QSFP+とは何か？QSFP28との違いは？

データセンター、クラウドプラットフォーム、そしてエンタープライズネットワークの拡大に伴い、より広い帯域幅とより高速なデータ伝送に対する需要が大幅に高まっています。現代のネットワークインフラストラクチャは、クラウドコンピューティング、ビッグデータ分析、ハイパフォーマンスコンピューティング（HPC）などのアプリケーションによって生成されるトラフィック量の増加に対応する必要があります。こうした要件を満たすため、ネットワークハードウェアはより高いポート密度とより高速な相互接続技術へと進化してきました。

高速ネットワークを支える主要技術の一つとして登場したのが、QSFP+トランシーバーモジュールです。40ギガビットイーサネット接続を実現するように設計されたQSFP+は、データセンターのスイッチング、アグリゲーションレイヤー、および高性能コンピューティング環境で広く採用されるソリューションとなっています。コンパクトなフォームファクタ、高いポート密度、そして信頼性の高いパフォーマンスにより、10G SFP+などの低速イン​​ターフェースからアップグレードを検討している組織にとって、実用的な選択肢となっています。

QSFP+とは何か、そしてどのように動作するのかを理解することは、 QSFP28 100Gと比較する前に不可欠です。QSFP+モジュールの背後にある技術と、高速ネットワークにおけるその役割を探ることで、このトランシーバータイプが現代のネットワーク展開において適切な選択肢であり続けるかどうかを容易に評価できるようになります。

QSFP+トランシーバーとは何ですか？

QSFP+は、高速ネットワーク機器で広く使用されている、小型でホットプラグ対応のトランシーバーモジュールです。スイッチ、ルーター、ネットワークインターフェースカードなどの機器が、光ファイバー接続を介してデータを送受信することを可能にします。

QSFP+トランシーバーモジュール技術の概要

QSFP +トランシーバーは、40Gbpsのデータ伝送用に設計された高密度光通信モジュールです。「QSFP+」はQuad Small Form-factor Pluggable Plusの略で、「quad」はモジュールが4つの独立した伝送チャネルを使用して合計帯域幅を実現することを示しています。各チャネルは通常10Gbpsをサポートし、モジュールは4つのレーンを1つの40Gbps接続に集約できます。

QSFP+モジュールはホットプラグに対応しており、システムをシャットダウンすることなく、互換性のある機器への挿抜が可能です。この機能により、データセンター環境におけるメンテナンスとアップグレードが簡素化されます。さらに、コンパクトな設計により、ネットワークデバイスは狭い物理スペースに複数のQSFP+ポートを収容できるため、従来のトランシーバー技術と比較してポート密度が大幅に向上します。

40ギガビットイーサネットネットワークにおけるQSFP+の役割

QSFP+モジュールは、40ギガビットイーサネットの導入において重要な役割を果たします。最新のデータセンター内のスイッチ、サーバー、ストレージシステム、その他のネットワークデバイス間の高速接続を可能にします。

40GbEは膨大な帯域幅を必要とするため、QSFP+モジュールはスイッチアップリンク、アグリゲーションレイヤー、スパインリーフアーキテクチャなどでよく使用されます。複数の並列レーンにまたがってデータを転送できるため、ネットワークインフラストラクチャは高負荷のトラフィックを効率的に処理できます。多くの場合、QSFP+モジュールはブレイクアウト構成もサポートしており、1つの40Gポートを4つの10G接続に分割することで、ネットワーク設計の柔軟性を高めます。

QSFP+はどのように機能するのか？

QSFP+機能の中核は、同期された光または電気チャネルを介して高速データストリームを伝送するマルチレーンアーキテクチャです。これらのレーンを組み合わせることで、信号の安定性と整合性を維持しながら、40G通信に必要なスループットを提供します。

チャネルアーキテクチャと信号伝送

QSFP+モジュールの性能は、マルチレーンチャネルアーキテクチャに大きく依存しています。このアーキテクチャは、信号の整合性を維持しながら高速データ伝送を可能にし、消費電力を管理しやすくしています。QSFP+は、すべてのデータを単一の高速チャネルで送信するのではなく、4つの並列な電気レーンと光レーンにトラフィックを分散させます。各レーンは通常10Gbpsで動作し、40ギガビットイーサネットで使用される合計40Gbpsのラインレートをサポートします。

QSFP+トランシーバーは内部的に、ホストデバイスからXLPPI （40Gアタッチメントユニットインターフェース）またはIEEE規格で定義されたその他の同等の電気インターフェースを介して高速電気信号を受信します。これらの信号は、内部のシリアライザ/デシリアライザ（SerDes）回路によって処理され、入力された並列データストリームがモジュールの4つのチャネルを介して送信するための適切なフォーマットに変換されます。このアーキテクチャにより、単一レーンで非常に高速なデータ伝送を行う際の複雑さが軽減され、信号の安定性が向上します。

光QSFP+モジュールでは、各電気レーンが専用の光送信機を駆動します。40G SR4のような短距離モジュールでは、通常VCSEL（垂直共振器面発光レーザー）技術が、 40G LR4や40G ER4のような長距離モジュールでは、波長多重化機能を備えたDFBレーザーが使用されます。受信側では、光検出器が入力光信号を電気信号に変換し、受信回路で再結合された後、ホストデバイスに送信されます。

