データセンターを支える光伝送技術 〜データセンター間を相互接続する技術：光伝送技術を知る（6）（3/3 ページ）

近年、地理的に分散した複数個のデータセンターを接続するデータセンター間相互接続通信（DCI：Data Center Interconnect）が注目されている。今回は、そうした技術の幾つかを解説する。

[高井厚志，EE Times Japan]

リージョナル・データセンター間相互接続に使用される光トランシーバー

　図4にMicrosoftのDCIの構成を示す。Tear1はLeaf、Tear2はSpineスイッチに相当する。リージョナル・データセンター間接続では、Spineスイッチのソケットに、波長多重可能な80km伝送の光トランシーバーを直接挿入する。Spineから出た光信号はそのまま光多重して伝送され、波長分離して送信先データセンターのSpineで受信される。

　この東西トラフィック接続はRegion内データセンター群のLeaf/Spineスイッチネットワークの部分ネットワークである。このため、その伝送速度はLeaf/Spineと同じである。データセンターのスイッチネットワークの伝送速度が100GbE（ギガビットイーサネット）の場合、DCIも100GbEである。さらに、経済性やメンテナンス性などからデータセンター内のスイッチと同一の光トランシーバー形式（Form Factor）が要求されている。

図4　DCIの構成例（参考）（クリックで拡大）

　Microsoftでの例を図5に示す。Region内のデータセンターの接続は「inter-DC」と表記されている。図5で示されているように、「100G ecosystem」と100GbEでデータ伝送速度が統一されているだけでなく、光トランシーバのモジュール形式（Form Factor）はデータセンター内（intra-DC）の光トランシーバと同じ親指サイズのQSFP28で統一されている。接続距離によって方式（「Modulation」）は異なるがRegion内の光トランシーバのソケットを統一したのが特徴である。このことによりスイッチ間の距離に応じたQSFP28光トランシーバを挿入できる。

図5　Microsoftのデータセンターでの光技術（前出の出典1を参照）（クリックで拡大）

　現在の100GbEにおいて、Microsoftは米国InphiのColorZを使用しているといわれる。図6に示したInPhiの資料によれば、100Gbpsでは、100km以上の長距離ではデジタルコヒーレント方式が主流だが、消費電力が大きいため小型化が困難である。

図6　InPhiの波長多重100GbEトランシーバー（クリックで拡大）

　ColorZでは、少し波長をずらした2本の50Gbps PAM4光信号をセットで100GbEとし、波長多重の標準の一つである100GHzの波長間隔に詰める。図6によれば、40チャネルの100GHz間隔の波長多重を利用し、1本のファイバーで4Tbpsで伝送できる。

　50Gbps PAM4はIEEE 400GbE-LR8/FR8にも採用されている、振幅変調・直接検波（IMDD）という、低消費電力で小型化が可能な方式の一つである。図6右下にあるように、1スロットに4つのレベルを持ち、周波数帯域またはBaud Rateがビットレートの半分である。50Gbps PAM4は25GBaud信号であり、これを80km伝送するにはDSPでの信号処理が必須だ。

　ちなみに、Region間は100kmを超える距離なので、デジタルコヒーレント受信技術が用いられている。図5の表内にある「CFP2」とは、名刺サイズのモジュール形式（Form Factor）を指し、伝送装置やルーターなどで使用されている。「ACO」は、送受信の光デバイスとその駆動回路や受信回路ICを搭載し、インタフェースがアナログ信号である（ACO: Analogue Coherent Optics）コヒーレント通信用トランシーバーモジュールであり、送受信DSPはボード上に置かれている。

　こうして、20mから100km超まで、データセンター全体が100GbEのデータレートで接続されている。

　図5を見ると、Microsoftの次世代（Tomorrow's technology）は「400G ecosystem」と示されている。この表では、Region内（＜100km）では伝送方式（「modulation」）が決まっている。DCI、すなわち「Inter-DC」は、400GZRというOIF（Optical Internetworking Forum）において議論されているコヒーレント受信方式のDP-16QAMという方式である。

　モジュール形式（form factor）は、intra-とinter-DCは同一であることが求められるが未定、つまり「TBD（To Be Defined）」だ。400GbEではQSFP56-DDとOSFPが候補となっている。両方とも19インチの標準スイッチシャシーにおいて32ポート搭載可能である。OSFPは許容消費電力が大きい。一方、QSFP-DDは40GbEのQSFP+と100GbEのQSFP28とダウンコンパチであり、有力だが消費電力が大きい400GZRを収容できるかが不明である。

　400GbEリージョナルDCIでは、データセンター内と同一の情報容量とモジュール形式が要求されるため高い技術の開発が必要である。デバイスとしてはSi-photonicsとInP Photonic Integrated Circuit（PIC）が有力視されている。DSPとしては低消費電力化から7nm CMOSプロセスが適用される予定である。

筆者プロフィール

高井 厚志（たかい あつし）

　30年以上にわたり、さまざまな光伝送デバイス・モジュールの研究開発などに携わる。光通信分野において、研究、設計、開発、製造、マーケティング、事業戦略に従事した他、事業部長やCTO（最高技術責任者）にも就任。多くの経験とスキルを積み重ねてきた。

　日立製作所から米Opnext（オプネクスト）に異動。さらに、Opnextと米Oclaro（オクラロ）の買収合併により、Oclaroに移る。Opnext／Oclaro時代はシリコンバレーに駐在し、エキサイティングな毎日を楽しんだ。

　さらに、その時々の日米欧中の先端企業と協働および共創で、新製品の開発や新市場の開拓を行ってきた。関連分野のさまざまな学会や標準化にも幅広く貢献。現在はコンサルタントとして活動中である。