未来の幕開け: 現代のネットワークにおける 400G イーサネット

データ伝送のニーズが高まり、グローバル ネットワークの不備が露呈しました。ここで、革新的な 400G イーサネット テクノロジの展開がブロードバンド ネットワークの将来に影響を与えます。この高度なバージョンのイーサネットは、遅延時間を短縮し、接続を最適化しながら、データ転送速度を高速化します。これは、クラウド サービスや高頻度取引などのデータ集約型ワークロードを扱う組織にとって理想的なソリューションです。このホワイト ペーパーでは、400G イーサネット テクノロジの設計、開発履歴、使用シナリオ、コア メリット、およびネットワーク エンジニアリングの様相を変え、デジタル世界の最も顕著なニーズを満たす能力を分析します。

400G イーサネットとは何ですか? なぜ重要なのですか?

データ ネットワークにおける帯域幅の要件の増大は、イーサネット技術の次のステップとして 400G イーサネットを導入することで対処されます。最大 400 ギガビットの容量のデータ伝送速度を可能にするこの技術は、5G、クラウド コンピューティング、AI 技術によって高まるデータ伝送の需要に対応します。データ センターとネットワーク サービスのパフォーマンスは、ネットワーク遅延を減らし、ネットワークの効率を高め、高度な広域アプリケーションに必要な帯域幅を提供する 400G イーサネットの推進に大きく依存します。データ トラフィックの量と接続デバイスの数は絶えず増加しており、これらの要件と将来の要件を満たすには、400G イーサネットが不可欠です。

400G テクノロジーを理解する

2023年100月、データベースに最後にアクセスできるようになりました。その日までに、400Gイーサネットと400Gイーサネットを使用することができました。これは、XNUMX秒あたり最大XNUMXGBを転送できる最新の技術です。後者の容量は前者のXNUMX倍です。これは、伝送能力に関する飛躍です。 400Gの到達 イーサネットは拡張します。この飛躍は、高度な変調技術と、スループットの向上を可能にする光コンポーネントの高密度化によるものです。ただし、消費電力は増加しません。ある意味では、電源を拡張する必要はありません。400G の場合、このような拡張は重要です。これは、第 400 世代モバイル通信システム、モノのインターネット、さまざまな仮想現実技術など、現在のテクノロジの要件を満たすように開発されたためです。これにより、XNUMXG イーサネットは、ネットワーク インフラストラクチャが膨大なデータ需要を満たすのに役立つ機能を提供します。このような機能により、幅広い分野で運用効率を確保できます。

データセンターにおける 400G イーサネットの役割

400G イーサネットの登場は、帯域幅とパフォーマンスの需要に対応するため、今日のデータ センターにとって不可欠です。データ センターがデジタル トランスフォーメーションのバックボーンとなるにつれ、データ センターはより多くのデータを収容し、クラウド サービス、ビッグ データ分析、AI などのアプリケーションをサポートするために大きな負担を強いられています。400G イーサネットは、このデータ爆発を効率的に市場に出すために必要な技術インフラストラクチャのギャップに対処します。現在、より高いスループットとより低いレイテンシ期間を可能にしているこれらのデータ センターは、プロセスの詰まりを防ぎながらより多くのデータを処理して、効率を高めています。これにより、400G テクノロジーはパフォーマンスを最適化し、エネルギー消費を改善することで無駄を減らすこともできます。より優れたネットワーク ソリューションを求める人が増えるにつれて、より堅牢なデータ センター機能への移行は、400G イーサネットの成長によって支配されるようです。

400G と従来の標準との比較

400G イーサネットを 100G や 40G と比較すると、最も顕著な違いはデータ伝送速度の向上で、以前の世代の 4 倍の速度を提供します。このような帯域幅の増加は、光技術と変調技術の向上によって実現しました。XX-100G イーサネット規格では主に非ゼロ復帰 (NRZ) エンコーディング方式が使用されていますが、400G イーサネットでは PAM4 への拡張が使用され、シンボルごとに 400 ビットではなく 400 ビットをエンコードできます。さらに、XNUMXG イーサネットの登場により、マスカラパックされた光トランシーバーが一般的になり、より大きなデータ パッケージに対応できるようになりました。このように、XNUMXG イーサネットは、より高速で、よりスケーラブルで、より効率的であるため、将来の世代のテクノロジーをサポートするために非常に必要とされるインフラストラクチャの高まるニーズに対応しています。

400G イーサネットはどのように機能しますか?

