。また、モジュール内の電力効率と熱管理機能により、高密度条件下でも一貫したパフォーマンスが保証され、運用コストが削減され、ネットワーク全体の信頼性が向上します。これらの改善はすべて、より高いデータレート、遅延の削減、スケーラブルで強力なネットワークパフォーマンスなど、今日のデータセンターが設定した新しい要件を満たしています。

高性能コンピューティングへの応用

100G QSFP28 モジュールは、科学シミュレーションや複雑な計算などで見られるような大量のデータを処理できるため、高性能コンピューティング (HPC) 環境では非常に重要です。このデバイスは、リアルタイム分析や、クラスター内の多数のノード間で情報を迅速に移動するその他のタスクに必要な高速伝送機能と低レイテンシを備えています。これに加えて、HPC では並列処理がよく使用されるため、モジュールで採用されている堅牢な熱制御と高度な変調技術により、どのような状況でもモジュールが常に確実に動作し、計算速度の高速化とデータ処理の効率化を実現しながら、システム全体のパフォーマンスを向上させます。

100g QSFP28 アクティブ光ケーブルの互換性と標準は何ですか?

100g QSFP28デバイスとの互換性

100G QSFP28 AOC アクティブ光ケーブルは、企業ネットワーク全体またはデータセンター内のスイッチ、ルーター、NIC など、同じ 100G QSFP28 ポートを備えた他の多くのデバイスで使用できます。QSFP28 のマルチソースアグリーメント (MSA) に基づいて、このケーブルはこの標準に準拠するすべてのシステムをサポートするため、異なるベンダー間でも動作できます。

デバイスの互換性の概要:

スイッチ： Cisco、Juniper、Arista は、100G QSFP28 モジュールに見られるようなインターフェースのサポートを提供する他の多くの大手メーカーのほんの一例です。これらのインターフェースにより、データセンター間または大規模なエンタープライズネットワーク内での高速接続が可能になります。
ルータ： 効率的なバックボーントラフィック管理システムは、100G QSFP28 標準と互換性のある Alcatel-Lucent または Huawei が提供する大容量ルーターを含むさまざまな種類のハードウェアコンポーネントを使用して構築できます。
ネットワークインターフェイスカード (NIC): 一般的な DC 環境でサーバー間の高速リンクを確立するには、この目的のために特別に設計されたマルチポートアダプターをホストシステムに組み込むのが現在では一般的です。これらのアダプターは、Intel、Mellanox、Broadcom などの有名ベンダーから提供されており、いずれもそれぞれの QSA+ トランシーバーモジュールを介して銅線/光ケーブル経由の 100GbE をサポートしています。

技術仕様：

データレート： 最大100ギガビット/秒。
波長： マルチモード光ファイバーについて話す場合、最もよく使用されるのは 8～50 ナノメートルです。
リーチ： 理論上は最大 4 メートルですが、実際には、OMXNUMX グレードのファイバーによって課せられる電力予算の制限により、XNUMX メートルを超えることはできません。
コネクタタイプ： クアッドスモールフォームファクタプラガブル 28。

標準への準拠：

IEEE802.3bm は、 – マルチモードファイバーバックボーンを使用した 10 ギガビット/秒を超える速度でのイーサネットファイバーオプティック接続の物理層仕様。
SFF-8665 – QSFP28 トランシーバーモジュールの電気インターフェイス、機械的寸法、および管理インターフェイス。
RoHS指令 – 有害物質制限指令（コンプライアンス）2002/95/EC。

これらの技術仕様は、100G QSFP28 AOC の総容量が 4 ギガビット/秒を超えないことを示しており、これは最高動作波長が約 XNUMX ナノメートルのマルチモード光ファイバーを使用することで達成できます。ただし、この特定のグレードのファイバーによって課される電力予算の制約により、OMXNUMX ケーブルアセンブリで動作する場合、最大到達距離は XNUMX メートルから XNUMX メートル未満になる場合があります。最後に、コネクタタイプは Quad Small Form-factor Pluggable Twenty-Eight として知られています。