電気および光インターフェース

QSFP+モジュールは、ホストデバイスへの標準化された電気インターフェースと伝送媒体へのメディアインターフェースを提供し、ネットワークハードウェアと物理リンク間のシームレスな通信を可能にします。ホスト側では、モジュールはQSFP+ MSAで定義された38ピンのエッジコネクタを介して接続され、1レーンあたり10Gbpsで動作する4つの送信レーンと4つの受信レーンを備えています。高速データレーンに加えて、このインターフェースには電源、接地、およびI²Cベースの管理チャネルが含まれており、ホストシステムはデジタル診断モニタリング（DDM）を介して温度、電圧、光パワーなどのパラメータを監視できます。

モジュール内部では、入力された電気信号はクロック・データ・リカバリ（CDR）、イコライザ、アンプなどの内部信号調整コンポーネントを通過します。これらのコンポーネントは、PCBの配線やコネクタによる信号劣化を補正し、安定した高速通信を実現します。調整された電気信号はモジュールの伝送インターフェースに転送され、光伝送用に準備されます。

QSFP+光トランシーバーモジュールでは、統合されたレーザードライバとトランスミッターが光信号を生成し、伝送技術に応じて、MPO/MTPマルチファイバーインターフェースやLCデュプレックスコネクタなどの標準化されたコネクタを介して光ファイバーに伝送します。例えば、40GBASE-SR4のようなパラレルオプティクスモジュールは通常、複数のファイバーストランドを備えたMPO/MTPコネクタを使用しますが、 40GBASE-LR4のような波長分割多重モジュールは、デュプレックスLCインターフェースを使用してシングルモードファイバー上で複数の波長を伝送します。

QSFP+モジュール規格とプロトコル互換性

異なるベンダーのネットワーク機器間の相互運用性を確保するため、QSFP+モジュールは確立された業界標準に従って設計されています。これらの標準は、モジュールの機械的寸法、電気的インターフェース、およびサポートされる通信プロトコルを定義しています。

イーサネット、InfiniBand、ファイバーチャネルのサポート

QSFP+モジュールは、様々な高性能ネットワーク技術で広く使用されています。40ギガビットイーサネットで最もよく使用されますが、InfiniBandやファイバーチャネルなどの他のプロトコルもサポートしています。

InfiniBand環境において、QSFP+モジュールは、低レイテンシと高スループットが不可欠な高性能コンピューティング（HPC）クラスター向けの高速通信を実現します。同様に、ストレージネットワークにおいて、QSFP+モジュールは特定のファイバチャネル構成をサポートし、サーバーとストレージアレイ間の効率的なデータ転送を可能にします。この幅広いプロトコル互換性により、QSFP+はエンタープライズネットワークとデータセンターネットワークの両方において汎用性の高いソリューションとなっています。

QSFP+がMSA仕様に準拠する方法

QSFP+モジュールは、異なるベンダーの製品間の相互運用性を確保するための機械的、電気的、光学的要件を定義するMulti-Source Agreement（MSA）規格に準拠しています。MSA準拠により、QSFP+モジュールは、メーカーを問わず、ピン構成、光出力レベル、信号符号化方式の互換性を維持できます。このオープンな標準化は、イノベーションと相互互換性を促進し、ネットワーク事業者が統合の問題を懸念することなく、コンポーネントを柔軟に組み合わせることを可能にします。

QSFP+モジュールにはどのような種類がありますか？

QSFP+モジュールには、ネットワーク距離や導入環境に合わせて設計された複数の光伝送バリエーションが用意されています。すべてのQSFP+モジュールは、4つの並列10Gbpsチャネルを使用して40Gbpsイーサネットをサポートしますが、主な違いは伝送距離、光波長、ファイバーの種類、およびアプリケーションシナリオです。

QSFP+光モジュールで最も一般的なタイプは、 SR4（短距離）、LR4（長距離）、ER4（拡張距離）です。これらのモジュールを使用することで、ネットワーク設計者は、接続先がラック内、データセンター内、または遠隔地の施設間であるかに応じて、適切なソリューションを選択できます。

以下の表は、一般的な 3 つの QSFP+ モジュール タイプ間の主な違いをまとめたものです。

各QSFP+モジュールタイプは、特定の導入シナリオに合わせて最適化されています。SR4モジュールは短距離の高密度データセンター環境に最適です。一方、LR4およびER4モジュールは、シングルモードファイバーを使用したより長距離の光リンクをサポートし、エンタープライズ、メトロ、および通信ネットワークに適しています。

QSFP + 40G SR4

QSFP+ 40G SR4モジュールは、データセンター内の高速短距離伝送用に設計されています。850nm波長のマルチモード光ファイバーで動作し、4つの並列光レーン（各レーンは10Gbpsの伝送速度）を使用して合計40Gbpsのスループットを実現します。

