MPLS Japan 2022 (Optical セッション)

B400G最新動向
2022/11/1
栃尾 祐治 (富士通)1今日お話しすること⚫ 前回(2019年)、B400G動向としてお話したことの更新になります⚫ https://mpls.jp/2019/presentations/MPLS_Japan_2019_tochio_web-1.pdf⚫ 2019年では、各標準化団体の動向を中心にB100Gに関わる動向を振り返り、B400Gの課題について紹介しましたが、ここ3年経って、400Gに関する標準化・開発が本格化するようになりました⚫ 本発表では、400G動向を再確認し、B400G, 特に 800G をめぐる動向について、紹介するともにどこに課題がある(どこが課題になる)かを紹介・共有したいと思います2

構成⚫ 現在の400G光伝送の世界⚫ IEEE802.3⚫ OIF 400ZR⚫ OpenZR+⚫ ITU-T⚫ B400G光伝送(特に800G)の動向⚫ IEEE802.3⚫ OIF 800ZR/LR⚫ ITU-T work (FlexO & B400G検討)⚫ 800G MSA⚫ 考察・まとめ3

現在の400G光伝送の世界

4400G光伝送に関わる主な標準化(1)⚫ IEEE802.3⚫ IEEE802.3において、主要な400Gイーサネットの規格は標準化完了⚫ IEEE802.3-2022として発行済み⚫ 現在継続中の(光伝送による) 400Gイーサネットは⚫ P802.3cwならびに、⚫ 800GE/1.6TEも視野にTask force化されたP802.3df, P802.3djのサブセット定義⚫ P802.3cw⚫ Physical Layers and Management Parameters for 400 Gb/s Operation
over DWDM (dense wavelength division multiplexing) systems⚫ ターゲット： 80km

⚫ P802.3df, djは後述

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400G光伝送に関わる主な標準化(2)⚫ OIF 400ZR⚫ https://www.oiforum.com/wp-content/uploads/OIF-400ZR-01.0_reduced2.pdf⚫ DCI接続・ルータ間接続など目的に400Gイーサネット信号以下の形態で伝送することを定義した400G インタフェース (いわば 400GbEのWDM接続技術)⚫ 120 km or less, amplified, point-to-point, DWDM noise limited link (左)⚫ Unamplified, single wavelength, loss limited link (右)⚫ 光(WDM)IFでは、FlexO-4 (400G Flex-O) ないしは400GBASE-Rに即したFrameを定義。
⚫ FEC(CFEC)とFEC特性, Symbol rate も文書の中で定義⚫ DP-16QAM, 59.843750Gbaud (i.e., 478.750 Gbps), post-FEC error floor <1.0E-156

400G光伝送に関わる主な標準化(3-1)⚫ OpenZR+ ( https://www.openzrplus.org/ )⚫ プラガブルモジュールの使用を前提に、B100Gのクラアント(100-400Gイーサネット)をフレキシブル光伝送可能にする標準規格⚫

400ZR+ とか言われるけどこれは伝送の一形態⚫ 文書は以下で公開中(version 2, 現在 version 3 討中)⚫ https://openzrplus.org/site/assets/files/1091/openzrplus_2p0.pdf⚫ 100–400 Gにおける変調方式、Baud rateなどの光変調特性は以下の通り⚫ Framing 技術は400ZRと同じ FECは OFEC Table 1-2: OpenZR+ Line Encoding, Modulation and Symbol Rate

https://www.openzrplus.org/about-us/
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400G光伝送に関わる主な標準化(3-2)⚫ OpenZR+⚫ ZR Frame構造⚫ サポートするクライアント⚫ ZR400の例: OIF-400ZRと同じ⚫ FlexOもこの構成

AM:
AlignmentMarker⚫ 400ZR+の主な規定⚫ 400GBASE-R ZR400 frame へGMP (Generic⚫ ZR100 x 4 から ZR400への多重例mapping procedure)マッピング⚫ 2 × 200GBASE-R の channelized 400G ZR
への GMPマッピング⚫ 4 × 100GBASE-R の channelized 400G ZR
への GMPマッピング
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400G光伝送に関わる主な標準化(4-1)⚫ ITU-T G.709: OTN 多重階梯 2022
Optical (Analogue) Signal

Clients

ODUflex(CBR)
FlexE aware

ODUflex(BGMP)

Ethernet Packet
25n(n>4)
CBR(100GbE), PKTODUflex(IMP)ODUflex(IMP,s)ODU4Ethernet Packet(10,40, 25n(n=<4))

PKT=<100GDigital signal>100G

400G/200GbE

ODUflex(IMP,s)

OPUCn
ODUCn

ODUflex(GFP)(5G TS)OTUCn

CBR(40GbE), PKTOTSi

ODU3FlexO(400G：OPUC4ODUC4)