400G ネットワークのアーキテクチャの探究

400G ネットワークの設計アーキテクチャは、速度と効率の向上を目的とした一連のテクノロジから生まれています。その設計の中心となるのは、膨大な量のデータを配信できるネットワーク プロセッサとシリコン フォトニック デバイスです。ただし、400G の動作の中核は PAM4 変調にあります。これにより、従来の NRZ プロトコルの場合のように XNUMX つのシンボルに XNUMX ビットではなく XNUMX ビットをエンコードできるため、より広い帯域を利用できるようになります。この変調技術により、以前に敷設されたケーブルでより高いデータ レートが可能になり、機器を大幅に交換することなく帯域幅を増やすことができます。

同時に、400G ネットワークには、十分なエラー訂正能力と伝送中のデータ整合性を備えた高度なデジタル信号プロセッサ (DSP) が搭載されています。アーキテクチャには、より柔軟なグリッドと波長分割多重 (WDM) テクノロジも組み込まれており、再構成可能なデバイスの帯域幅の使用を需要に応じて変更できます。これらのソリューションにより、遅延とスループットを改善しながら、さまざまなネットワーク レイヤーで効率的なトラフィック制御が可能になります。これにより、サービス品質が補完され、400G ネットワーク アーキテクチャが強化され、インターネット接続の需要の増加に対応できる柔軟性が高まります。

PAM4変調の影響

400G イーサネットは、4 つのレベルの PAM4 (パルス振幅変調) に依存しています。4 つのビットは NRZ (非ゼロ復帰) を使用してエンコードされ、4 つのレベルがシンボルとして使用されます。PAM4 は各シンボルに対して XNUMX つの振幅レベルで構成され、XNUMX つのビットをエンコードできます。これにより、同じ幅内で XNUMX 倍のデータ量を伝送できるため、PAMXNUMX は将来のすべてのイーサネット標準に不可欠なものとなります。PAMXNUMX は便利ですが、高レベルで動作するため、ノイズ レベルが高くなり、信号の整合性が低下します。これらの悪影響を打ち消すために、前方誤り訂正 (FEC) などの高度なツールが使用されます。上記から明らかなように、統合ネットワークが進歩するにつれて、PAMXNUMX は、既存の物理インフラストラクチャの制限に妥協することなく、急激なデータ レートの増加に対する新しいライフラインとなります。

基本コンポーネント: トランシーバーとコネクタ

高速信号伝送ユニットに関しては、トランシーバーとコネクタは 400G ネットワーク アーキテクチャの不可欠な属性と言えます。Quad Small Form Factor Pluggable Double Density (QSFP-DD) は、400G イーサネット以上に対応できるコンパクトで高密度に設計されたトランシーバーの例です。QUAD SFP トランシーバーでは、それぞれ最大 50Gbps の潜在能力を持つ 400 つのポートまたは電気レーンが使用され、合計 400Gbps の帯域幅に変換されます。さらに、電力消費と信号の完全性は、主に密集した高架中央ハウジングを使用する場合に維持する必要がある XNUMX つの重要な機能です。また、コネクタは、ネットワーク内またはネットワークを形成する光ファイバー リンクを備えた信頼性の高いネットワーク デバイスを作成するための重要な要素です。マルチコア ファイバーの使用では、効率的なデータ転送を提供する条件下での高帯域幅と低損失に関して、MPO コネクタが XNUMXG アプリケーションに最適です。したがって、これらのコンポーネントは、ネットワークの潜在能力の着実な発展と成長をもたらし、成長する業界のスループットと低遅延に対する要望を満たします。

データセンターにおける 400G の利点は何ですか?

