25Gbps×4で100Gbps、光Ethernet第2世代「IEEE 802.3bm-2015」の各規格が標準化

第1世代は10Gbps×10、第2世代は25Gbps×4、第3世代は50Gbps×2の構成で100Gbpsを実現

　前回、「QSFP28」まで説明が終わったところで、規格の話に戻りたい。

　光Ethernetに関しては、100Gbpsが3世代存在する。第1世代が「IEEE 802.3ba-2010」で、これは10Gbps×10だ。第2世代が「IEEE 802.3bm-2015」で25Gbps×4、これに続く第3世代の「IEEE 802.3cd-2018」では、50Gbps×2の構成であり、「100GBASE-SR2/100GBASE-DR」が追加されている。

　100Gbps×1には、どうやってもならなかった（実際は100Gbps×1も現在は可能なのだが……）あたりについては、少し説明が必要だろう。

　IEEEとしては、もちろん100Gbpsの標準化で満足しているわけではなかった。そもそも実質は、「100GBASE-SR10」では10Gbps、「100GBASE-SR4」でも25Gbpsでしかないわけで、1対あたりの速度をどうやって高めるかが、それぞれの規格策定中も模索され続けていた。

　もう1つはトータルとしての帯域向上である。例えばEthernet Allianceは、以下の2014年ロードマップにおいて、2017年には400GbEが実用化されるとの見通しを示していた。

まだのどかというか、この後の多数の派生規格を生む状況が予想できない段階でのロードマップ。出典は"Ethernet Alliance Technology Roadmap"

　実際、初の400Gbpsの規格だった「400GBASE-SR16」の標準化は2017年末に完了したので、ぎりぎりロードマップは守られた。ちなみに、2018年におけるロードマップは以下で、派生規格がいきなり湧くことになった。

2018年のロードマップは解像度が荒く、この部分は全く同一なので2020年版から抜粋した。出典は"2020 Ethernet Roadmap"

　具体的は派生規格は以下のようなものだ。

　メインストリーム（？）は100Gbpsから200/400Gbpsまでとなるが、まずは25/50Gbps Ethernetについて、今回は紹介しよう。

25G Ethernet Consortium結成、「P802.3by」で「25GBASE-CR/KR」として標準化

　2014年7月、25G Ethernet Consortiumという業界標準団体が結成される。メンバーはArista、Broadcom、Mellanox Technologies、Google、Microsoftの5社だ。前から3社はともかく、ネットワークの提供側ではなく利用者側であるGoogleとMicrosoftが加わっているのが目を引く。

　利用側から見れば、いつまでも10Gbpsベースのままでは埒が明かないし、かといって100Gbpsはなかなか出てこないため、自分たちの欲しいネットワーク規格を自ら策定しようということだと思われる。この25G Ethernet Consortiumは、その後で素早くSpecificationもリリースする。

　ぶっちゃけると、この25G Ethernetは100GBASE-SR4を1レーン、つまり25Gbps分だけ利用する規格なので、ほぼIEEE 802.3bjの策定作業が終盤を迎えていた2014年段階のドラフトをベースにすれば仕様策定は難しくなかっただろう。それもあって、2014年10月には早くもVerification IP（システム検証用のIP）がCadenceから発表されたという有様だ。

　ちなみに、25G Ethernet Consortiumという名前ながら、Specificationは25Gbpsと50Gbpsの両方を包括するものとなっている。この50Gbpsの方の規格は100GBASE-SR4の半分という単純なものではない。

　それもあってSpecificationもややチャレンジャブルなものであるが、IEEEと異なり、さっさとSpecificationを定められる（問題があればSpecificationをReviseすればいい）というあたり、業界標準団体のいいところだ。2017年には、もう25G/50Gモジュールを利用したPlugFestが開催されている。

　ただ、25G Ethernet Consortiumにも最後まで独自仕様のままで通すつもりはなく、Consortium結成の直後からIEEEに働きかけてTask Forceを構成する。「P802.3by」としてナンバリングされたこの25G EthernetのPARは、2014年末に承認され、2015年から仕様策定作業に入った。

　ただし、基本的な考え方は既にある25G PHYを単独で利用しようというもので、その意味では特に目新しい話はなかった。実際、4レーンから1レーンに減らすことで、信号のフォーマットが変わったりはしないからだ。

まぁ100GBASE-KR4/CR4/SR4を1レーンで使う、という以上の話ではない。出典は"Brief Overview of the 802.3by draft standard"

　ちなみに上の一覧で見ると、「25GBASE-CR-S」および「25GBASE-KR-S」という、見慣れない"-S"付きの規格がある。これはRS-FECをサポート“しない”ものだ。25G Ethernetの構造は以下の通りだが、FECについては"条件次第で利用"となっている。

元の図は「IEEE-802.3by-2016」のFigure 105-1だと思われる。出典は"Brief Overview of the 802.3by draft standard"

　実際、25GBASE-CRは銅ケーブル、25GBASE-KRはバックプレーン向けとなるので、「FEC（RS-FEC）」を利用する方が一般的だとは思うが、中にはFECなしで行けるという（超短距離向けなどだろうか？）用途向けに、RS-FECのない規格も入っている。逆にいえばその程度の違いでしかない。

　そんなわけなので、こちらはあまり問題もなく、2016年3月にはDraft 3.1も出て、これをベースに標準化が完了している。

「P802.3cc」で標準化された「25GBASE-LR/ER」、1対のSMFで10/40kmの到達距離を実現

　それを追いかけるように、2016年5月にTask Forceが構成されたのが「P802.3cc」であり、「25GBASE-LR」および「25GBASE-ER」の標準化が行われた。こちらは「100GBASE-LR4」および「100GBASE-ER4」を1レーンのみで運用するという構成だ。

ここでの"initial 25Gb/s Ethernet specification"とはIEEE 802.3byのこと。出典は"P802.3cc 25GSMF:CSD Responses"

　特性などは100GBASE-LR4および100GBASE-ER4と変わらず、単に1対というだけだ。これは先の25GBASE-SRも同じだ。どちらも1本のSMFで接続され、25GBASE-LRが10km、25GBASE-ERが40kmという到達距離となる。

　ただ、25GBASE-SRに対するニーズはまだ分かるが、この到達距離であれば一気に100GBASE-LR4/ER4へ行くのでは？　という気はしなくもない。ただ、説明によれば「コアネットワークは100Gbpsで運用されるが、そこから分岐する先は、100Gbpsでなくて構わないにせよ10Gbpsよりは高速なことが求められており、25Gbpsへの移行は自然な流れ」としている。

なんとなく強弁が過ぎる気もしなくはない。出典は"P802.3cc 25GSMF:CSD Responses"

　そしてメーカーとしても商機を見出しているので、標準化を進めて欲しいということだろう。IEEE 802.3byよりも、検討すべき事象がさらに少ない（銅配線やバックプレーンに関する議論をしなくて済んだ点も大きい）と思われることもあってか、2017年末に「IEEE 802.3cc」として標準化が完了している。

　さて、25G Ethernetはそんなわけで比較的スムーズに終わったわけだが、こちらは技術的に言えば第2世代にあたる、レーンあたり25Gbpsだったからという話でもある。これに対し、続く50G Ethernetは第3世代に属するもので、技術的な面での飛躍が必要となったために、そう簡単には進まなかった。