400G-ZR/ZR+ OSFP/QSFP-DD の対応状況
Shishio Tsuchiya
shtsuchi@arista.com

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クラウドネットワークでの100Gから400Gへの移行

Source: Brad Booth and Tom Issenhuth Microsoft, IEEE 802.3bs 400G

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100G-DCO

400G-ZR

100G-LR4400G-LR4100G-CWDM4100G-PSM4400G-FR4400G-DR4100G-AOC

400G-AOC

100G-CR4
4x25G-CR

400G-CR88x50G-CR

SoC(System On Chip)の容量変化
Lane(SerDes)のスピード
シリコンチップ

オプティクス

サポートできるLane数• SerDesスピードおよび1チップでサポートできるLane数によりSoC容量が決まる• ムーアの法則(2年間に2倍)をネットワークに3

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半導体技術の進化とロードマップ

65nm

スイッチチップ
CPUチップ

40nm

2010

40nm
28nm

2011

2012

20nm

2013

28nm
16/14nm

2014

2015

2016

16nm

7nm

7nm

5nm

10nm

2017

2018

2019

20202021• 半導体技術は進化しており、CPUチップの進化に追従し、スイッチチップも進化していく• 10年前はかなり遅れていたが、現在は最新のテクノロジーを用いた開発が進んでいる

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ブロードコム XGS/Tomahawk収容効率の変化
2015

Tomahawk

2017

28nm

Tomahawk2

x2

16nm

Tomahawk3

7260X364x100Gbps

x2

7260X332x400Gbps• 収容効率が向上するにつれてフロントポートも増える• 1年間で2倍の向上が見られた• ブロードコムでは7nm技術を使うTomahawk4もアナウンス済
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16nm

256x50G SerDes
12.8Tbps

256x25G SerDes
6.4Tbps

128x25G SerDes
3.2Tbps7060X
32x100Gbps

2018

BCM56990 Series
25.6 Tb/s StrataXGS® Tomahawk® 4 Ethernet Switch Series
https://jp.broadcom.com/products/ethernet-connectivity/switching/strataxgs/bcm56990-series• 7nmテクノロジー• 512 × 50G PAM4 SerDes• 64 × 400GbE• 256 × 100GbE

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オプティカルトランシーバー
1.
2.
3.

電気信号部分IEEEで定義される
SFP/SFP+/QSFPなど
MTP/LC/LR/SRなど
1.電気信号:IEEEで定義

3.光学インターフェース
コネクタタイプ

2.メカニカルフォームファクター
アライアンスやMSA(Multi-Source Agreements)で定義
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400Gのフォームファクター

CFP8QSFP-DD

OSFP

サイズ(HxLxT)

40x102x9.5

18.35x89.4x8.5

22.58x107.8x13.0*

MSA

http://www.cfp-msa.org/

http://www.qsfp-dd.com/

http://osfpmsa.org/

1Uでの最大パフォーマンス

8xCFP83.2Tbps

36 x QSFP-DD
14.4Tbps

36 x OSFP
14.4Tbps• 1U最大14.4Tbpsに収容可能なフォームファクターはOSFPとQSFP-DD*ヒートシンクを内蔵
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OSFPとQSFP-DDの比較

9メディア

OSFP

QSPF-DD

800G/ZRに必要な20Wに耐えうるか◎

X

800Gbpsへの上位互換◎

X

100Gbpsへの下位互換◎アダプタを使用◎

DAC最大長3m

2.5m

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OSFPとQSFP-DDを持つ筐体との比較
7060X4での比較• 32 x 400G OSFP
- 128 x 100G (パラレルオプティクス&ケーブル)- 128 x 100G (パラレルオプティクス&ケーブル)- 32 x 100G (OSFP-QSFP アダプタ)- 32 x 100G (QSFP28オプティクス)- QSFP28オプティクスと完全コンパチブル- QSFP28オプティクスと完全コンパチブル