帯域幅とデータレート効率の向上

私は、400G 技術によるデータセンターのネットワーク統合により、帯域幅と効率性が向上したことを目の当たりにしました。この変化により、スケーラビリティとトラフィック管理の新たな境界が開かれました。これは、データ駆動型アプリケーションの急速な増加により、非常に重要です。また、エネルギー効率の高い 400G ソリューションには、パフォーマンスを最大化しながらエネルギー節約に重点を置いた高度なテクノロジーが備わっていることが多いため、電力消費の効率とネットワークの経済的実現可能性も大幅に向上しています。さらに、受信データの量は、人工知能や機械学習などの新興テクノロジーを補完し、デジタル世界の変化し続ける性質の中で、データセンターの運用が適切であり続けることを保証します。

将来のデータセンターネットワークの需要をサポート

将来のデータセンター ネットワークに関するいくつかの増大するネットワーク需要は、最近の 400G テクノロジの進歩によって満たされると考えられています。業界の主要な情報筋は、より高速なネットワークと効果的なデータ処理のニーズに対応するために、帯域幅とデータ レートの効率性の向上を指摘しています。ただし、将来のテクノロジは、より膨大な量のデータによって開発され、推進されることが予想されることに留意する必要があります。さらに、400G ソリューションに固有のエネルギー効率の向上により、それらは実際に実現可能になり、カーボン ニュートラルな 400G が提供され、大規模なデータセンターが環境に優しいものになります。最後に、IoT や AI など、ほとんど活用されていないテクノロジの関与と統合も、400g システムが非常に柔軟で拡張可能であり、設備投資を大幅に増やす必要がないことを示しています。さらに、データセンターとそのテクノロジの開発のトレンドに対応できるパフォーマンスを提供します。したがって、400g テクノロジは将来のデータセンターの進化への道を開くと結論付けることができます。

遅延の削減と速度の向上イーサネット

レイテンシの問題を解決し、イーサネットの速度を拡張するというジレンマに対応するため、私は最先端の研究から洞察を集めました。まず、レイテンシを短縮するという目標を達成するには、変調方式のアップグレードやデータ経路の改善など、イーサネット分野の新しいテクノロジーが不可欠です。次に、400G などの高速イーサネットに切り替えると、転送速度が速くなるため、レイテンシが自動的に短縮されます。最後に、AI を活用したネットワーク管理ソリューションを使用すると、パラメータをアクティブに調整してレイテンシをさらに短縮し、ネットワークをより高速に運用できます。これらの改善は、データセンターが現在の世界で効果的かつ効率的に運用され続けるために不可欠です。

イーサネット標準の解決が 400G に影響を与えるか?

100Gから400Gへの進化

現在入手可能な最良の情報源から調査した結果、100G 規格から 400G イーサネット規格への飛躍または移行は、主に複数の垂直分野にわたる帯域幅への飽くなき欲求によって引き起こされたという結論に達しました。この移行は、洗練された変調技術やより優れた前方誤り訂正 (FEC) プロトコルの採用など、データ伝送技術の進歩が大きく進んだことで促進されています。さらに、これらの機能強化により、データのエンコード速度が向上し、信号の干渉度が低下します。これは、現代のアプリケーションに典型的な大規模データ処理要件に対処する上で不可欠です。最終的に、イーサネット規格の歴史は、適切に機能するために特定のネットワーク規格を必要とする IoT デバイスと人工知能技術の使用の増加を反映することを目的としています。したがって、400G への移行は技術的な進歩であり、成長を続けるデジタル ユニバースで切望されている進化です。

802.3GにおけるIEEE 400bs規格の役割

IEEE 802.3bs 規格は、ネットワークを介して高速でデータを伝送することを目的としたテクノロジのパラメータを定義しているため、400G イーサネットの開発と展開に不可欠な要素です。この規格は、総データ レートを向上させるためにほとんどの 100G レーンを並列に展開するなど、さまざまな問題に対処しています。さらに、最も包括的な相互運用を確保し、データ センターとサービス プロバイダーの輪郭のほとんどをカバーできるようにするために、物理層で重要な制約を定義しています。さらに、この規格には、予想される信号劣化にもかかわらず長距離でデータを保護するために必要な堅牢な前方誤り訂正 (FEC) が統合されています。将来のすべての拡張には標準承認テンプレートがあるため、802.3bs 規格は 400G の実装を非常に柔軟にサポートしていると結論付けることができます。

将来の展望: 800G 以降への移行

容量と速度の向上に対するニーズが高まり続けているため、800Gへの移行はネットワーク技術の重要なステップになると予想されています。この開発は主に、エッジコンピューティング、5Gネットワ​​ーク、高度なクラウドおよびAIアプリケーションから発生するデータトラフィックの増加によって引き起こされています。800Gの導入は、既存の光トランシーバー技術と高度な変調戦略を改善してデータレートの上昇に対処する必要があるだけでなく、同時にデータの忠実性を保証し、遅延を削減する必要があるため、困難な作業になります。また、IEEEなどの団体が主導する標準化の取り組みは、幅広い相互運用性と普遍的な採用を実現するために不可欠です。デジタル世界の継続的な成長には、ネットワーク分野の将来の拡大と進歩に必要な基盤を構築するために、800G以上への進化が必要です。

400G イーサネット市場の主要プレーヤーは誰ですか?

