100Gが8対の「800GBASE-VR8/SR8」が仕様に追加、BERの目標値決定にはさらなる情報が必須

「800GBASE-R」や「1600GBASE-R」では、BERが5.0E-14～1.0E-14のエラーレートが妥当

　主に光ファイバー周りのコンポーネントの話を紹介した前回に引き続き、IEEE 802.3 Beyond 400 Gb/s Ethernet Study Group」の2021年3月のミーティングには、ほかにもさまざまな検討事項が含まれている。

　まずは、Huaweiの発表した「BER Target」の話。例えば、こちらの記事で解説した「IEEE 802.3bs」の各規格では、BER（Bit Error Rate）は当初、1.0E-15が最小、可能なら1.0E-17に収めたいという猛烈なプロポーザルが出たようだが、最終的には1.0E-13に落ち着いたとの話が引用された上で、過去の推移からすると、「800GBASE-R」や「1600GBASE-R」に関しては、5.0E-14～1.0E-14あたりを狙うのが妥当ではないか？ との見解が示された。

1.0E-17は、1時間あたりのエラーレートが0.0144回相当、つまり約3日に1回エラーが発生する程度という、猛烈にエラーが少ないレートになる

BERを5.0E-14にすると、「1600GBASE-R」ではやや多めではあるが、おおむね「100GBASE-R」と大差のないオーダー。1.0E-14は（実装側で）やや厳しい感じに

　もちろんBERはあくまでエラーレートだから、通信路を確保するという観点では、低ければ低いほどいい。

　ただし実際には、BERを確保するために、より強力なFECを使ったり、より効果の高いDFEを搭載したりという話になる。DFEの効果を高めるということは、（タップ数を増やすなど）より複雑なDFEが必要になるため、回路規模や消費電力の増大につながってしまう。

　また、FECを強化すれば、それだけ冗長ビットが増え、実効転送レートの低下につながる。実効転送レートをターゲットであるレーンあたり200Gbに合わせるには、実際のデータレートを引き上げる必要がある。これは、再びの消費電力増大や、そのデータレートに対応する発光／受光素子の選定が難しくなるなど、阻害要因が増えていくだけだ。

　そのあたりを考え、BERとそのほかの要因について、どこかでバランスを取るのかを決めなければならない。ただ、このBERを考える場合、どこの数値で見積もるのか、という議論がある。

BERを1.0E-14に設定する場合の問題点は、後述する「MTTFPA」と実装の難易度、BERを測定する時間を表すtest timeの短さということになる

赤字の部分が、BERに影響を及ぼす箇所（とBER測定ポイント）。

　エラーには複数の発生要因があるし、エラーを補正するにも複数の技術を組み合わせることで、トータルで1.0E-14なり5.0E-14なりを実現することを考えると、例えばBERが目標値に足りないときにどこを強化するのか、という議論につながってしまうわけだ。

BERの値を決めるには、さらなる情報が必要との意見が多数に

　ここに出てくるのが、上でも言葉が出てきた「MTTFPA」である。Mean Time To False Packet Acceptanceの略で、要するに誤パケットの平均受信間隔だ。

　Ethernet層でエラーを含んだまま転送が行われ、それが上位層で検知された場合、通常は再送されるかたちとなる。この際に、MTTFPAがあまりに短いと、非常に多くの再送が発生してしまい、これによって実効転送レートが低下してしまうので、MTTFPAはなるべく長めにしたいところである。

　そして、先のスライドの赤字の部分がBERに影響を及ぼす箇所であり、このMTTFPAの計算の前提となっている。この後のプレゼンテーションでは、いくつかのシミュレーション結果が示されているが、そこは割愛した。Huaweiによる、とりあえずBERの目標を満たしそうな組み合わせの例が以下の右だ。

この手の話は、条件が最悪に近いものを設定しないと意味がないので、問題になりそうな前提がてんこ盛りである

BCH FECなしで、AUIでこれが実現するのはかなり厳しい気はする。ここまでのスライド6点の出典は"BER objective for Beyond 400GbE"

　これは、あくまでも試算であるが、RS（544,514）でAUIのBERを1E-5程度に抑えられるなら、あとは途中のOpticalの経路でBCH FEC（BERは2.0E-3程度）を組み合わせることで実現ができる。だが、これが難しいようなら、AUIの側にもBCH FECをさらに追加して対応することができるとする。

　そんなわけで、BERのターゲットは1.0E-14程度に設定しても実現できるというのが、Huaweiのプレゼンテーションであり、これそのものは受け入れられたようだ。そして全てのセッションが終わった後で行われた、BERの値をいくつに設定すべきかという投票の結果が以下だ。

