ネットワーク動向： 10GBASE-T機器の可用性とカッパーケーブルの未来

ネットワーク動向：
10GBASE-T機器の可用性とカッパーケーブルの未来
「果報は寝て待て」とはもっともらしい言葉だが、長く待たされるほど、期待する製品が本当に登場するの
か疑わしく思えてくるもので、10GBASE-Tネットワーク製品もそのひとつである。10GBASE-Tの規格は
6年近く前にリリースされたが、実際の製品登場までの時間が長いために、この規格に関する様々な噂が飛
び交っていた。そのため、10GBASE-Tは銅線を用いた平衡ツイストペアケーブルとネットワーク製品の最
終ラインであるという大きな誤解が広まってしまった。製品登場までの期間が長期化してしまった実際の理
由は、近年の景気悪化の影響もさることながら、この新技術で電源効率の更なる向上を図ろうとしたことに
ある。こうした課題は既に解決されており、10GBASE-T製品の採用も2012年から始まっていく見通しだ。
本稿では10GBASE-Tにまつわる噂の真相とツイストペアイーサネット製品の未来について語る。
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10GBASE-Tネットワーク機器は既に導入可能であり、導入率は上昇している
初期段階ではパワーハングリーな設備への導入は難しかったが、10GBASE-Tビットストリーム伝送(PHYとも呼
ばれる)を行う今日の半導体技術では、更に微細化された40nmの露光工程をフルに活かすことで、消費電力の削減
や基板サイズの縮小化、コストダウンを可能にしている。その結果として、2012年から10GBASE-Tテクノロジー
の採用が大きく増加すると見込まれている。今年中には、スイッチやサーバー、NICなどをはじめとする
10GBASE-Tの物理レイヤーを用いた新たなプラットフォームが少なくとも20種類は市場に登場し、広く流通する
だろうと予想されている。さらに、リンレイグループ社が発表した新しい市場調査報告では、2012年の
10GBASE-T対応ポートの出荷数は270万ポートにも上ると予想されており、これは2011年の出荷数である18万
2千ポートを大きく上回る。リンレイグループ社の予想に基づいた10ギガビットイーサネットアプリケーションの
今後数年間のトレンドラインが図1に種類別に示されているが、2014年には10GBASE-Tが市場で支配的な地位を
占めると予想されている。過去のイーサネット普及傾向では、初期段階では光回線のネットワークインターフェー
スがカッパーインターフェースを上回った後、ポート数ではカッパーインターフェースが光回線を大きく逆転してい
るが、図1に示されている予想普及率もこれに一致している。
Figure 1: Forecasted adoption rate of 10 Gb/s Ethernet Applications
35,000
10GBASE-CR (Direct Attach Assemblies)
10GBASE-S, 10GBASE-L, and 10GBASE-E (Optical Fiber)
30,000
10GBASE-KR (Backplane)
10GBASE-T (Balanced Twisted-Pair)
25,000
20,000
15,000
10,000
5,000
0
2010
2011
2012
2013
2014
2015
Source: The Linley Group
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その他の10ギガビットイーサネットソリューショ
ンと比較して、10GBASE-Tと平衡ツイストペア
配線には特徴的な利点がある
新しい40nm製造プロセスで造られた半導体チップの登
場でコストと消費電力の大幅な削減が可能となり、そし
て2013年に登場が期待されている28nm製造プロセス
で造られた半導体チップで更なる削減を実現することで
、データセンター管理者は10GBASE-Tテクノロジーが
もたらす以下の基本的なメリットを最大限活かすこと
ができるようになる:
• オートネゴシエーション機能を利用した低速な
レガシーイーサネットテクノロジーとの相互運
用性
• 平衡ツイストペア配線システムの容易な配備と
使い慣れた従来のケーブルとコネクタ・イン
ターフェースの使用
• LAN環境やデータセンター環境で発生するネッ
PLXテクノロジー社製のこのICデバイスはまさに
10GBASE-T機器の最新世代を象徴するものである
。40nmのリソグラフィで実現されるこのデバイスはシン
グルチャネル、デュアルチャネル、クアッドチャネルの3
バージョンで利用可能である。
トワーク構成の追加、移動、変更に柔軟に対応
できる100mチャネル・4コネクタ構成の弾力性
• PoE、PoE Plus機能
オートネゴシエーション機能を利用したレガシー端末と
の相互運用性はデータセンターの拡張を可能にし、ま
たそれにより機器交換費用の同時発生を抑えられる点
で大変重要である。ダイレクトアタッチモジュールで伝
対応できる。
10GBASE-T採用のもう一つの大きな魅力はLOM(Lan-
on-Motherboard=LAN機能搭載マザーボード)チップ
の導入である。2012年中頃の登場が期待されているこ
れらのデバイスによって、サーバーメーカーは製品にオ
送を行うSFP+や光ファイバータイプの10ギガビットイ
ートネゴシエーション機能を導入することができる。こ