CBR(10GbE), PKTODU2e
CBR, PKTFEC

ODU2CBR, PKTODU1CBR(1GbE), PKTODU0Only Mux
No Switching

FEC

Mux and SW

OPUk
ODUk

OTU4(1.25G or
2.5G TS)OTU2OTSiOTU3(ex OCh)OTU1OTU0OPU50 only

25G/50GbE

OPU25/50
ODU25/50

ODUflex(CBR)(1.25G TS)

9OTU50OTSi

OTU25FEC

400G光伝送に関わる主な標準化(4-2)⚫ ITU-T⚫ FlexO Frame structure⚫ G.709では OTUC4/ODUC4/OPUC4で400Gを規定⚫ 加え、OTUCn をフレキシブルに転送するた
めに FlexO を定義⚫ 100G, 200G, 400Gの光モジュールで転送するための定義として、FlexO-1,2,4 を規定⚫ FEC定義により複数の勧告で定義⚫ G.709.1 (FlexO-SR): RS (Reed-Solomon) FEC⚫ EOH/BOH: Extended/Basic Overhead⚫ G.709.3 (FlexO-LR): SC (Staircase) FEC,⚫ EOHでは Encryption も定義可能

CFEC (DSH), OFEC (Open FEC)

⚫ FlexO-4における実伝送速度(10～25%の帯域増加)⚫ FlexO-4-RS (RS FEC): 447.237898 Gbps
⚫ FlexO-4-SC (SC FEC): 450.937476 Gbps
⚫ FlexO-4-DSH (CFEC): 502.639686 Gbps
⚫ FlexO-4-DO (OFEC): 505.115743 Gbps
(ITU-T G.709.1から抜粋)

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B400G光伝送(特に800G)の動向

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800Gにおける主な取り組み⚫ IEEE802.3⚫ P802.3df, dj⚫ OIF⚫ 800ZR/LR⚫ ITU-T⚫ B400G (Beyond 400G) に向けた検討⚫ その他(本日説明からは割愛)⚫ 800G MSA⚫ https://www.800gmsa.com/⚫ QSFP-DD800 (QSFP-DD MSA)
⚫ http://www.qsfp-dd800.com/
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IEEE802.3⚫ 800G/1.6T向けイーサネットとしてP802.3dfが進行中(2024/7)⚫ https://www.ieee802.org/3/B400G/public/21_1028/B400G_overview_c_211028.pdf⚫ 上記のうち200G signaling rate (200G lane)については完成の時期を考慮して、P802.3djとして分離独立予定(2026/5)

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OIF 800G ZR/LR⚫ 800ZRは400ZRをそのまま800G対応にしたもの⚫ Single channel 800G coherent interface, 150GHz spacing⚫ Inter-DC applications over 80km reach⚫ 100GE/200GE/400GE/800G-ETC client types⚫

800G ETC: Ethernet Technology Consortium 定義の800Gイーサネット⚫ DP-QAM16 & OFEC
⚫ FlexO-8ベース (FlexO-8e) のフレーム定義⚫ (FlexO 向け Payload type も ITU-T G.709.1 から取得予定)

参考文献:
https://www.oiforum.com/wp-content/uploads/ECOC2022-Market-Focus-Gass-final1.pdf⚫ 800LR⚫ Unamplified link (6-8dB loss)⚫ Single channel 800G coherent interface⚫ Intra-DC applications up to 10km reach⚫ 400GE and 800G-ETC⚫ Form factor agonistic⚫ 低遅延、低消費電力なモジュール実現を目指し新たなコヒーレントIFを定義することが狙い
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ITU-TにおけるB400G検討⚫ 現在、以下の課題リストを設定のうえ寄書などを通じて議論進行中⚫ 課題リスト(項目)⚫ B400G OTN single vendor line-side interfaces⚫ B400G OTN multi-vendor line-side interfaces⚫ B400G OTN multi-vendor client-side interfaces⚫ 800G Ethernet client mapping⚫ 1.6T Ethernet client mapping⚫ OTSi (Optical Tributary Signal) bit rates

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ITU-TにおけるB400G検討⚫ 寄書に見られる主な傾向(参考)⚫ 大きな課題は、いかにしてクライアントでの速度とネットワークでの速度の差を縮めるか⚫ 主な例⚫ FlexO-8e: イーサネット信号のFlexOフレームへの直接収容 (ODUflex, ODUC8, OTUC8を用いない)。いわゆる ZR 関連ではこの方式に近いが、 FlexO にも明確に適用 (OIF 800ZR含む)⚫ FlexO-xu: 主に中国系が提案、ネットワークIFに対してイーサネットモジュールを流用できるよう従来のFlexO-xから速度を下げたFlexOを提案 (u: underclock)⚫ このままでは800GbEは収容できないので、クライアントのクランチングもあわせて実施⚫ その他、FlexO OHにODUCn OHを移植し、ODU, OTU OH領域を削減⚫ このような事情もあり、B400G検討ではまずは800Gに向けた最適な方式を模索する方向になっている

