光トランシーバーのForm Factor動向：光伝送技術を知る（８） 光トランシーバー徹底解説（2）（1/4 ページ）

今回は、光トランシーバーのForm Factorについて、その変遷を解説する。

[高井厚志，EE Times Japan]

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　光トランシーバーは差し替えあるいは置き換え可能な（Replaceable）モジュールの型式に関する標準がある。この標準をフォームファクター（Form Factor）とよんでいる。光トランシーバーは「QSFP-DDの400GBASE-DR4」というようにForm Factorとインタフェース名称で特徴づけられる。「QSFP-DD」がForm Factor、「400GBASE-DR4」がインタフェースの種類である。同じインタフェースをサポートする異なるForm Factorが複数存在する。

　Form Factorの変遷は光伝送技術の進展でもある。まずは、その歴史と動向を振り返ってみたい。

SFF委員会のHot Pluggable光トランシーバー

　Form FactorとはPCなどで搭載する部品の物理的寸法の規格であり、例えばPCマザーボードにもForm Factorの規定がある。1980年終わりごろ2.5”ハードディスクドライブ（HDD）がノートPC用記憶デバイスとして期待されていたが、各社各様の仕様で互換性もなく、ユーザーもサプライヤーも困った状況にあった。

　そこで、1990年に業界団体Small Form Factor（SFF）委員会が設立され、Form Factorの業界標準（SFF-8004 Small Form Factor 2.5" Drives）を制定した。1992年にその対象範囲を広げ、ストレージ関係で使用する光トランシーバーの標準も制定するようになった。

　SFF委員会における光トランシーバーの標準規格は形状やピンの定義などの物理的寸法仕様に加え、電気信号、モニター・アラーム・制御信号、診断や管理のための内部データ入出力インタフェースやコマンドやメモリマップなど、置き換え可能を目指したさまざまな仕様が含まれている。複雑な仕様規格となっているがForm Factorと呼ばれ、SFF委員会以外の規格でもそう呼ばれる。

　1990年代、コンピュータ光ネットワークとしてIBMのメインフレームと周辺装置を接続するネットワークESCONなどがあり、コネクターを含む光ファイバーケーブルやそれを挿入するレセプタクルの仕様があった。しかし、PCBに搭載されていた光トランシーバーの形状に関しては、レセプタクル部以外にはほとんど詳細な規格は無かった。

　American National Standards Institute（ANSI）はSCSI、HIPPI、ESCONなどのコンピュータネットワーク規格を統一する目的で1994年にFibre Channelの規格化を承認した。光トランシーバーはSFF委員会がAMP、Compaq Computers、Sun MicrosystemsとVixel が規格化したGBIC（Gigabit Interface Converter）を採用し、1995年に最初の規格が公表された。

　そのころ光トランシーバーは発光ダイオード（LED）を使用していたため、速度が150Mビット/秒程度に制限されていた。また、LEDの信頼度は高く、MSA（Multi-Source Agreement、詳細は後述する）はなかったが、1×9と2×9というPCBにはんだ付けされる光トランシーバーが各社から出ていた（この光トランシーバーは2000年代にIECで標準化される）。一方、テレコム通信で使用されていた1G以上のInP（インジウムリン）系の端面発光レーザーは、データコム応用においては高価であった。

　これに対し、東京工業大学伊賀健一によって考案されたVCSEL（Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser、面発光レーザー）は、1989年ごろにBell研究所Jack Jewellらにより実用化のメドが立ち、米国が国家的に後押ししていた。このVCSEL使用を前提とした1G光トランシーバーGBIC（Gigabit Interface Converter）がSFF委員会により1995年に規格化されたのである。

　この時、PCB端辺にはんだ付けされた電気コネクターに挿入するPluggable光トランシーバーが採用された。さらに、故障時に他の光トランシーバーに影響なく交換可能なHot Pluggableという仕様が取り入れられた。これは当時の面発光レーザーの信頼度が低かったことが理由の一つであった。これ以降、メンテナンスの利便性などからHot Pluggableが主流となり、SFF委員会の光トランシーバーは全てHot Pluggableとなった。

　転送速度が1Gから10Gへと移行する中で、光インタフェース仕様標準化のリーダーはFibre ChannelからEthernetに移るが、SFF委員会は光トランシーバーの標準化の中心の一つとなっている。SFF委員会はANSIにより信任されたINCITS（International Committee for Information Technology Standards）の11 Task Group（T11）と連携し、MSAを後援し規格として採用してきた。なお、SFF委員会は2016年活動の場をSNIA（Storage Networking Industry Association）に移し、SFF Technology Affiliate（TA） Technical Work Group（TWG）となっている。

図1：SFF標準化の構造 （クリックで拡大）