ーションができない。したがって、それらの機器を全て
に合わせて通信速度を100メガビット、1ギガビットあ
10ギガビットの伝送を行い、レガシーサーバーに対し
ット接続設定が予め施されたサーバーが初めて登場する
ーサネット搭載のサーバーとスイッチはオートネゴシエ
の発展の意味は大きい。ネットワーク内のデバイス性能
同時にアップグレードするよりも、新しいサーバーには
るいは10ギガビットに自動認識できるようなイーサネ
てはオートネゴシエーション機能を利用し1ギガビット
からだ。データセンター管理者はサーバーの性能を最
以下の伝送速度でマルチに通信をサポートする
大限に引き出すことができる10GBASE-T対応スイッチ
イッチング・アーキテクチャをデータセンターに構築す
えるようになるだろう。
10GBASE-T搭載ネットワーク機器は、将来に備えたス
を配備することで、この技術発展に備えておきたいと考
ることができる。10GBASE-Tスイッチは1Gビットや
100Mビットのレガシーサーバーと効果的な通信を行う
ことが可能であり且つ将来10ギガサーバーの導入にも
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IEEE802.3で標準化された2006年以来、10GBASE-Tデバイスの消費電力は細かく精査され、急速な省エネ化を達
成している。130nmの露光工程で実現されていた初期のPHYチップ導入時は、1ポートあたりおよそ10Wの消費電力
が発生していたが、それに対して今日利用可能な40nmデバイスは1ポートあたり4W未満の消費電力に抑えることが
可能である。更に、2013年に登場が期待されている28nmデバイスでは1ポートあたり2.5W未満に抑えられるとされ
ている！図2にその傾向が強く現れている。
Figure 2: 10GBASE-T Power Dissipation
12
Power Dissipation (W/port)
S T AT E O F 1 0 G B A S E - T
10GBASE-TにおけるPHYチップ消費電力は改良され続ける
10
8
6
4
2
0
130nm
65nm
40nm
28nm
Lithography Manufacturing Process Type
2つの特別なプロトコルによって10GBASE-Tの消費電力を更に抑えることが可能である
半導体技術の発展によって実現された省エネ化に加え、BASE-Tシステム、とりわけ10GBASE-Tシステムはトラフィ
ックの特性を利用する標準ベースの特徴的なアルゴリズムを活用することで、消費電力を更に削減できる。具体的に
は、ネットワーク機器の長時間およびごく短時間のアイドルタイム中における効率性を向上させることができる。
WoL(ウェイク・オン・ラン)はAMA(Advanced Manageability Alliance=PC管理の最新技術と業界への普及を目指
した提携)がまとめた新しいネットワーク標準であり、サーバーをはじめとするネットワーク機器を「マジックパケッ
ト」と呼ばれる特殊な信号を送信することでスリープ状態から起動するものである。スリープ中のサーバーのNICは省
電力モードに移行し、マジックパケットの受信を待機する。マジックパケットを受信すると、サーバーは起動し通常
の処理を再開する。WoLを用いて復帰するまでに要する時間は数十秒程度となるのが一般的なため、このパワーマネ
ジメント手法は夜間やその他長時間の休止状態など、長時間のアイドルタイムが予想されるサーバーに最適である。
データセンターでもっともアクティブなサーバーでも、処理能力のごく一部しか必要とされない状況がある。これは
ユーザーの所在やタイムスケジュールが不均一なことから発生する一時的、周期的なピーク需要に対応しようと過剰
なリソースを注いだ結果起こる自然な現象である。WoLはこうした需要変動のメリットを活かすことで驚くべき成果
を挙げることができる。消費電力500Wの一般的なサーバーを1台スリープモードにするだけで、機器数百台を省電力
のものに替えるよりも大きな節約になるのである！同様に重要なのは、光回線やダイレクトアタッチモジュールの
SFP+で配備された10ギガビットのイーサネットは現時点でWoLのプロトコルに対応していないため、常に最大の電
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10GBASE-Tだけで独自に配備することが可能なため、
データセンターにおける総消費電力量削減おいて重要な
戦略の一つである。
WoLが長時間のアイドルタイム対策として設計されてい
るのに対して、EEE(Energy Efficient Ethernet=省電力
型イーサネット)と呼ばれる技術ではバースト性のあるト
ラフィックの特性を活かしている。一般的なイーサネッ
消費電力量は前世代トランシーバーのポートあたりの消
費電力量の2倍以上もある。
ショートリーチモードは10GBASE-Tの消費電力
削減戦略のもう一つの方法である
これは10GBASE-T端末の物理レイヤーに存在する機能
であり、トランシーバーとのチャネル長を自動的に検知
し、全体の消費電力量削減に大きく貢献する。チャネル
長が100m未満の場合は、10GBASE-Tトランシーバー
トのトラフィックはマイクロ秒からミリ秒に及ぶ幅のあ
はBER(ビット誤り率)のパフォーマンスを最大に維持し
はアイドルパターンと呼ばれる情報を持たない波形で埋
と呼ばれるチャネル長の短いこのモードでは、信号減衰
るギャップを多く含んでいるが、これまでこのギャップ
