400GE高速伝送技術
2018.11.19
Huawei Technologies Japan

1

目次
400GE高速伝送と要素技術
IEEE 802.3bs 400GbE
Beyond 400GE
まとめ2

400GE高速伝送と要素技術

3

トラフィックの推移→年率1.3倍強

出展
総務省「我が国のインターネットにおけるトラヒックの集計結果（２０１８年５月分）」
総務省「我が国の移動通信トラヒックの現状（平成３０年３月分）」

4

加速するトラフィック増→ファイバ伝送容量増大へ
光ケーブルへの投資＜トラフィックの増加→ファイバ当たりの容量増によりギャップ解消
60

トラフィック (PB/Month)
光ケーブル (billion corekilometers)

50
トラフィック増加:
>30%
40

30

光ケーブル増加: <10%

20

MBB

100K+

1M+

10M+

100M+/5G

10G

40G

100G

400G

10

WDM/IP
05

CY03

CY08

CY13

CY18

CY23

400GE標準化への道筋
2013
2015
• ITU-T が400G• OIF が400Gマッピング標準化 • ホワイトペーを開始
パーをリリース

2016• ITU-Tが400Gマッピング標準
リリース

OpticalIP

2012•100GE 標準リリース

2014•400GE標準化の開始• IEEE, ITU-T, そして OIF が400G標準をリリース

62017•400GE標準リリース

400GE伝送のチャレンジ
Single λを使用した400G高速伝送の2 大チャレンジ• シャノン限界: Single λの400Gは伝送距離の理論限界に非常に近い.
• ハードウェア限界: Single λでの400G伝送はより高い信号ボーレートが必要.
結果として非常に広帯域のハードウェアが必要

100G

200G
400G

7

シャノン限界の理論的計算

400GE伝送チャレンジへのソリューション
現実のソリューション:•

短距離の場合はSingle λ、長距離の場合はDual λ600km

E2E 400Gチャネル 300km
75GHz

400G
Single λ: 直接, 簡単

8400G

200G

1000km+75GHz

200G

スーパーチャネルとDual λ: 低ボーレート, 長距離; Single λ時と同じスペクトラム効率

400G200G

100~150GHz

200GQPSK / 8QAM / 16QAM

Dual λの広帯域化:
 ワイドグリッドサイズ, 低ボーレート、より長距離

PAM4モジュレーション技術
PAM4で効率が100%向上

Ethernetに初めて摘要されたPAM4
NRZ

Driver25GE

CDR

TOSA LDROSATIA PD

PAM4 added

50GE
PAM4PAM4CDR

DriverTOSA LDROSATIA PD

8λ

400GE
•

925GはPAM4により50Gに倍増、最大400G•

50GEチャネルテクノロジーを共有する400GEと50GE

400GE対応トランシーバ群とその形状
QSFP-DD
400GE
Transceiver

OSFP
CFP8Spec

LR810KM 8*50G

FR82KM 8*50G

LR810KM 8*50GStandard

Released

Released

Released

None

None

Vendors

Ready

ReadyReadyPlanningPlanning

10

FR4LR48*50G
2KM 4*100G 10KM 4*100G Beyond 10KM
Initiated

400GE装置実装例
NE9000-8コアルータ
最大容量32Tbps

400GBASE-LR8 CFP8オプティカルモジュール

400GE Interface Card
LPUI-4T 8x400GE※ CFP8 10km対応

100GE Interface Card
LPUI-4T 40x100GE

11

IEEE 802.3bs 400GbE

12

400Gbps Ethernet標準の状況

IEEE Std 802.3bs™-2017
2017年12月6日に制定

13

400GE標準への多様な要求条件
 多様なアプリケーション
 多様なニーズ 多様な伝送距離 多様な帯域増加率

Source: IEEE 802.3 Ethernet Bandwidth Assessment, 2012
http://www.ieee802.org/3/ad_hoc/bwa/BWA_Report.pdf