シスコとジュニパーの貢献

Cisco と Juniper Networks は、400G イーサネット サービスの提供において重要な役割を果たしています。これらの企業は、こうしたサービスを提供するのに十分な強固な基盤を備えているからです。しかし、Cisco は、スイッチ、ルーター、光トランシーバーなど、幅広いネットワーク ソリューションに 400G テクノロジを拡張してきたという事実に基づいて自社を売り込んでいます。こうした統合により、既存のシステムを、より帯域幅が大きく、より大規模なシステムへと進化的にアップグレードできます。また、Cisco はオープン ネットワーキングも推進しているため、SDN の使用によって 400G 展開での相互運用性の範囲も広がります。
 
シスコシステムズは、幅広いマーケティング領域を通じて高度なテクノロジーを販売することで知られていますが、一方でジュニパーネットワークスは、特にデータメトリックス駆動型アプリケーション向けの高度なネットワークテクノロジーの提供に特化しており、複雑なパケットトランスポートシステムとハイエンドの自動化ネットワークソリューションとして400Gエコシステムにおけるシスコの進歩を示しています。製品の利用が増えるにつれて、データテクノロジーのパケットの需要が高まり、売上の増加にさらに重点が置かれています。さらに、コアネットワーキングシステムにおけるエンドツーエンドソリューションのパフォーマンスと組み込みにより、ジュニパーのメトリックス駆動型テクノロジーはAIを最大限に活用し、コアネットワーキングシステムの全体的なパフォーマンスメトリックを改善できます。これは、次世代のネットワーク速度につながる400Gイーサネットに必要なコアバックボーンを実現するために、両社が強みを発揮しようとしていることを意味します。

データセンタースイッチメーカーの進歩

データセンタースイッチメーカーは、400Gイーサネットシステムにおけるデータ伝播の増加とレイテンシの短縮に対する高まるニーズを満たすため、継続的に技術を進化させています。Broadcomは、主にTomahawkシリーズのスイッチチップセットを通じて、この分野を牽引するリーダーの地位を獲得しました。このチップセットは、400Gネットワ​​ークの展開をサポートする上で重要な、これまでにない革新的なレベルまでパフォーマンスと効率性を高めます。Arista Networksも、ポート密度が高くテレメトリ機能が強化されたスケールアウト型クラウドネットワーク向けに設計されたプラットフォームにより、データセンター規模の限界を押し広げています。もうXNUMXつの重要な代表であるNVIDIA（以前はMellanox Technologiesとして知られていました）も、Spectrumブランド全体でスイッチングソリューションに焦点を当てており、スケーラブルなネットワークアーキテクチャを強調しています。これらのメーカーやその他の多くのメーカーは、データセンターインフラストラクチャの急速な進化を促進し、将来のネットワークニーズを満たすのに十分な実用的な容量を確保しています。

光トランシーバーと光ファイバーソリューションの革新

イーサネットの速度要件の増大に伴い、光ファイバー、そしてさらに重要な光トランシーバーの需要が不可欠になっています。現在、問題の中心となっているのは、3 つの分野におけるイノベーションです。1 つ目は、シリコン フォトニクス技術の急成長です。これは、シリコン チップ上にモノリシックな光コンポーネントを統合して、データ速度と電力効率を大幅に向上させることを目指しています。2 つ目は、コヒーレント光トランシーバーの急速な進化です。これは、高度な変調方式を適用することで、地平線を越​​えた通信を可能にします。これらの方式は、データの整合性を維持しながら距離を延長する可能性があります。最後は、DWDM の発明です。これにより、異なる波長で複数の信号を同時に送信できるようになり、帯域幅が大幅に増加します。全体として、これらのイノベーションは、光ネットワークの速度、容量、信頼性の開発のトレンドを確立しました。

参照ソース

イーサネット

ギガビットイーサネット

光ファイバ通信

よくある質問（FAQ）

Q: 400G イーサネットとは何ですか? また、100Gb やその他の以前の標準と比べるとどうですか? 