めることで、トランシーバー間のクロック差を調整して
いたが、EEEのアルゴリズムはこれらのアイドルパター
ンを認識し、消費電力量がごくわずかなLPIモード(Low
ながら消費電力を抑えることができる。ショートリーチ
量が減少するため信号対雑音比(ACR)が向上する。その
結果、消費電力は大きく削減される。たとえば、ケーブ
ル長がわずか10mの場合、受信端末側の信号強度はケー
Power Idle=省電力アイドルモード)へと移行させた。
ブル長100mのものよりはるかに強くなりますが、ショ
アイドルタイム中のLPIモードへの移行は管理端末側と
く大幅に伝送電力を削減できる。ショートリーチモード
のやりとりや回線上での送受信など、アラートを構成す
る新たな信号スキームを必要とする。LPIモード時では
リフレッシュ信号を用いることで、タイムロック、イコ
ートリーチモードは減衰がBERに悪影響を及ぼすことな
はある特定のチャネル長(30mなど)に直接接続されたオ
ン・オフ式の動作モードだとよく誤解されるが実際のと
ころ、ショートリーチモードの電力消費は連続的であり
ライザ係数、キャンセラ係数や電流といった受信パラメ
、またチャネル長もスケーラブルである。
ブモードへ素早い復帰を果たすのにも欠かせない情報だ
ショートリーチモードでは伝送電力量が削減されるだけ
ーターを保持するが、これらはLPIモードからアクティ
。アクティブモードからLPIモードへの移行、またその
でなく、エコーキャンセルやライン等化に用いられるフ
般的なため、EEEの導入で発生するネットワークのレイ
力も抑えられる。たとえば、100mのチャネル接続で
逆の移行に要する時間は3マイクロ秒以内となるのが一
テンシーは最小限に留まる。つまり、EEEのアルゴリズ
ムを活用することで削減できる端末の消費電力量は、実
ィルターのタップ数も削減されるため、デバイス内の電
3.5Wの電力を消費する一般的なトランシーバーは30m
のチャネル接続では2.5W、10mのチャネル接続では
際のデータパターンによっては50%から90%にも上ると
2W未満の電力消費に抑えることができる。新設される
の通信距離でアクティブモード時1.5Wの電力消費を行
よりも短い配線を行うため、この特長の有効活用が重要
いうことだ。例えば、28nmの10GBASE-T端末が30m
う場合、EEEのアルゴリズムを駆使すれば一般的なデー
タパターンで通信を行なっても750mWしか電力を消費
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力消費を行なっているということである。WoLは
データセンターの多くがチャネル長の上限である100m
になっている。
しない。それだけに留まらず、スイッチやイーサネット
コントローラーのシリコンチップで行うシステムレベル
でのEEEの最適化はトランシーバーでの最適化よりも更
に高い節電効果をもたらすと期待されている。システム
レベルでの最適化が、スイッチやサーバー全体の消費電
力に活用されるからである。スイッチやサーバー全体の
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10GBASE-Tは最もコスト効率の良い10ギガビットイーサネットアプリケーション
しかし、伝達距離、消費電力量、そして下位互換性こそが製品を選ぶ際の重要な検討事項であるにもかかわらず、
ほとんどのエンジニアは端末の価格が意思決定に大きな影響を与えると主張するだろう。しかし実際は
、10GBASE-Tは他のどの魅力的な価格の10Gビット対応製品よりも多くのメリットとフレキシビリティをもたら
すだろう。図3はデータセンターで配備される一般的な種類の機器とケーブル長を用いた10Gビット対応のポート接
続について、１チャネルあたりの費用を機器費用(サーバーポートとNIC)、ケーブル費用及び年間維持費に分けて示
したものである。10ギガビットのデータ通信を実現する上で最も経済的な選択は、カテゴリー6AのUTPケーブル、
カテゴリー6AのF/UTPケーブル、またはカテゴリー7AのS/FTPケーブルのいずれかと組み合わせて10GBASE-Tネ
ットワーク機器を使用することである。LANの水平配線で一般的に配備される代表的な機器と一般的なケーブル長
を用いたチャネルとポート接続に対してもこの分析が有効な場合、同じ結論に達する。つまり、コスト面でのアド
バンテージが2012年の10GBASE-Tの急速な普及を推し進めるだろう。
Figure 3: 10GBASE-T Cabling Cost Comparison
$1,187
QSFP+ Passive Copper (7m)
$1,187
$1,030
$135
$595
SFP+ Active Module w/ LC Jumpers (15m)
$4,494
SFP+ Passive Copper (7m)
$4,494
CX4 Passive Copper (15m)
$1,695
$835
$2,315
$2,061
OM3/LC Multimode (110m, 2-connector)
$3,490
$1,678
$91
$238
$5
,0
00
$192
$4
,0
00
$683
$87
Equipment
Maintenance
Channel/Assembly
$3
,0
00
Category 7A S/FTP (30m, 2-connector)
$2
,0
00
$148
$1
,0
00
$683
$354
$1,611
