ムーアの法則衰え知らず-商用シリコンでの800Gbps/1.6Tbps対応状況Shishio Tsuchiya
shtsuchi@arista.com

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ムーアの法則• ムーアの法則（ムーアのほうそく、英: Moore's law）とは、大規模集積回路（LSI IC）の製造・生産における長期傾向について論じた1つの指標であり、経験則に類する将来予測である。発表当時フェアチャイルドセミコンダクターに所属しており後に米インテル社の創業者のひとりとなるゴードン・ムーアが1965年に自らの論文上に示したのが最初であり、その後、関連産業界を中心に広まった。
• 彼は1965年に、集積回路あたりの部品数が毎年2倍になると予測し、この成長率は少なくともあと10年は続くと予測した。1975年には、次の10年を見据えて、2年ごとに2倍になるという予測に修正した。
彼の予測は1975年以降も維持され、それ以来「法則」として知られるようになった。
https://ja.wikipedia.org/wiki/ムーアの法則

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ムーアの法則 1971年〜2025年 2年毎に2倍1 Trillion

100 billion

54年間で1億倍の改善(2^27)
トランジスタの数が2300から2500億へ
2020

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2025

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

2020

2021

• 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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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
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商用シリコンの初のリスト• 2008年:最初の超低遅延24ポート10Gシングルチップの登場• 2010年:最初のVoQファブリックを備えたディープバッファ10Gチップの登場• 2011年:最初の64ポート10Gシングルチップの登場• 2012年:最初の32ポート40Gシングルチップの登場• 2013年:最初のVoQファブリックを備えたディープバッファ40Gチップの登場• 2015年:最初の32ポート100Gシングルチップの登場• 2016年:最初のVoQファブリックを備えたルータ100Gチップの登場• 2017年:最初の64ポート100Gシングルチップ登場• 2018年:最初の32ポート400Gシングルチップ登場(128ポート 100G)• 2021年:最初の64ポート400Gシングルチップ登場(256ポート 100G)

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PAM4(Pulse Amplitude Modulation:4パルス振幅変調)• 400G転送では従来のNRZ(Non Return to Zero)からPAM4に移行• 01,10,11,00の4つの電圧レベルのパルス信号として伝送
NRZ waveform for data: 0 1 1 0 1 1 0 0111PAM-4 waveform for data: 0 1 1 0 1 1 0 0Amplitude

Amplitude
0000

Time
Eye diagram for NRZ data

71111Public. Copyright © Arista 2022. All rights reserved.

01110100100
Time
Eye diagram for PAM-4 data

0100

400Gbpsプラットフォーム/7nmテクノロジー
12.8T

12.8T

256x50G PAM47060X4 / 7368
16nm

Tomahawk3

256x50G PAM47050X4/7368X47nm

7060X432x400Gbps
7360X432x400Gbps
128x100Gbps

8Public. Copyright © Arista 2022. All rights reserved.

16.8T

Trident4

144x50G PAM4
7280R3A
7nm

7280R3A24D12
7050X424 x400Gbps+12 x 100Gbps
32x400Gbps

7368X432x400Gbps
128x100Gbps

7280R3Aモジュラー
36x400Gbps
144x100Gbps

PAM4のインターフェース
400Gオプティクス

既存100Gオプティクス
電気信号: 4 x 25G NRZ

SwitchASIC

光波長: 4 x 25G NRZ

電気信号: 8 x 50G PAM-4

光波長: 8 x 50G PAM-4
OSFP or QSFP-DD

QSFPSwitchASIC

400G-SR8400G-2FR4DACs

または
光波長:4x 100G PAM-4
OSFP or QSFP-DD
SwitchASIC

8 x 50G->
4 x 100GGearbox
400G-DR4400G-FR49Public. Copyright © Arista 2022. All rights reserved.

100G DR/100G FRオプティクスモジュール
既存100Gオプティクス
電気信号: 4 x 25G NRZ

SwitchASIC

既存100Gオプティクス
光波長: 4 x 25G NRZ
QSFP

電気信号: 4 x 25G NRZ

SwitchASIC

光波長: 1 x 100G PAM4QSFP• 400Gの最大限活かし、既存の100Gシステムを収容可能な100G DR/FRモジュールが出荷されてくる
10Public. Copyright © Arista 2022. All rights reserved.

