IEEE 802.3baのブラッシュアップを目論んだ「P802.3bm」、100Gbpsで到達距離100mを目指す

12レーンで120Gbpsの「CXP」、「100GBASE-SR10」でサポート

　前回までの通りCFPの標準化も終わり、これを利用した例えばFSのCISCO CFP-100G LR4互換のモジュールなどが世の中に出回るようになったが、いかんせん「デカい」という不満はあり、それもあってCFP MSAではより小型のモジュールの標準化にも着手し、「CFP2」や「CFP4」といった規格が策定された。

　だが、これは「IEEE 802.3ba」以降の規格の対応も含んだ話なので、もうちょっと後で触れることとしたい。ただCFPが唯一の100G Ethernetモジュール規格ではなく、ほかにもある。

SFF-8617そのものは12対のマルチレーンケーブルを引っ張り出すためのコネクタで、実際InfiniBandで銅配線を使う場合、ここからシールドケーブルが出てくる格好だが、これを光ケーブルに置き換えるかたちで使われた模様。出典は「SFF-8617」のFig 3-1

　まずは「CXP（100G eXtended capability Pluggable）」という規格だ。これは実はInfiniBand方面からのもので、InfiniBand QDRでは1レーンあたり10Gbps、InfiniBand x12構成では12レーンで120Gbpsとなる。

　120Gbpsのモジュールは、SFF-8617のコネクタを利用し、前々回に説明したMPO光コネクタをここに組み合わせるかたちで実装された。

　実際にはこのコネクタ内部に、850nm帯を使う10Gbpsの光トランシーバーが12対収まっている格好だ。InfiniBandではこれを用いて、120Gbpsでの接続（以下左）や、3×40Gbpsでの接続（以下右）などが可能になっている。

120Gbpsでのスイッチ同士の接続。出典は"100G CXPモジュールとその使用法」"（FS）

こちらはInfiniBand 12x→3×InfiniBand 4xに変換し、3つのスイッチへ接続する例

　これはInfiniBand QDRのケースだが、「100GBASE-SR10」の場合もやはり850nmを利用した10対の接続となる。なので、12対のうち10対だけを利用することで、100GBASE-SR10の利用が可能になるわけだ。ちなみに、このCXPの仕様は、「InifniBand Architecture Specification Volume 2 Release 1.2.1」のAnnex A6に「120 Gb/s 12x Small Form-factor Pluggable（CXP）」として定義されている。

　ただ、特にMellanoxのイーサーネット機器などでは、両対応の製品も少なくないこともあり、それなりに広く利用された。何よりCFPと比べてかなり小さい上にInfiniBand QDR 12xケーブルと共用なので、それなりに量産効果が期待できる（正確には100GBASE-SR10との共用でInfiniBand QDR 12xケーブルの価格低下が期待できるというべきか）というわけだ。

　CXPの欠点は、100GBASE-SR10（と銅配線の場合は「100GBASE-CR10」）“しか”サポートしないことだ。これはInfiniBand QDR 12xと親和性のある規格が、100GBASE-SR10と100GBASE-CR10しかない以上はどうしようもない。また、モジュールのサイズが小さいので、ギアボックスを内蔵する余地もなく、高速化や他規格への展開という話は全くない。

CPAKモジュール各種。左上から時計回りに「100GBASE-LR」、「100GBASE-ER4 Lite」、「100GBASE-SR10」、10×「10GBASE-LR」。出典はCisco CPAK 100GBASE モジュールのウェブサイト

　もう1つがCPAKモジュールで、こちらはCiscoの独自規格だ。サイズ（幅×奥行×高さ）は、CFP（82×144.8×13.6mm）とCXP（24×62×16.2mm）の中間にあたる34.8×101.2×11.6mmとなる。こちらはCisco独自ということで、ある意味特定ベンダー向けではあるのだが、何しろCiscoが広く普及しているだけに、それなりに広く利用されていた。

バックプレーン向けCopper接続の「P802.3bj」、4×25Gで100Gbpsを実現

　このようにモジュール規格が一通り出そろったことで、40Gと100GのEthernetはそれなりに普及を始めたが、確かにコストは4×10Gあるいは10×10Gより下がっているものの、まだ高いという意見が付いて回った。

　これは当たり前の話で、100Gであればケーブルが10本、トランシーバーが10対となり、10倍とはならなくてもそれなりに原価が上がる。いくら量産効果といっても、そうそう価格が下がるものではない。もう少し抜本的にコストを削減できる規格が欲しい、という声は高かった。

PCB（配線基板）ないし銅配線（2軸ケーブル）4対での配線をなんとか可能にしたい、というニーズがよく分かる。出典はP802.3bjのObjective

　まず最初に立ち上がったのは「P802.3bj」である。これはバックプレーン向けのCopperでの接続である。やはり100GBASE-CR10や「100GBASE-KR10」での10×10Gという構成は配線数が多すぎて使いにくいし、「40GBASE-CR4/40GBASE-KR4」の4×10Gでは帯域が足りないということで、40GBASE-CR4/40GBASE-KR4と同じ4対の配線で100Gを実現したい（つまり4×25G）というニーズに対応したものである。