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考察・まとめ

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B400G伝送を考えるにあたって必要なこと⚫ クライアント(Ethernet)とネットワーク(WDM)との速度差を縮めること⚫ 代表的な手段は Transcoding (256B/257B)⚫ 今の多重階梯が、Ethernet / OPU / ODU(k,flex) / ODUCn / FlexOを経るためオーバーヘッドを縮退・場合によれば割愛する必要も (交換機能とのトレードオフにも)⚫ 多重度と交換機能(ネットワーキング)を考えること⚫ ZRの世界は、あくまで多重伝送だけで100G単位の Point-to-point伝送。
⚫ 800G (ODCU8) なら クライアント10Gでも多重はできますよね…

⚫ OTN(G.709)の世界では、交換可能な e2e ODUパスが定義可能⚫ ODUflexで提供できること(すなわち、ODUクロコン) の重要性・価値は？
⚫ もうひとつ、交換機能を提供する箇所はWDM(波長)にも存在⚫ そのため、(交換機能を使わなくても)グリッド規定準拠も必要⚫ 他、警報定義をどこまで考慮するか
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代表的なB400G向けトランスポンダーから考察する⚫ クラアント処理を行ったのち (OTN) Framer処理をへて、DSPにてデジタルコヒーレント技術を行い光信号として送信。

⚫ 受信側はこの逆の動作を取る

DAC

光送信器

ADC

光受信器

(LD, MZ, Drvなど)

TS
分散補償
偏波処理

FlexO

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(偏波分離, PDなど)

OPUCn
ODUCn
OTUCn

FEC
OPUk
ODUk

光送受信器

DSP

OTN Framer

FEC

Client Interface

B400Gを実現するための課題など⚫ 以下のトレードオフとどう対処していくかが、B400G、当面は800G光伝送技術実現に向けた課題⚫ 効率よいクライアント収容と多重: 従来のOTNマッピング規定に従うか、一部を割愛して帯域増加を抑えるか⚫ パス管理・警報処理: 帯域増加を抑えOH処理を割愛すると、従来のOTN技術で培われたパス管理・警報処理を犠牲にしかねない⚫ 適切なBaudレート定義：実際の光伝送速度を決める大事なファクター。800Gでは120-130Gbaudあたりが予測される*が、高baud レートは、波長帯域幅増加 (多重効率低下) にもつながるので、高 baud レートを目指せばいい、ということでもない

20(LD, MZ, Drvなど)

光送信器

DAC

デジコヒ変調方式
デジコヒ変調方式(偏波分離, PDなど)

光受信器

FEC

パス管理・警報処理

マッピング処理に伴う帯域増加

TS

適切なBaud(Symbol)レート定義

FlexO

ADC

OPUCn
ODUCn
OTUCn

FEC

効率よいクライアント収容と多重OPUk
ODUk

光送受信器

DSP

OTN Framer

分散補償
偏波処理

Client Interface* https://www.rd.ntt/research/JN202206_18480.html

B400Gを実現するための課題など⚫ 前スライドで示した課題(トレードオフ)に加え、実際の光伝送速度と伝送特性を決めるFECの存在を考慮すると、B400Gを実現するための基本特性がDSPに集約され、DSPの重要度がこれまで以上に着目されている、といっても過言ではない21

デジコヒ変調方式

光送信器

DAC

(LD, MZ, Drvなど)

デジコヒ変調方式(偏波分離, PDなど)

FEC

パス管理・警報処理

マッピング処理に伴う帯域増加

TS

適切なBaud(Symbol)レート定義

FlexO

光受信器

OPUCn
ODUCn
OTUCn

ADC

OPUk
ODUk

FEC

効率よいクライアント収容と多重デジタル
ならではの要求

光送受信器

DSP

OTN Framer

分散補償
偏波処理

Client Interface

光・アナログ
ならではの要求実際に。。。
⚫ OIF 400ZR文書、OpenZR+ 他、光トランシーバー関連の論文から見て取れるか

らは、DSPに関わる特性を仕様として明記する傾向強くなってるのも事実⚫ この傾向は800G以上でも継続されると想定される
NAGARAJAN et al, Low Power DSP-Based Transceivers
for Data Center Optical Fiber Communications
https://ieeexplore.ieee.org/document/9457175⚫ OIF 800G関連議論では実際に継続中
OpenZR+ 文書
Table 1-2: OpenZR+ Line Encoding, Modulation and Symbol Rate

DSP関連

DSP関連

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まとめ
⚫ 本発表では、B400G(Beyond 400G)動向を紹介するにあたり、現在の400G関連動向を再確認した上で、B400G, 特に 800G をめぐる動向について、標準化団体の状況を中心に紹介⚫ 対象となる団体⚫ IEEE⚫ OIF⚫ OpenZR+⚫ ITU-T など⚫ 上記状況から、これからのB400G, 特に800G実現に向け、どこに課題がある(どこが課題になる)かを考察・紹介した

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Thank you© 2022 Fujitsu Limited