$374
$3,490
Category 6A UTP - F/UTP (30m, 2-connector)
$650
$160
OM3/MTP Multimode (30m, 2-connector)
$0
6
$998
$8
,0
00
QSFP+ Active Module w/ MTP Jumper (15m)
$472
$747
$7
,0
00
$1,187
$6
,0
00
QSFP+ Active Optical Assembly (15m)
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BASE-Tイーサネットアプリケーションには大きな未来があるという強い確証が次世代ケーブル登場の期待の要因と
なっている。10GBASE-T以降に登場する平衡型ツイストペアアプリケーションもBASE-T規格を採用するだろう！
なぜなら、これまで常にLANの水平配線やデータセンターのエッジを対象にしたイーサネットの仕様が策定される
以前からLANのバックボーンやデータセンターのコアを対象としたイーサネット製品が先行して存在していたから
だ。そのため、平衡ツイストペアを利用した次世代のイーサネットは40ギガビットのバックプレーンイーサネット
と光ファイバーのネットワーク機器に対応したIEEE802.3baを補足するものになるだろうと予想できる。現在、カ
ッパーイーサネットの未来に最も強い関心を寄せ、投資を行い、次世代アプリケーションに対応した次世代ケーブル
の仕様策定にコミットし尽力しているのが、ISO/IECとTIAである。
ISO/IECは先日、新しい標準の策定を目指した仮題のプロジェクト「TR 11801-99-X: 40Gビット以上のデータ伝
送で使用する平衡型ケーブルの情報配線システムに関する技術指示」を始動した。提案された二つの標準は既存の
ISO/IEC 11801対応のチャネルと性能や特徴を拡張または向上したチャネルについて取り組んでいくものである
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平衡型ツイストペアケーブルを用いた10ギガビット以上の通信速度の実現に関心が高まっている
。TIAは現在「Specifications for 100Ω Next Generation Cabling」のプロジェクトを進めており、ANSI/TIA-
568-C.2の附録1として発表される予定である。こうした先駆的大規模なプロジェクトはBASE-T製品と平衡型ツイ
ストペア配線の強みと需要を再確認させるものである。
Figure 4: 10 Gb/s Twisted-Pair Cable Options
Category 6A/Class EA
Shielded (F/UTP)
Category 6A/Class EA UTP
Category 7A/Class FA
Fully-Shielded (S/FTP)
10GBASE-Tを待つ価値はあった
10ギガビットのイーサネットに対応した平衡ツイストペア配線はこれまでもしばしば利用可能であったが
、10GBASE-T機器が市場に登場するまでの時間は長く、不安に満ちたものであった。しかし、もうこれ以上待つ
必要はないのである！チャネル長が100m未満の時、10GBASE-Tのネットワーク機器は他のどの10ギガビットの
カッパーソリューションよりも優れた通信距離とフレキシビリティを実現し、光ファイバーに代わる魅力的な代替
案となるだろう。洞察力の優れたデータセンター管理者やIT管理者は既に10ギガビットイーサネット対応の平衡ツ
イストペア配線をネットワークに導入し10GBASE-Tのオートネゴシエーション機能や電力削減機能を十分に活用
する用意を整えており、今年からは順次サーバーやスイッチをアップグレードし輻湊を軽減しながらネットワーク
の性能を高めていくだろう。乗り遅れた管理者たちはまだいくつかやり残していることがあるはずだ。
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7
IEEE 802.3at™, “IEEE Standard for Information technology - Telecommunications and information exchange between systems Local and metropolitan area networks - Specific requirements Part 3: Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection
(CSMA/CD) Access Method and Physical Layer Specifications Amendment 1: Physical Layer and Management Parameters for 10
Gb/s Operation, Type 10GBASE-T”, September 2006
1
2
The Linley Group, “A Guide Ethernet Switch and PHY Chips”, December 2011
IEEE 802.3az™, “IEEE Standard for Information technology - Telecommunications and information exchange between systems Local and metropolitan area networks - Part 3: Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD) Access Method
