最初に実現された100GBASE-SR10

「100GBASE-SR10」（*1）は、24芯のリボンファイバーを使用して100mを伝送する「100GBASE-SR10」という規格で、フォームファクターはCFPもしくはCFP2でした。

（*1）IEEE802.3で標準化された規格、または標準化に向けて議論中の規格は「100GBASE」と呼びます。

SR10のSは短距離（Short）を意味します。SR10の10は、光信号が10レーンであることを示します。つまり、光信号は10GbE×10レーンで構成されています。

レーン数が4つになった、短距離用100GBASE-SR4

そこから技術が進み、25GbE×4レーンで構成される「100GBASE-SR4」が標準化されました。SR4の4は、光信号が4レーンであることを示します。つまり、光信号は25GbE×4レーンの構成です。

発光レーザー素子、および受光器がそれぞれ10個（SR10）から4個（SR4）に減り、小型化が大きく進みました。フォームファクターはCFP4もしくはQSFP28で、SR10と同様に100mを伝送します。現在、100m以内の短距離接続にはこのQSFP28 100GBASE-SR4（図１）が多く使用されています。

図1. 100G SR4ブロック図

長距離用の100G LR4と、超長距離の100G ER4

続いて、長距離接続用として光信号4レーンで10kmを伝送する「100GBASE-LR4」、40kmを伝送する「100GBASE-ER4」が標準化されました。LR4のLは長距離（Long）、ER4のEは拡張された長距離（Extended）を意味しており、2芯の光ファイバーで伝送します。

100mを伝送するSR4ではリボンファイバーを使うと記載しましたが、10kmや40kmのような長距離を伝送するLR4やER4では、リボンファイバーを使うことは運用やコストにおいて現実的ではありません。

そのため、WDM（Wavelength Division Multiplexing：波長分割多重）という技術を使って、4レーンの光信号を多重して1本の光ファイバーで送ります（図2）。

この技術は、4レーン分の光の波長を少しずつずらし、光合波器（MUX）で1本の光ファイバーに4つの異なる信号を多重しているのです。一方、受信側では光分波器（DeMUX）により、異なる波長ごとに分離して各レーンの信号に分けることができるようになっています。WDMの詳細については、こちらをご覧ください。

図2. 100G LR4・ER4ブロック図

光トランシーバーモジュールのコストを下げるために、多くの光伝送規格でエラー訂正をおこなうFEC（Forward Error Correction）が採用されています。FECでは、エラーを検出・訂正するための冗長ビットを送信側で付加して、伝送中に発生したエラーの訂正を受信側でおこないます。FECを使用することで、光部品のコストを低減できるメリットがあります。

しかし、LR4ではFECを使うように定めていません。FECを使用しないで伝送距離を10kmに伸ばすために、高性能なレーザーと受光器を使用しています。

1. 100G CWDM4

Hyper Scale Data Center など多くのユーザーから、SR4の伝送距離100mでは足りない、でもLR4の10kmまでは必要ない。さらにより安価だとうれしい・・・という要望がありました。これらの要望を満たす100G光トランシーバーモジュールとして、伝送距離が2kmである「CWDM4」が提唱されました。

LR4ではレーザーの波長間隔が800GHz（約4nm）であったのに対して、CWDM4では波長間隔を20nmと広くしたため、複雑な波長制御機構が不要となりました。（図3）

また、伝送距離も10kmから2kmに制限することで、高価なレーザーでなく廉価なレーザーを使えるようになりました。

図3.  LR4とCWDM4の波長配置

2. 100G ER4f

長距離用である100GBASE-LR4の説明で、LR4ではFECを使うよう定めていない、という話をしました。同じく拡張された長距離用のER4でも、FECを使うように定めていません。FECを使用しないで伝送距離を40kmに拡張するために、さらに高性能なレーザーと受光器を使用しています。

しかし、ER4にFECを適用して小型化・低コスト化を実現したのがER4f（または4WDM-40）というMSA規格です。「QSFP28 100G ER4」として販売されている光トランシーバーモジュールをWeb上で見かけることがありますが、そのほとんどはFECなしでは40km伝送できず、25km〜30kmが限界です。つまり、ER4と言いながら実態は「ER4f」であるので注意が必要です。

図4. LR4とER4を低コスト化したCWDM4とER4f

3. 100G SWDM4

SR4では12芯のリボンファーバーを使って100mを伝送します。リボンファイバーでなく2芯のマルチモードファイバーで伝送したい、という要望に応えるために提唱されたのがSWDM4です。

2芯のファイバーで伝送するために、これまで長波長帯の技術だったWDMを短波長帯に適用したものが「100G SWDM4」です。

100G SWDM4の最大のメリットは、2芯マルチモードファイバーを使う10G SRからファイバーを張り替えることなく、10Gから100Gにアップグレードすることができることです。

どちらも、2芯のマルチモードファイバーを使う伝送であるために、ファイバーをそのまま流用できるのです。

図5. SR4にWDM技術を適用したSWDM4