A: 400G イーサネット (400GbE または 400 ギガビット イーサネットとも呼ばれる) は、毎秒 400 ギガビットというデータ転送速度により、これまでに開発された最も先進的なイーサネット規格として知られるようになりました。技術の進歩を考慮すると、最大 100 倍の拡張が可能な XNUMX Gbps 規格では、これは大幅な拡張です。この新しい規格は、大規模データ センター、クラウド コンピューティング環境、および高性能ネットワーク アプリケーションの急速に増大する帯域幅要件の進歩を可能にするように設定されています。

Q: IEEE 802.3bs タスク フォースのメンバーは、400 G イーサネットの作成においてどのような役割を果たしましたか? 

A: IEEE 802.3bs タスク フォースは、400 G イーサネット コア標準の開発を担当しました。このグループは業界の専門家を集め、400GbE を実装するためのパラメータ、プロトコル、ガイドラインを明確にしようとしています。彼らの努力の結果、IEEE 802.3bs 標準は 2017 年 400 月に承認され、XNUMXG イーサネット ソリューションの導入と発展のための基盤が整いました。

Q: 400G イーサネットは、テラビット イーサネットの進歩に向けたタイムラインにどのように適合しますか?

A: 多くの人は、400G イーサネットをテラビット イーサネットの進化形と見なしています。また、イーサネット開発ロードマップには、既存の 400 Gbps インフラストラクチャとテラビット イーサネットの将来の展開との間の重要な移行段階として 100GbE が含まれていることも言及する価値があります。400G 展開から得られた方法と経験は、将来さらに高度なイーサネット標準の開発に役立つことは間違いありません。 

Q: 200G イーサネットと 400G イーサネットの違いは何ですか?

A: 200G および 400G イーサネットはどちらも高帯域幅イーサネット規格で、400G は 200G の 200 倍の帯域幅です。したがって、200 ギガビット イーサネットは最大 400 Gbps のスループットを提供し、400 ギガビット イーサネットは最大 400 Gbps を提供します。現在のネットワークの帯域幅が増大しているため、XNUMX つ以上の規格が開発されましたが、XNUMXG は、さらに高いデータ レートとデータ容量が必要な場合に適しています。

Q: 400GBASE-DR4 とシングルモード ファイバーの関連性は何ですか? 

A: 簡単に言うと、400GBASE-DR4 は、シングルモード ファイバー (SMF) をデータ キャリアとして使用する 400G イーサネットの独自の構造です。400GBASE-DR4 では、合計 100 Gbps を実現するために、それぞれ 400 Gbps のレーンを 400 つ使用するように定義されています。SMF は、長いケーブル配線に適したファイバー タイプであり、データ センター相互接続やメトロポリタン エリア ネットワークで広く使用されています。4GBASE-DRXNUMX 規格は、シングルモード ファイバー インフラストラクチャに基づいて高速接続を確立する効率的な手段を提供するように設計されています。

Q: Industry Connections Ethernet Bandwidth Assessment は、400G Ethernet の進歩にどのような影響を与えますか? 

A: 400G イーサネットなどの新しいイーサネット標準の開発に関連するすべての調査は、IEEE 802.3 Industry Connections Ethernet Bandwidth Assessment に準拠する必要があります。この評価では、現在適用されている帯域幅要件と、近々適用されそうな帯域幅要件を評価します。この調査から得られる情報は、イーサネットの技術的進歩にも影響を与え、将来のネットワークで予想されるネットワーク設計帯域幅の需要に基づいて 400G イーサネットなどの新しい標準が設定されます。 

Q: 現代のネットワークにおいて、400G イーサネットの主な用途と利点は何ですか? 

A: 400G イーサネットは、現代のネットワークのニーズを満たすのに適しており、いくつかの用途があります。その有用性は、大規模なデータセンター、クラウド サービス プロバイダー、および高性能コンピューティング環境でより顕著です。400G ソリューションは、今後数十年にわたって 5G、AI、IoT などのテクノロジによるデータ急増に耐えられるように設計されています。400GbE とその高い伝送速度により、ネットワークを介してより多くのデータをより低い遅延で転送できるため、ネットワーク空間の帯域幅容量が増加し、ハイエンド アプリケーションのシステム パフォーマンスとスケーラビリティが向上します。