QSFP28 MSA と標準の理解

QSFP28 マルチソースアグリーメント (MSA) は、複数のメーカーが共同で、世界的に受け入れられるトランシーバーモジュールを確立するための取り組みを指します。これらの規制は、さまざまなベンダーの機器の互換性と信頼性を確保するために必要です。QSFP28 MSA の主な機能は次のとおりです。

フォームファクタ： この仕様では、QSFP28 トランシーバーの機械的寸法を定義して、このサイズ用に設計されたラックまたはスロットに収まるようにします。
電気インターフェース: QSFP28 モジュールと他のネットワークデバイス間の効率的な通信を確保するために、電気信号要件が指定されています。
熱に関する考慮事項: MSA では熱放散と熱管理のガイドラインが提供されており、さまざまな環境条件で長期間にわたって確実に動作することができます。

このような確立された標準に準拠することで、業界内でのシームレスな統合が可能になり、ネットワーク設計の選択肢が広がると同時に、高速データ通信ネットワーク全体で均一なパフォーマンスが保証されます。

他のトランシーバーとの相互運用性

ネットワークの柔軟性と拡張性を高めるには、QSFP28 が SFP+、QSFP+、CFP モジュールなどの他のトランシーバーと相互運用できることが重要です。QSFP28 モジュールはさまざまな伝送プロトコルとデータレートをサポートしており、標準化された他のトランシーバーと連携して動作します。これは、さまざまな種類のトランシーバーで使用するための共通の機械的、電気的、および熱的仕様を定義する Multi-Source Agreement (MSA) 標準に準拠することで実現されます。既存のネットワークインフラストラクチャ内でのアップグレードや拡張が問題なくサポートされることを確認するために、ベンダーはマルチベンダー環境で QSFP28 モジュールを幅広くテストします。そのため、どの設計者も、利用可能な QSF28 ソリューションを自信を持って導入でき、幅広いトランシーバーテクノロジーとシームレスに融合できます。

ニーズに合った適切な AOC ケーブルを選択するにはどうすればよいでしょうか?

ケーブルアセンブリの考慮すべき要素

データ速度要件: 特定の期間内にネットワークで転送する必要があるデータの量はどれくらいですか?
ケーブル長： ケーブルが希望する範囲で信号の整合性を維持するには、接続をどのくらい離す必要がありますか?
環境条件： 温度や湿度レベルなど、どのような環境で、適切な熱特性と機械特性を備えたケーブルが最も効果的に機能するでしょうか?
コネクタタイプ： トランシーバーと他の機器を一致させるには、どのタイプのコネクタが必要ですか?
予算の制約: 予算内で最適なソリューションを得るために、システムのパフォーマンス要件とコストのバランスをとることはできますか?
ベンダーの互換性: このようなケーブルがさまざまなベンダーの機器とうまく連携して、システムがオープンエンドかつスケーラブルなまま維持されるかどうかは確かですか?

適切なケーブル長の選択

適切なケーブル長を選択するには、デバイス間の距離を知る必要があります。ケーブルを過度に伸ばしたり、余裕を持たせすぎたりすることなく、2 点間の距離をカバーするのに十分な長さのケーブルを探す必要があります。ケーブルを伸ばすと、信号が劣化したり、材料が損傷したりする恐れがあります。また、将来的に再構成や拡張が行われ、より適応性の高いルーティングパスが必要になる可能性も考慮してください。したがって、適切なケーブル長の決定は、信号の整合性、コストの影響、および将来のネットワーク変更の可能性のバランスによって決まります。

データレート要件の評価

ネットワークパフォーマンスを最適化し、帯域幅の制限を回避するには、データレート要件を決定することが重要です。まず、特定のネットワークで使用されているアプリケーションやサービスを確認して、必要な最大データレートを評価する必要があります。これには、通常、より高いデータレートを必要とする高解像度ビデオのストリーミングや大容量ファイルの転送などが含まれます。次に、予想されるトラフィックレベルを処理する能力に関してシステムのインフラストラクチャを評価します。使用可能な機器とその容量を、予想される速度と比較して考慮します。最後に、将来の情報フローの増加を考慮して、大規模なアップグレードを必要とせずに大きな負荷を処理できるケーブルとデバイスを選択する必要があります。この時点で適切な計画を立てると、現在の需要を満たしながら、ワイヤやガジェットなどの適切なハードウェアを使用して拡張する余地を残すことができます。

参照ソース

小型フォームファクタプラガブル

100ギガビットイーサネット

光ファイバーケーブル

よくある質問（FAQ）

Q: 100G QSFP28 アクティブ光ケーブルとは何ですか?