　こちらは2010年11月にStudy Groupが結成され、2011年7月にPARが出て、9月にTask Forceが結成されている。こちらも若干紆余曲折はあったものの、2014年にはDraft 3.2が承認され、これをベースに「IEEE 802.3bj-2014」として標準化が完了した。ただ、これは銅配線の話なので、今回はおいておこう。

Energy Efficient Ethernetへの対応は後追いで2012年に追加された。出典はP802.3bm Objective

　このP802.3bjに続いて発足したのが「P802.3bm」である。そのObjectiveが右のスライドで、要するにIEEE 802.3baで10×10Gだったものを、全部4×25Gに置き換えよう、というのが趣旨である。40Gについては、結論から言えば最大40kmの「40GBASE-ER4」が追加されたのが唯一の違いとなっている。

　ただ、こうなるまでにはいろいろな紆余曲折というか、なかなか楽しい議論があったようだ。以下のスライドは2012年11月に行われたTask Forceの第2回の会合で出されたものだが、まず「100GBASE-LR4」については「CAUI-4」が登場すると、トランシーバーとの配線が4対に減り（以下左）、長期的には2対になるとしている（以下右）。

「CAUI-4」は信号速度25GbpsのCAUI。今は10GのCAUI×10だが、Gearboxをまず外付けして4対とし、最終的にはMAC側に内蔵するもの。以降のスライドの出典は全て"100GbE Optics Evolution"

問題は2対（＝50G）にするときにエラー訂正なしで問題ないかがまだはっきりしないことで、エラー訂正が必要ならFECを挟めばいいのだが、それくらいなら4対のままでいい気がする

　これは100GBASE-SR10も同じで、今はCAUIベースで接続されているが、やがてはCAUI-4に切り替わることが予定されており、その場合はトランシーバー側にもGearboxが必要になるとしている（以下左）。これはインターフェースがそう変わってしまえば仕方のない話だろう。その先は「CAUI-2」へ移行（以下右）される予定だ。FECに関しては、100GBASE-LR4についての右上のスライドと同じだ。

100GBASE-SR10の場合、原理的に10対の信号が必要なので、しばらくはCPPIでの接続になり、その後でCAUI-4になるとする

余談だが、Ethernet Allianceはこの「CAUI-2」に続いて、つまり1レーンで100Gbpsの「CAUI-1」を最終的に打ち立てるつもりだった

到達距離100mの「100GBASE-SR4」ではFECが必須に

　さて、今回追加予定の「100GBASE-SR4」は、まず100mの到達距離のものについてはFECが（相手との通信のために）必要であり、しかも当初は既存の100GBASE-SR10のMACとの互換性を保つためにCAUIでの接続になり、これが後でCAUI-4に切り替わるという見通しを述べた。

　100GBASE-SR10では、100mでもFECは必要ないが、4×25Gにするとエラーレートが上がるため、FECなしでは無理と判断したようだ。長期的には、これを「CPPI-4」にしたり、更にCAUI-2を採用したり、ということも考慮されている。

FECをホスト側に入れる場合、出力にはIEEE 802.3bjの方式を採用するため、CAUI-4と同じ4出力になり、Gearboxは不要になるということらしい

CPPI-4を使えばRetimerを省けるというのが一番上の案のメリットであるが、割と無理やりな気もしなくはない

　一方、到達距離20mの100GBASE-SR4に関しては、CAUI-4を使う限りFECなしでも問題ないと判断したようだ。もっともCPPI-4を使う場合、ひょっとするとFECが要るかもという、やや迷いを含んだ図となっていて、こちらではFECを含まない例も出てきている。また、将来的にはCAUI-2への移行も当然睨んだものとなっている。

Gearboxには100GBASE-SR10のMACを使う関係で、もうこれは必須だ

MACとPHYの両方にFECを入れる必要があるなら、CPPI-4は使わない、としている。妥当な判断だろう

　またこの議論が行われていた時点ではまだPAM4（4値変調）を利用する予定はないが、もし必要であれば使える、というのが以下左のスライドだ。FECが要るかどうかははPAM4の作りにも依存するので、とりあえず入れてみたものの必要かどうかは不明とされる。これも長期的には、CAUI-2に移行すると言うわけだ。

現状だとCAUIベースで、CAUI-4が出ればそちらに切り替えることになる

これに関してはここまでと同じ議論だ

　この議論はやや先走った感もあるが、P802.3bmでは、単に4対のMMFで100Gbpsを100m通せるようにすること以上に、AUIの変更まで含めた、いわばIEEE 802.11baのブラッシュアップを目論んでいたことが、こうした議論からも読み取れるかと思う。