　不参加も少なからずあったようだが、棄権を含む全投票116のうち半分近くの50票が「もっと情報を必要」との結果は、BERに関しては、まだ検討が必要であることが示されたと言えるだろう。

100Gが8対の「800GBASE-VR8/SR8」をIEEEの仕様に追加へ

　これとは別に、OFSのRobert Lingle, Jr氏とMabud Choudhury氏から出された興味ある提案が、"Proposed Objectives for Parallel PMDs"である。

　こちらでは、まず現在のマーケット概略を紹介したのち、北米では、引き続き到達距離は50m以内でいいからVCSELベースの100G MMFソリューションを求めており、その一方で中国では4-pair MMFで100mの到達距離が要求され、さらに一部の大規模事業者には「400GBASE-SR4/SR4.2」が利用されていることが挙げられた。

　これを踏まえ、仕様へ「800GBASE-VR8/SR8」を追加したい、というのがこちらのプレゼンテーションの提案だ。VR8の名称で分かるように、レーンあたりは100Gとなっている。

北米の事業者はやっぱりVCSELがお好きらしい

スペックそのものはSR8準拠（ただし到達距離は短い）だが、VCSELを使うのがVR8、ということになる

　これだと辛うじてVCSELも利用できる可能性がある、というのは『1対のMMFで100Gbpsを目指す「IEEE P802.3db」』で以前紹介している。「IEEE P802.3db」ではVCSELを利用する規格を「100/200/400GBASE-SR1/2/4」として策定している最中であり、これをそのまま×8レーンにすれば800Gになるというわけだ。

　これは『800Gの本命「IEEE 802.3 Beyond 400 Gb/s Ethernet」、100/200Gの信号で800G/1.6Tを実現』で触れた、100Gレーン×8の構成に対する追加提案となる。

　ちなみに、先のスライドには、中国では到達距離50mの需要がないように記されているが、実際にはそうでもないらしい。そうした事情もあり、IEEE P802.3dbで策定作業中の「Clause 167」の仕様を利用した800GBASE-VR8/SR8のニーズが確実にある、との主張がなされている。

フロア間は100m、フロア内は50mという使い分けをしているところもあるという

ほとんどの内容は先のスライドと同じだが、最後に"See diagrams in following slides"の一文が追加されている

　ちなみに、800GBASE-VR8/SR8の通常の使い方は以下の左で、これはごく当たり前であるが、1:8のBreakout接続も念頭に入っており、この場合には接続数を増やせる分、200G×4より100G×8の方が有利となるのは理解できる。

「800GBASE-VR8/SR8」では、800Gを2×400Gとして使うことも、当初から想定されている

いずれServer側も100Gでは不足して200Gへスケールアップするのだろうが、Beyond 400Gの最初の仕様である100G×8の策定終了が見込まれる2年後までに200Gとなるのかは、やや疑問だ

　ちなみにその先、つまり1.6Tに関して言えば、今のIEEE P802.3dbの仕様をベースにした「1600GBASE-VR8.2」、つまり送受信を1本のファイバーに多重化することで、トータルの本数は16本のままに抑えつつ、レーンあたり100Gで接続とすることは「技術的には可能」とはしているが、そもそもこれに対応するモジュール規格も存在せず、さすがにいろいろと無理があると考えているようだ。

　また、「1600GBASE-VR16」については、ごく一部の用途であれば可能だろうが、一応書いてみましたというレベルで、あまり真剣に提案されているわけではなく、一般的な解にはならないとみている模様だ。

　むしろ現状では、4-pair（8本）のMMF Cableが大量に敷設されていることを想定してか、「800GBASE-SR4.2」の検討が行われているのが興味深い。ここでは70～100mの距離が必要になるためか、「800GBASE-VR4.2」は検討の対象になっていないようだ。

「1600GBASE-VR8.2」では、IEEE P802.3cmと同様に850nmと910nmの2波長を使っての実装が考えられているが、送受信を多重化した時点でコストメリットがなくなりそうな気がする

「800GBASE-SR4.2」は100Gの送受信を多重化して8対を並べるだけだから、技術的な難易度は低そうだ。問題はコストだろう

　800GBASE-VR8/SR8については、MPO-12を2対というのがさすがに論外という判断なようで、MPO-16の利用を考慮するとしている。

　ということで、800GBASE-VR8/SR8の標準化を提案するとともに、MMFを利用したSR1.2/SR4.2タイプの仕様策定についても議論すべき、というのがプレゼンテーションの結論である。

MPO-12を2対が論外というのは、妥当な判断だろう

SR1.2/4.2タイプのニーズは確かに考えられなくはないが、コストとの兼ね合いになりそうで、結論付けるのは難しい気がする