and Physical Layer Specifications Amendment 5: Media Access Control Parameters, Physical Layers, and Management Parameters
for Energy Efficient Ethernet”, October 2010
3
IEEE 802.3ba™, “IEEE Standard for Information technology - Telecommunications and information exchange between systems Local and metropolitan area networks - Part 3: Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD) Access Method
and Physical Layer Specifications Amendment 4: Media Access Control Parameters, Physical Layers, and Management Parameters
for 40 Gb/s and 100 Gb/s Operation”, June 2010
4
About the Authors:
Ron Cates is vice president of marketing, networking products, at PLX Technology, a leader in 10GBASE-T
transceivers. Prior to PLX, he was senior vice president and general manager of Wide Area Networking
Products at Mindspeed Technologies. He has over 30 years of experience in the semiconductor industry and
holds BSEE and MSEE degrees from the University of California at Los Angeles and an MBA from San Diego
State University. He can be reached at [email protected].
Valerie Maguire BSEE(電気工学学士), 高性能なカッパーと光ファイバーケーブリングシステムを世界各地に展開する
シーモン社におけるグローバルセールスエンジニア。 TIA TR-42 Telecommunications Cabling Systems Engineering
Committee と IEEE 802.3 Ethernet Working Groupでは指導的なポジションで活躍。また45を超える技術論文や
報告書を執筆しており、米国における特許を取得した実績をっ持つ。2008年には通信業界における優秀な貢献が認められ
Harry J. Pfister Awardを受賞。連絡先は [email protected]
シーモン社について
1903年に創業したシーモン社は製造と技術革新を重ね高品質・高性能を
提供するネットワークケーブリングソリューション業界のリーダー。米国
コネチカット州に本社機能と工場を持ち、サービスパートナーは全世界
に展開。シーモン社は広範囲にわたるカッパーケーブル製品群 (UTPまた
はシールドタイプのカテゴリ5e、カテゴリ6、カテゴリ6A、カテゴリ
7/7A)、とマルチモード、シングルモードの光ファイバーケーブリングシ
ステムを提供。シーモン社は顧客と業界に対する長期的なコミットメン
About PLX
PLX Technology, Inc. (NASDAQ: PLXT), based in Sunnyvale, Calif., USA,
is an industry-leading global provider of high-speed semiconductors
based on dominant connectivity standards including PCI Express,
Ethernet, and USB. Primarily targeting cloud-driven data center markets,
the company develops innovative software-enriched silicon that enables
customer’s product differentiation, reliable interoperability and superior
performance.
トの為に、研究開発と業界標準の開発に多額な投資を行っており、特に
パッチコードやパッチパネル等のケーブル関係で400以上の特許を取得。
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WP_State_of_10GBASE-T_ Rev. B 2/12
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References: