光トランシーバーForm Factorの新動向（1） 〜“Beyond 400G”の議論が活発に：光伝送技術を知る（12） 光トランシーバー徹底解説（6）（4/4 ページ）

今回は、“Beyond 400G”に向けた議論とともに、Pluggableにおける3つの問題点を紹介する。

[高井厚志，EE Times Japan]

（3）消費電力

　よく指摘されているのが消費電力である。スイッチICとトランシーバーの配線のための入出力回路の消費電力とFront Panelの冷却能力の問題が指摘されている。

　図7はFacebookが発表した図である。このままPluggableで進むと、51.2Tではシャシの許容消費電力（1750W）を超えてしまう（図中右から2番目の棒グラフ）。このため、Pluggableから、後で述べるCo-packaged Optics（CPO）に移行して許容内に収めるという方向性を示したものだ。図7では、インタフェースをOIFのCEI-LR/VSRからCEI-XSRに変更することで、入出力消費電力が30-40％低減できるとしている（空色と黄緑の部分）。

図7　スイッチICとOpticsを含むPCB消費電力（by Facebook）

　スイッチICはさておき、光トランシーバーの全消費電力はどう増えているのだろうか。図8は、2017年にGoogleが学会発表した消費電力のトレンドに、筆者が400Gのデータを追加したものである。データセンター内ネットワーク向け光トランシーバーの1bit/s当たりの消費電力を、年ごとにプロットした。10年ごとに10分の1に低減するトレンドとなっている。これは3年で2分の1倍である。3世代6年を考えるとスイッチ容量は8倍に対し、1bit/s当たりの消費電力は4分の1、つまりトランシーバーの全消費電力は2倍となっている。消費電力が問題になることは明白である。

図8　1ビット当たりのトランシーバーの消費電力

　図7や図8から、102.4Tでは、現在の技術では消費電力が破綻することは容易に想像できる。解決法の一つは、シャシの消費電力上限を引き上げる技術開発である。だが、いくつかの制限があり、データセンターの電力消費が社会問題化している中では、最後の手段と考えられる。また、冷却系はバックサイドにあり、フロントパネルに搭載されるPluggableは冷却条件が悪い。これら消費電力の問題から、Front Panel Pluggableから次世代の光インタフェース構造に移行する方が良いと考える人もいる。

　ところで、入出力回路消費電力に関係する、図7中の「VSR」「LR」「XSR」というのは、OIFのCommon Electric Interface（CEI）のインタフェースの種類である。51.2Tを見ていただければ分かるが、スイッチICはLR、光トランシーバーはVSR、CPOはXSRという電気インタフェースを使用する。図9に56GのCEIを示す。接続距離が1cmから100cmの5種類あり、接続距離が長くなるほど消費電力は大きくなる。

図9　OIFの電気インタフェースCEI-56G

　赤色の接続距離10cmが光トランシーバーで使用されているVSRである。ところが、データセンターでは光接続だけではない。ラック内配線は価格の安い電気ケーブル、Direct Attach Cable（DAC）が使用されている。DACは両端のコネクターを光トランシーバーのケージに挿して、電気ケーブルが直接スイッチICの入出力に接続されて使用できるように設計されている。

　このDACのインタフェースが、紫色で示されている接続距離100cmのLRであり、スイッチICはVSRとLRの両方をサポートしている。図7の51.2Tのところで顕著に見える、スイッチICのLR入出力回路の消費電力（黄緑色）が、光トランシーバーのVSR入出力回路の消費電力（空色）より大きいのはこれが原因である。

　ちなみに、XSRはMulti-Chip Module（MCM）などのインタフェースで5cm以内の光トランシーバーとの接続に用いられる。CPOではXSRを使用する。それによりスイッチICと光トランシーバーの入出力回路の電力を小さくすることができる。

　このように電気インタフェースの消費電力が許容を超えるため、FP Pluggableから消費電力の小さい電気インタフェースで実現できる方式に移行しようというのである。

（次回に続く）

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。