A: 100G QSFP28 アクティブ光ケーブル (AOC) は、高速データ通信および相互接続アプリケーション指向のケーブルアセンブリであり、堅牢なパフォーマンスを実現します。データセンターの 100G イーサネットポート間をリンクするには、通常、データ伝送用の低遅延光ファイバーが使用され、より高い帯域幅が実現されます。

Q: 100G QSFP28 AOC には何が含まれていますか?

A: 100G QSFP28 AOC の一部の部品には、電気信号を光信号に変換したり、その逆を行ったりするために必要な電子回路、トランシーバー、高品質のファイバーケーブル、QSFP28 コネクタなどが含まれています。これらのコンポーネントは連携して機能し、信頼性が高く効果的なデータ転送を実現します。

Q: 他のケーブルではなく 100G QSFP28 AOC を使用する必要があるのはなぜですか?

A: 従来の銅線ケーブルと比較して、100G QSFP28 AOC を使用すると、帯域幅容量が大きく、伝送距離が長く、消費電力が低く、電磁干渉が最小限であるなど、多くの利点があります。このため、このようなアクティブ光ケーブルは、パフォーマンスと信頼性の両方が最も重要となる高速データセンターに最適です。

Q: 異なるタイプのネットワーク機器との互換性はありますか?

A: はい、確かに、これらはさまざまな種類のネットワーク機器で動作するように作られているため、互換性のある 100G QSFP+ DAC とも呼ばれます。これらは、最大 XNUMX ギガビット/秒のイーサネット標準化に基づくインターフェイスなどをサポートするスイッチ、ルーター、またはその他のネットワークデバイスで使用できます。

Q: 100G QSFP28 AOC と DAC の違いは何ですか?

A: 主な違いは、信号を送信するために使用される媒体にあります。AOC は光ファイバーを使用するため、長距離でより広い周波数応答範囲を提供しますが、DAC は銅線を使用します。銅線は通常、最も低コストですが、短距離リンクでは最適なパフォーマンスが得られません。

Q: 100G QSFP28 AOC はブレイクアウト構成で使用できますか?

A: 100G QSFP28 ブレークアウト AOC は、100G QSFP28 AOC を使用できるブレークアウト構成の例です。これにより、100 つの XNUMXG ポートを低速の複数のポートに分割することができ、利用可能な帯域幅をより効率的に使用しながら、ネットワークを柔軟に設計できます。

Q: 100G QSFP28 AOC の最大伝送距離はどれくらいですか?

A: 100G QSFP28 AOC がサポートする最大伝送距離は、ケーブルアセンブリやファイバー品質などのさまざまな要因によって異なります。ただし、一般的には 100 メートル以上の距離をサポートできるため、ほとんどのデータセンターアプリケーションに適しています。

Q: 100G QSFP28 パラレルアクティブ光ケーブルは他のタイプの AOC とどう違うのですか?

A: 100G QSFP28 パラレルアクティブ光ケーブルは、複数のデータストリームを異なるパラレル光ファイバーを介して同時に送信できるため、シリアル AOC よりも累積帯域幅が大きくなり、パフォーマンスが向上するという点でユニークです。このため、非常に高いデータレートが求められるアプリケーションに最適です。

Q: カスタムケーブルアセンブリとは何ですか? また、100G QSFP28 AOC で使用できますか?

A: カスタムケーブルアセンブリとは、特定の要件または仕様に従って特別に作られたケーブルのことです。これらは特注ケーブルとも呼ばれます。これらは 100G QSFP28 AOC で使用でき、ユーザーは独自のネットワークニーズに合わせて、必要な長さやコネクタタイプなどの機能を選択できます。