14

400GE標準の決定要素
Faster# Paths

The never ending balancing
acts!
# λs

Modulation

15並列伝送数とEthernet伝送レートの関係

16

400GEアーキテクチャ
 400GMII – 400Gigabit Media Interface
 Physical Coding Sublayer (PCS)

Coding, distribution, alignment
FEC required Physical Medium Attachment (PMA)

Adjusts 16 PCS Lanes to # of PMD Lanes
Required as part of 400GAUI-8/16

 400GAUI-8/16



Chip-to-chip or Chip-to-module interface
400GAUI-16 – 16 lanes @ 25Gb/s (NRZ)
400GAUI-8 – 8 lanes @ 50Gb/s (PAM4)

 Physical Medium Dependent (PMD)
17Interfacing to the transmission medium

The IEEE 802.3bs 400 GE Optical Family
ポートタイプ18

伝送距離400GBASE-SR16

At least 100m

400GBASE-DR4

At least 500m SMF

400GBASE-FR8

At least 2km SMF

400GBASE-LR8

At least 10km SMF

構成
16 x 25 Gb/s NRZ
16 parallel multi-mode fiber

4 x 100 Gb/s PAM4
4 parallel single mode fibers

8 x 50 Gb/s PAM4
Duplex single mode fiber

8 x 50 Gb/s PAM4
Duplex single mode fiber

IEEE 802.3 400 GE新規プロジェクト
Standards ProjectDescription• Developing 100 Gb/s
IEEE P802.3ck 100 Gb/s, 200 Gb/s, andsignaling for electrical
400 Gb/s Electrical Interfaces Task Force

Status(as of 6/2018)

Schedule

Baseline
Selection

No Timeline
adoptedEst - 2021

Baseline
Selection

No Timeline
adoptedEst – Jun 2020

Study Group– Requesting
PAR @ July
18 Plenary.

Est (assumesplitting into 2project)
40 km - Jun 2020
80 km > Mar 2021

interfaces, backplanes, twinaxial cu cables

IEEE P802.3cm 400 Gb/s over Multimode • Developing MMF solutions tosupport 4 and 8 parallel fiber
Fiber Task Forcesolutions up to 100m MMF

IEEE 802.3 Beyond 10 km Optical PHYs
Study Group19• Developing 40km solutionsfor 50/200/400 GbE• Developing 80km solutionsfor 100 / 400 GbE over DWDM
Systems

Beyond 400GE

20

ファイバーシステムにおける「ムーアの法則」
Global Network Traffic Historical & Forecast Source: OVUM, Global Network Traffic Forecast

Exabyte per year

* Assumed based on OVUM’s data

1800
1500
1200
900

600
3000
2013
2013

2014

100G per λ8T per fiber
28nm process node

2015

2016
2016

2017

2018

2019
2019

2020

2022*
2022

200G per λ400G per λ800G per λ16T per fiber
28nm/16nm process node

32T per fiber
16nm/7nm process node

64T per fiber
5nm process node

先行する長距離・WDM技術のEthernet技術へ展開

212021*

Beyond 400GEに向けた要素技術


高次モジュレーションの導入QPSK

16QAM

64QAM

128QAM

256QAM

512QAM

2-bit

4-bit

6-bit

7-bit

8-bit

9-bit

5-THz Cband Capacity

 C band capacity limited
 超広帯域オプティカルアンプが必要 柔軟な送信スキームの導入

22周波数利用効率：12 b/s/Hzの記録達成
Single fiber 151Tb/s for 200km transmission
••
•
•
•

Flexible transmitter scheme
200 C+L Channels in 10-THz
G.654 fiber+ Back-pumped Raman Amp.
Modulation format: 256QAM
Net capacity:120 Tb/s with 25% FEC.

•Spectrum efficiency = 12 b/s/Hz

400 channel BER performance

FEC limit

After 200 km fiber
WSS

23

まとめ24まとめ 400GEは実用化フェーズに 将来はさらに400GEを超えて高速化

25