期待のネット新技術

10Gbpsのシリアル通信規格「XFP」、これを置き換えた「SFP+」

【光Ethernetの歴史と発展】

 Ethernetというか10GBASE-Tに関しては、2017年から【10GBASE-T、ついに普及?】と題し、全11回と番外編2回をお届けした。だが、ツイストペアによる銅配線のEthernetは10GBASE-Tまでで、25/40GBASE-Tはまだまだ実用化には至っていない。

 【アクセス回線10Gbpsへの道】とも一部は被るかもしれないが、ここでは光ファイバーを利用する“光Ethernet”を紹介していこう。

 前回紹介したように、10GBASEで使われているトランシーバーモジュールの規格は、XENPAK→X2→XFP→SFP+の順で利用された。今回はその後編となる。

10Gbpsのシリアル通信規格「XFP」はZENPAKやX2から小型化

出典は「XFP Revision 3.1 Adapter Revision」のFigure 20

 XFPの機械的形状は、前回も掲載した右の図に示した通り、モジュールをケージアセンブリーに装着。そこにヒートシンクが装着されるかたちとなる。モジュール寸法は48~71.1×18.35×8.5mmと、ZENPAKやX2と比較して一回り小さい。

 重量に関しては特に規定はなく、実際市販されている製品でもほとんどが数十gで、100gを超えるものはそう多くない。もっとも前回も紹介した「XFP Twinax Cable」」といった製品のように、ケーブルとモジュールを一体化して提供される製品も少なくなかったので、重量への規定はあまり意味がないのかもしれない。

 一見すると簡単に着脱できそうな構成で、ZENPAKやX2とは異なりフロントパネルへのねじ止めもできないため、すぐ抜けてしまう心配がある。だが、内部にはラッチ機構が設けられている。その部分は少し凹んでおり、ケージ側から爪(というかラッチ)がせり出すかたちで緩み止めとなる仕組みだ。ラッチは6Nの力が掛かると外れるようになっている。

出典は「XFP Revision 3.1 Adapter Revision」のFigure 31

 さて「XFP MSA」であるが、2003年に「XFP Revision 3.1 Adapted Revision」をリリースしており、2004年4月13日に「Revision 4.0」、2005年8月31日に「Revision 4.5」がリリースされている。

 ただ、XFP MSAとしての活動は、どうもこのRevision 4.5をリリースした2005年8月が最後のもののようだ。XFP MSAのプレスリリースは2002年に3本出されたにとどまっており、XFP MSAのサイトでも、配布されているのはRevision 3.1までである(ウェブサイト自体は2009年まで存続していた)。もっとも、3.0以降の変更は以下のようなもので、あまり大きな変更はない。

  • 3.0 Adapted Specification
    (合意された正式版)
  • 3.1 Modified Copyright Statement
    (コピーライト表示のみ修正)
  • 4.0 Updated CRC R/W, Updated Designations, and Updated Registers Nomenclature
    (若干の仕様の修正と不明確な点の明示化)
  • 4.1 I2C Errata,S-parameters adjustment,Annex E3,Correcting mixed mode equation of Annex C4, Annex for BER 1E-15, address role over
    (仕様の誤りの修正)
  • 4.5 Non-EQJ Jitter definition, Annex E3, and Bail Color.
    (不明確な点の明示化)

 そして、4.0以降のリリースについては、XFP MSAではなくSFF Committee(その後にSFF-SIGとなり、現在はSNIAに統合されている)が配布を行うこととなり、これにあたって「INF-8077i」というドキュメント番号も付いた。

 仕様の策定はあくまでもXFP MSAが行い、SFF Committeeは配布を行うだけ、というかたちではあったが、要するにXFP MSAが店じまいするので、ドキュメントの配布をほかに任せた、というのが正確なところではないかと思う。最新版となるRevision 4.5は、SNIAの「SFF Specifications」から入手可能だ。

20ピンコネクタを維持しながら10Gbpsに対応した「SFP+」、XFPを置き換え

 続く「SFP+(Small Formfactor Plugglable Plus)」は、XFPを次第に置き換えていった規格であり、現在も広く使われている。このSFP+は、やはりSFF Committeeの「SFF-8431」として、まず2006年6月に「Public Draft Revision 1.0」がリリースされ、最終的に標準化が完了した「Revision 4.1」が2009年7月に発表された。その後「Revision 4.1 Addendum」が2013年9月に追加されている。

これは「SFP+」ではなく「SFP」の方だが、機械的形状に差はない。出典はWikipediaの「SFPトランシーバ」 photography by Christophe.Finot, CC 表示-継承 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=50571220による

 SFP+の仕様策定を行ったのはSFF Committee自身だ。その仕様策定に関わったメンバー企業には、AMCC、Amphenol、Arista Networks、Avago、Broadcom、Cinch、Clariphy、Cortina Systems、EMC、Emulex、ETRI、Finisar、Foxconn、Fujitsu CPA、Hewlett Packard、Hitachi GST、JDS Uniphase、Luxtera、Molex、NetLogic uSyst、OpNext、Panduit、Picolight、QLogic、Samsung、Sumitomo、Sun Microsystems、Tyco、Vitesse Semiconductor、W.L.Goreといったメーカーが名前を連ねている。