オプティクス自身にヒートシンクを持つ

10• 32 x 400G QSFP-DD

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熱を放出する為の筐体が必要

マーチャントシリコンとベンダーASICの関係

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トランスポート分野のマーチャントシリコンの活用の背景• 汎用シリコンの小型化- https://www.broadcom.com/news/product-releases/broadcom-extends-stratadnx-switching-portfolio-tothe-networkedge- https://www.broadcom.com/company/news/product-releases/52196- ブロードコムがルーティング/ストレージの分野で広く採用されていたJercho/Qumran-MXシリーズの小型化/省電力モデル(QumranAX)を発表- これによりサービスプロバイダーでのアクセス分野でのマーチャントシリコンの活用が活性化- Jericho2でもJericho2c(5Tbps)/Qumran2c(2.4Tbps)/Qumran2a(800Gbps)をリリース• 汎用DSPの台頭- 40Gbps以上50km以上の長距離伝送の為にはDSPが必要になるが、今までは機器ベンダーがこれを開発し、２年以上のスパンでリニューアルしてきた、現在Acacia/Inphi/Fujitsuなどを代表とするマーチャントDSPは全体の1/3に過ぎないが、12ヶ月-18ヶ月でリニューアルしており、なおかつDSPをオプティクスに内蔵し、デジタル処理を行うDCOのサービスプロバイダーアクセスおよびDCIでの活用により、これが一般的になると言われている• 伝送システムのオープン化- OpenLineSystem/OpenROADEM/OpenConfig/ONOS/OpenDayLight/TAPIなど今まで支配的かつ占有的であった伝送システムにおいても、オープン化が進んでいる

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伝送システムの基礎用語
光信号を増幅させるWDMではEDFA(エルビウム添加光ファイバ増幅器)が使用される再構成が可能な光分岐/挿入を行う多重化システム

Transponder

AMP

AMP
ROADM

ROADM

Transponder

Transponder

MUX/DEMUX

光信号を光波長に変換

13Transponder

MUX/DEMUXMUXにて複数の波長の異なる信号を1つのファイバに入射させる/DEMUXにて合波された信号を複数の波長別に分離する

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伝送システムのオープン化
Transponder

AMP

AMP
ROADM

ROADM

Transponder

MUX/DEMUXTransponder

Transponder

MUX/DEMUX• 今までのトランスポートシステムはTransponder/MUX/DEMUX/AMP/コントローラーまでシングルベンダーで構築しなければならない
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Open Optical Line System

AMP

AMP
ROADM

Transponder

ROADM

Transponder

MUX/DEMUXMUX/DEMUX• 今までは最大波長まで同一ベンダーを使用しなければならなかった• Open Line SystemではTransponderをマルチベンダー化可能
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Interoperation of Layer-2/3 Modular Switches with 8QAM/16QAM
Integrated Coherent Optics over 2000 km Open Line System

https://www.microsoft.com/en-us/research/wp-content/uploads/2017/03/OFC2017_Microsoft_W4H.1_filer_interop.pdf

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BBバックボーン、大手町・有明エリア間で波長貸しサービス「BBB Spectrum」を提供開始～9ベンダー11製品とのAlien Wavelength接続を実証、IDCフロンティアのデータセンターからエリア拡大～
http://www2.bbbackbone.co.jp/info/index_pr6.html

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DSP提供方法と利点•In house

Optics+DSP•
DSPOptics

DSP

新しい技術導入-

機能のカスタマイズ-

Time to the market

ACO(Analog Coherent Optics)-

大きなチップの活用-

カスタマイズは割と簡単-ほどよい Time to the Market-

少しコストはかかるOptics
•

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-

DCO (Digital Coherent Optics)-

コストはかかる-

アプリケーションの柔軟性-

マーケットに依存したコスト

-

相互接続性

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100G/200G WDMの問題点

40ポートSFP+2ポートCFP2-DCO
48ポートSFP+6ポートQSFP

8ポートCFP2-ACO
ラインカード36ポート QSFP
ラインカード• CFP2フォームファクターにDSPが対応• 広く普及してるQSFP28フォームファクターと異なるパッケージに

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OIF Implementation Agreement 400ZR
https://www.oiforum.com/oif-publishes-implementation-agreement-for-400zr-coherent-optical-interface/• 増幅されたポイントーツーポイントの120kmまでのDWDMリンク• 非増幅のロスバジェット 11dBの一波長リンク• フォームファクターはQSFP-DD, OSFP, COBO, CFP2, CFP8など問わないが、DCOの内蔵を前提
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QSFP-DDの20W対応
http://www.qsfp-dd.com/wp-content/uploads/2019/07/QSFP-DD-Hardware-rev5p0.pdf• QSFP-DD Hardware Rev 5.0でType 2Aを追加• ヒートシンクを保持しており、これにより400G-ZRなども対応に• 800Gbps対応はQSFP-DD800 MSAにて- http://www.qsfp-dd800.com/
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OSPFを用いた400G DCIの新しいソリューション
Mux / Demux

Datacenter 1

Line System

Transponder

これまで“grey” client
hand-off optics

Datacenter 2
Transponder

Transponder and
DWDM optics

Datacenter 1

これから• DWDMシステムをスイッチの中へ統合

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1.

400G-ZR DWDMオプティカルモジュールでトランスポンダーを排除

2.

OSFP-Line System (OSFP-LS)モジュールで外部ラインシステムを排除

3.

外部Muxを排除するカラーレスな Mux / Demuxファイバー
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Datacenter 2

トランスポンダーを排除 400G-ZRモジュール• クライアントフォームファクターの400G DWDMオプティカルモジュール• 通常のOSFPポートに接続- ポート密度を損なわないDWDMオプティクス• Cバンドフルチューニング可能- 1波長毎に400G (DP-16QAM変調方式)• オープン-OIFによる標準化- 相互接続とマルチベンダー- 最も経済的なDCIオプティクス- 高価で独自のDWDMトランスポンダーを置き換える• 40-120kmのDCI接続には光学アンプが必要 (i.e. a line-system)
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外部ラインシステムを排除 OSFP-LSモジュール• 400G-ZRモジュールを40km-120kmに近づけるには光学アンプが必要- 従来は外部ラインシステムで提供されていた• OSFP-LSはOSFPパッケージの完全に自律した光学ラインシステム- あらゆるOSFPポートに接続可能- 400G-ZRのリーチを120kmまで増幅可能- 1km～120kmの任意のリンク長のゲインを自動設定- Plug&Playのシンプルさ
OSFP-LS

OSFP-LS, 前面図OSFP-LS, 回路図
Line Rx
Line Tx

Line (120km DCI)
LC connector
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Client (to/from 400G-ZR)
CS connector

Client Rx
Client Tx

エルビウム添加光ファイバ増幅器(EDFA)外部Mux/Demux装置を排除 – Colorless Fiber Mux• ファイバーベースのMux/Demuxを使用して最大8x 400G-ZRモジュールを多重化• 1本のファイバー・ペアで最大3.2TのDCI帯域幅を実現• Mux / Demuxファイバーはカラーレス。特定のポートと波長を一致させる必要が無いので、展開が簡単

8x 400G-ZR• Muxファイバーの任意のポートを400G-ZRモジュールに接続し、CLIなどを介して波長チャンネルを設定• 400G-ZRのコヒーレント受信機は、選択された波長チャネルにロック• 真のプラグアンドプレイ操作
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3.2Tbps 120kmのDWDM伝送を1つのボックスで• 3.2Tbps(400x8チャネル)の帯域をデータセンター間(-120kmまで)をOSFPオプティクスで実現
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OpenZR+
https://www.openzrplus.org/• OpenROADM MSA + OIF 400G ZR• 400G/300G/200G/100Gスピード対応- 400G-16QAM- 300G-8QAM- 200G-QPSK- 100G-QPSK

400ZR

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OpenZR+

ターゲット

DCI

キャリアROADMメッシュ

地方/長距離DCI/キャリア

クライアント400GE

100-400GE
及びOTN

100-400Gマルチレート

フォームファクタQSFP-DD/OSFP

CFP2

QSFP-DD/OSFP

SD-FEC

CFEC

oFEC

oFEC

<15W

-<20W

距離<100km>100km>100kmMSA

https://www.oiforum.com/

http://openroadm.org/

https://www.openzrplus.org/• マルチベンダーDWDM パワー

27OpenROADM

400GZR/400GZR+最新状況• 次世代400Gコヒーレント プラガブル トランシーバのポートフォリオを拡充- https://www.fujitsu.com/jp/group/foc/resources/news/press-releases/2020/20201009.html• Acacia Builds Upon its Coherent Pluggable Leadership with a Comprehensive 400G Portfolio- http://ir.acacia-inc.com/news-releases/news-release-details/acacia-builds-upon-its-coherent-pluggableleadership• Acacia Communications and NTT Electronics Announce Successful Interoperability Testing of
400ZR and OpenZR+- https://www.globenewswire.com/news-release/2020/10/01/2102153/0/en/Acacia-Communications-andNTT-Electronics-Announce-Successful-Interoperability-Testing-of-400ZR-and-OpenZR.html• 富士通/Acaciaなどが7nm CMOS技術を用いて400G-ZR/400G-ZR+モジュールをアナウンス• AcaciaとNTTエクレクトロニクスにて相互接続試験を実施

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まとめ• 7nmテクノロジーがスイッチチップやコヒーレントDSPで主流に• DSP内蔵のDCOがマーケットの中心に• OpenZR+でOpenROADMと400G-ZRのメリットを踏襲し、マルチレート/マルチベンダーでの長距離伝送をサポート• OSFP/QSFP-DDなど主流のフォームファクターで長距離伝送もサポート可能
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Thank You
www.arista.com
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