LR4とCWDM4のコスト差の理由

100Gイーサネットのフロア内配線として100GBASE-CWDM4をお勧めしています。余裕がある到達距離を持ちながらトランシーバーのコストがリーズナブルだからです。

技術的な仕様をみると、シングルモードファイバーで４波長を使うことから100GBASE-LR4と同じです。しかし、トランシーバーコストは大きく異なります。

その大きな要因は使用する光の波長が異なるからです。

LR4は分散特性が良い1310nm前後に狭い間隔の４波長を使います。波長の違いを抑えることによりそれぞれの伝送のばらつきを抑えるためです。それに対しCWDM4は間隔が広い４波長を使います。

波長の間隔が広いと言う事は発信するレーザーの周波数安定度が多少悪くても問題ないと言う事になります。LR4では波長の安定度を高めるために温度を一定にするヒーターを備えたレーザー発振素子を使用しておりこのコストが高い。消費電力も不利です。また、光を分離するときにも間隔が広く40G LR4と同じであり低いコストで分離する光学素子が作れます。

このために、二心のシングルモードで安価に100Gbpsを実現するトランシーバーを作ることができるのです。

SR4では距離が足りないフロア内のでラック間接続に最適です。

分散最小点の1310nmよりも離れた波長を使う事は伝送特性の悪化を招きますが25G NRZ変調では20kmまではマージンがあると見積もられています。LR4の仕様は40KmのER4との互換性を考慮したものと言えます。

LR4と同等の10kmを可能にした4WDM-10

CWDM4と同じレーザーを使用し受信側を強化し、FECによってエラーレートを抑え込むことによってLR4と同じ距離を実現したのが4WDM-10です。コスト的にはCWDM4の110%程度と見積もられています。

20kおよび40kを実現する4WDM-20/40も仕様が公開されましたが、これは波長の組み合わせはLR4と同等で、ER4よりも受信感度を抑えて足りない分をFECで補うものです。名称としては紛らわしいですね。こちらは、ER4fやER4 liteとも呼ばれていたもので、そもそもQSFP28のパッケージでは100GBASE-ER4にて要求されるSOA受信アンプの消費電力と放熱の兼ね合いから難しいためQSFP28で実現できるAPD仕様を定めた流れです。コスト面ではあまり低減できる要素がありません。IEEE802.3bmでの制定当時はCFP2パッケージを想定していました。

更にコストダウンしたCWDM4-OCP

CWDM4はLR4に対して約半額の実売価格を実現していますが、facebookはさらに低価格なものを求めています。要求スペックを500mに下げ動作保証温度も狭くすることによりより安価なレーザーを採用しパッケージのコストダウンを狙ったものです。

送信出力を1dB下げ、受信感度を0.5dB悪くし1.5dBマージンを減らしています。そして、動作温度範囲も低温方向を大幅に削っています。

これによりCWDM4より更に20%程度のコストダウンが見込めるとしています。

レーザーにDMLではなくVCSELが使えるようになれば更にコストダウンできる可能性もあります。

やはりSR4の多芯マルチモードMPOケーブルは敬遠されている様です。

https://code.facebook.com/posts/1633153936991442/designing-100g-optical-connections/

DFBレーザーの温度特性

-0.1nm/度

高温になれば出力は下がる

屋外に設置されるPON用レーザーでは-40/95度を要求される。

「OKIテクニカルレビュー O band DFB」

https://www.oki.com/jp/otr/2007/n211/pdf/211_r20.pdf

DFB/DMLはEMLよりも構成が簡単だが、大きな消光比を得にくい。

EMLはレーザーと変調器をそれぞれ独立して最適化できる。EA + DFB = EML

電気光変換効率

Link

Uncooled CWDM 25-Gbps EA/DFB Lasers for Cost-Effective 100GbE transceiver for 10km SMF

http://www.ieee802.org/3/ba/public/mar08/traverso_02_0308.pdf