 ちなみにSFF-8431はあくまでもモジュールの機械/電気的特性を定めた規格であり、これとは別に「SFF-8472」としてSFP+の管理用インターフェースに関する定義が定められており、この両方の仕様を満たす必要がある。

 さて、SFP+と書くからには、その元になるSFPについては、以前に本連載の『10Mbpsの「MII」から1000MbpsのCisco独自規格「SGMII」まで』で紹介したとおりだ。

 その仕様によれば、サイズは56.5×13.7×8.6mm(ちなみにケージへの挿入部分は45×13.7×8.6mm)と、XFPよりややスリムな程度だ。電気的なインターフェースは、100MbpsではRMIIを、1GbpsではSGMIIを利用しているが、これによって20ピンコネクタを維持しながら、1GbpsのEthernetを利用可能としている。

 SFP+は、このSFPモジュールと互換性を保ちながら、10Gbpsを通せるように工夫した規格ということになる。ZENPAK/X2/XFPはいずれも独自規格で、既存の100M/1Gのトランシーバーとは互換性がなかった。ここに互換性を持たせることで、エンドユーザーの利便性を図ろうというわけだ。

 なので、機械的形状とコネクタ配置はSFPと同じままで、通す信号だけがSFIとなった。SFIというのは“ホストとSFP+モジュールの間を繋ぐ高速信号の名称”と、SFF-8431では定義されているが、要するにXFIのことだ。

 SFIは、FR4基板の上で最大300mm程度引っ張り回せるインピーダンス100Ωの信号であり、電気的特性はXFIと事実上同じだ。XFIはXFPの用語であって、SFP+としては自身でもう一度定義し直す必要があったため、SFIという名前にしたというところだろうか。

 幸いだったのは、XFPのお陰でXFIを利用してのモジュールに関して、メーカーなどには既に一定の知見が蓄積されていたことで、これもあってSFP+の開発はそれほど難しくなかったようだ。

 もっとも、例えばスイッチを開発しているメーカーは、SGMIIとXFI(と、必要ならさらにRGMII)の信号を、装着されたトランシーバーに応じて切り替える機構が必要となるので、単にモジュールだけ作ればいいというわけではない。このため、必ずしも楽に移行できたということでもないだろう。

 XFPに比べ、さらに厳しかったのは消費電力だ。「Power Level I Module」と「Power Level II Module」の2つあり、前者は1W、後者は1.5Wでしかない。実はもうこの時点で、2009年当時の10GBASE-Tモジュールは、コントローラーだけで2~3W消費するために全滅なのだが、逆に光モジュールに関しては、これで対応できると判断されたようだ。

10GBASE-CXをSFP+で扱う「10GSFP+CU」、消費電力減が実現しつつある10GBASE-T普及までの中継ぎに

 余談になるが、このSFP+はまだDraftの段階で“10GSFP+CU”がオプションで追加された。『同軸ベースの「10GBASE-CX4」、SFP採用の「10GSFP+CU」が先んじて普及』で紹介した、10GBASE-CXをSFP+で扱うためのものである。

 これは、SFF-8431のAppendix Eに収められているが、2007年8月に発行された「Revision 2.1」では、まだAppendix Eそのものが空白であり、2007年12月の「Revision 2.2」である程度まで追加され、2008年5月の「Revision 3.0」でブラッシュアップされた。

 以前の記事では「実は2008年の終わりから2009年にかけ、いくつかのベンダーは10GBASE-T対応製品を中止あるいは凍結し、代わりに10GSFP+CUでの製品提供をアナウンスし始めた」と書いたが、これはこのRevision 3.0をベースにしたものだった。これが普及したことで、10GBASE-Tの普及までの中継ぎとして、10GBASE-CXが利用できるようになったことは大きな功績ではないかと思う。

 もう1つ余談を書いておくと、最近、10GBASE-Tコントローラーの消費電力が下がったことで、SFP+モジュールに収まるものが出てきたが、その中には2.5GBASE-T/5GBASE-Tにも対応した製品がある(例えばMikrotikの「S+RJ10」)。

 この場合、SFIのスピードを落とさないと帳尻が合わないことになるが、少なくともSFF-8431には、今のところそうしたオプションがない(Appendix Fで1.25GBd Optionは追加されているが、これだと性能的にマッチしない)。

 当面は特定メーカーの独自規格として提供される(から対応できるスイッチも限られる)というかたちになりそうだが、その2.5GBASE-Tや5GBASE-Tは、特にWi-Fi 6/6Eのアクセスポイント向けに急速に普及を始めており、そろそろ何かありそうな気もする。

大原 雄介

フリーのテクニカルライター。CPUやメモリ、チップセットから通信関係、OS、データベース、医療関係まで得意分野は多岐に渡る。ホームページはhttp://www.yusuke-ohara.com/