400G から 100G QSFPブレークアウトオプション

4 x QSFP-100G-DR

400G-DR4Parallel SMF (4 pairs)
500m
400G対応50G PAM4システム25NRZシステム

400G-SR82 x 100GEモードで設定

2 x QSFP-100G-SR4
Parallel MMF
100m

400G対応50G PAM4
システム

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25NRZ
システム

FinFETGAACMOS Process Nodes through 2025

•2nm

TSMC

Now

2021

2023

2025

Intel

Now

2022

2023

2025

Samsung

Now

2021

2024

2025

https://news.mynavi.jp/techplus/article/20211206-2217419/
https://eetimes.itmedia.co.jp/ee/articles/2108/03/news066.html
https://pc.watch.impress.co.jp/docs/column/kaigai/1072737.html

インテルがプロセスの命名規則を変更した理由と今後の展望 インテル CPUロードマップ
-12

3nm

5nmプロセス世代のトランジスタが見えてきた「Nanosheet」技術
-

•

5nm

Intelがプロセスの名称を変更、「nm」から脱却へ/10^-10 A（オングストローム)-•

7nm

TSMCが3nmプロセスを用いた半導体の試作生産を開始、台湾メディア報道-•

Process

https://ascii.jp/elem/000/004/064/4064468/

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2025年までの商用スイッチングシングルチップの容量

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スイッチで出荷されるSerDesのスピード

Bandwidth Shipping (Petabits)

60,000100G SerDesは2024年に急増し、2025年には支配的になる
200G SerDesは2026年より出荷開始される

45,000200 Gbps
100 Gbps
50 Gbps
25 Gbps
10 Gbps
1 Gbps

30,00015,000Source: 650 Group © 202214

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20262025202420232022202120202019201820172016201520140

スイッチ用シリコンの密度は2年ごとに倍増

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25.6T

51.2T

102.4T

512x50G SerDes
64x400Gポート
7nmプロセス

512x100G SerDes
64x800Gポート
5nmプロセス

512x200G SerDes
64x1.6Tポート
3nmプロセス

400Gオプティクス

800Gオプティクス

1600Gオプティクス

2022

2024

2026

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400Gbpsプラットフォーム/7nmテクノロジー
25.6T

512x50G PAM4
or 256x100G PAM4 Tomahawk4
7388X5/ 7060DX5

7060DX5-64S
64x400Gbps

16

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7388X5128 x 200Gbps
64 x 400Gbps

800Gbps

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800Gイーサネット
1. すべての次世代スイッチチップは、800Gイーサネットをサポート
8x100G SerDesを使用

2. 800Gイーサネットの仕様は2020年に完成
2020年にイーサネットテクノロジーコンソーシアムによって行われた作業
https://ethernettechnologyconsortium.org/wpcontent/uploads/2020/03/800G-Specification_r1.0.pdf

3. 800Gオプティクスは現在入手可能で、拡大中次世代オプティクスがシステムより先に準備できたのは初めて

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51.2Tbps 64 x 800G OSFPスイッチ 5nmテクノロジー
51.2Tbps

512x100G PAM4

Tomahawk5

64ポート 800Gまたは128ポート 400Gを2Uで• Tomahawk 5 / BCM78900 Series- https://www.broadcom.com/products/ethernet-connectivity/switching/strataxgs/bcm78900-series
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800Gオプティクスモジュール
名称

モジュレーション

距離コネクタ

800G-ZR

16QAM

100km

LC

800G-FR8/LR8100G-PAM4

2km/10kmLC

800G-2FR4/2LR4

100G-PAM4

2km/10km

DualLC

800G-DR8/2DR4

100G-PAM4

2km/10km

MPO/2xMPO

800G-SR8/2SR2

100G-PAM450m

MPO/2xMPO

ほとんどの800Gのモジュールはブレークアウトで使用される

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800Gブレークアウトアプリケーション
1. 800Gブレイクアウトは多くのユースケースをサポート
集約、混在、冗長性の向上、より大きな帯域の根本として

2. 800G からDual 400G-DR4/FR4/LR4/ER4 ブレークアウト
Dual LC、Dual Mini-LCまたはDual MPOでサポート。

3. 800G-DR8から8x100G-DRへのブレークアウト
Octal SN/MDCコネクターでサポート

2xLC
21

2xMiniLC

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2xMPO

8xSN

800Gデモンストレーション

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トップ5クラウドカンパニーでの800Gの移行

23

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1600Gbps

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オプティクスロードマップ

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102.4Tスイッチ 64 x 1.6T OSFP 2026

128x800G または256x400Gを1.6T OSFPでサポート
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1600G-OSFPオプティクスモジュール
1. 3nm 200G-PAM4 Serdesエコシステムがけん引する
5nmチップは全て100G-PAM4となる/200G-PAM4はサポートしな
い2. 主なユースケースは2x800Gと4x400G
Dual LC、Dual MPO、Quad SNファイバーコネクタを使用

3. OSFP-1600 の仕様が完成
1600G オプティクスのための堅牢な耐熱構造 (最大 33W)

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1.6Tbpsに早く到達する方法
1. OSFP-XD (eXtra Dense)へ
16Lane 40W対応

2. 16x100Gの1600G、16x200Gの3200G
100G-PAM4エコシステムで1600Gモジュールが使用可能

3. フロントパネルの密度は8レーンに比べ2倍になる
1U 51.2T（32x1600G）、102.4T（32x3200G）。

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OSFPおよびOSFP-XDロードマップ

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電気レーン vs オプティカルレーンスピード• 100G Lambdaは100G Switch Serdesの2年先を行っていた• 200G Lambdaは、200G Serdesの2年先を予想

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1.6Tbpsロードマップ
電気信号: 16 x 100G PAM-4

光波長: 16 x 100G PAM-4
OSFP-XD
4x400G MSA

電気信号: 16 x 100G PAM-4

OSFPor
QSFP-DD800/QSFP112
SwitchASIC

SwitchASICv

16 x 100G->8x 200G
Gearbox

2024電気信号: 8 x 200G PAM-4

2022Q4/2023-

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光波長: 8 x 200G PAM-4
OSFPor
QSFP-DD800/QSFP112

SwitchASIC

202631光波長: 8 x 200G PAM-4v

光学モジュールのフォームファクターのサイズ比較

1600G(16x100G)
3200G(16x200G)
40Wまで
400G(8x50G)
800G(8x100G)
1600G(8x200G)
33Wまで
400G(8x50G)
800G(8x100G)25Wまで内蔵されたヒートシンク+広い表面面積=高熱伝導率化

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400Gから800G、1600Gへの移行予測
2026年には800Gと1600Gが市場全体の45%を占める見込み
2026年には400G以下が全体の55%を占めると予想

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まとめ
1.

800G、1600Gポートへの急速な移行が進む
ビット当たりのコストと消費電力の削減が原動力

2.

800Gおよび1600Gのオプティクス大きな利点をもたらす
ビットあたりのコストと電力を削減

3.

ほとんどの800G/1600Gオプティクスはブレイクアウト・モードを使用
Dual 400G/800GおよびOctal 100G/200Gポート

4.

OSFP と OSFP-XD が 1.6T への唯一の現実的な道(現時点で)
QSFP-DDは耐熱対策が十分でない。

5.

200Gλオプティックスには2025年以降に開始100Gから200Gλへの移行は数年かかる

6.

51.2T や 102.4T では、Co-Packaged Opticsは必要ない。
システムの大部分はPluggable オプティクスを使用する。

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参考資料• The Road to 800G and Beyond Arista Andreas
Bechtolsheim- https://youtu.be/krEEnHjfvRQ• Arista 400G Transceivers and Cables: Q&A- https://www.arista.com/assets/data/pdf/Datasheets/Arista400G_Optics_FAQ.pdf• The Next Generation of Pluggable Optical Module
Solutions from the OSFP MSA- https://osfpmsa.org/assets/pdf/OSFP1600_and_OSFP-XD.pdf
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Thank You
www.arista.com
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