SR4モジュールは、通常、OM3ファイバーで最大100m、OM4ファイバーで最大150mの伝送距離をサポートします。MPO/MTPコネクタを採用しているため、高密度配線が可能で、最新のデータセンターアーキテクチャへの導入が簡素化されます。

これらの 40GBASE SR4 トランシーバー モジュールは、次のような用途で広く使用されています。

• トップオブラック（ToR）からエンドオブロー（EoR）への切り替え
• リーフスパイン型ネットワークアーキテクチャ
• 高密度データセンター相互接続

信頼性と高性能のSR4接続のために、 LINK-PP LQ-M8540-SR4C QSFP + 40G SR4 は優れた選択肢です。安定した40G伝送、低消費電力、QSFP+ MSA規格への完全準拠を実現し、高密度データセンターの導入に最適です。

QSFP+ 40G LR4

QSFP+ 40G LR4モジュールは、シングルモード光ファイバーによる長距離伝送向けに設計されています。粗波長分割多重（CWDM）技術を用いて、4つの10Gbps光信号を1本の光ファイバーペアに結合します。

各チャネルは 1271nm ～ 1331nm の範囲内の異なる波長で動作し、モジュールは LC デュプレックス コネクタを使用して最大 10km の距離で 40Gbps の伝送を可能にします。

40GBASE LR4 モジュールは、一般的に次のような用途に導入されています。

• キャンパスネットワーク接続
• メトロポリタンエリアネットワーク（MAN）
• 施設間のデータセンター相互接続（DCI）

このカテゴリーで推奨される解決策は、 LINK-PP LQ-CW40-LR4I QSFP+ 40G LR4 トランシーバー。このモジュールは、信頼性の高い長距離接続、強力な光学性能、主要なネットワーク機器との互換性を備えており、エンタープライズおよびメトロネットワークインフラストラクチャに最適です。

QSFP+ 40G ER4

QSFP+ 40G ER4モジュールは、キャリアグレードおよびバックボーンネットワークにおける超長距離伝送向けに設計されています。LR4モジュールと同様に、ER4モジュールもシングルモード光ファイバー上でCWDM技術を採用していますが、光出力と受信感度が向上しています。

これにより、ER4 モジュールは最大 40 km の伝送距離をサポートできるようになり、長距離ネットワーク リンクや通信インフラストラクチャに適したものになります。

40GBASE ER4 の一般的な用途は次のとおりです。

• 通信バックボーンネットワーク
• 長距離データセンター相互接続
• 地域または都市間のネットワークリンク

拡張範囲光ネットワークの場合、 LINK-PP LQ-CW40-ER4C QSFP 40G ER4 モジュールは堅牢で高性能なソリューションを提供します。安定した長距離伝送を実現するように設計されており、通信事業者や企業における厳しいネットワーク信頼性要件を満たします。

QSFP+は速度と帯域幅においてQSFP28とどのように比較されるのか？

QSFP+とQSFP28はどちらも高速ネットワークで広く使用されているフォームファクタですが、伝送速度と全体的な帯域幅容量には大きな違いがあります。これらの違いを理解することで、ネットワークアーキテクトは、現在および将来の帯域幅需要に最も適したモジュールを判断できます。

40Gと100Gの伝送速度

QSFP+とQSFP28の最も根本的な違いは、サポートされるデータレートにあります。QSFP+モジュールは、主に40ギガビットイーサネットアプリケーション向けに設計されています。通常、それぞれ10Gbpsで動作する4つの独立したレーンを使用し、合計で40Gbpsのスループットを実現します。

一方、QSFP28モジュールは100ギガビットイーサネット環境向けに設計されています。10Gbpsレーンを4本使用するイーサネットとは異なり、QSFP28は25Gbpsレーンを4本使用することで、合計100Gbpsの帯域幅を実現しています。この高速レーンにより、QSFP28はハイパースケールデータセンターネットワーク、ハイパフォーマンスコンピューティング（HPC）、クラウドインフラストラクチャなど、より要求の厳しいワークロードをサポートできます。

QSFP28モジュールのレーンレートの向上は、強化されたエンコード方式やより高度な物理層実装など、信号処理技術の向上によって実現されています。その結果、QSFP28はQSFP+と同様の物理的フォームファクタを維持しながら、大幅に高いスループットを実現します。

帯域幅の効率と拡張性

QSFP28は、伝送速度そのものの向上に加え、現代のネットワークにおいて帯域幅効率と拡張性も向上させます。トラフィックが急増する大規模データセンターでは、100Gリンクを導入することで、40Gインフラストラクチャと比較して必要な物理接続数を削減できます。

QSFP28モジュールは、100Gから4×25Gなどのブレイクアウト構成もサポートしており、高速アップリンクと低速サーバー接続の両方に対応する柔軟なネットワークアーキテクチャを実現します。この柔軟性により、ネットワークのアップグレードが簡素化され、既存のインフラストラクチャを完全に再設計することなく帯域幅を拡張できます。

QSFP+は、レガシーシステムやコスト重視の環境で依然として広く使用されていますが、40Gの帯域幅上限のため、拡張性が低くなっています。ネットワーク需要の増加に伴い、多くの組織がQSFP+からQSFP28に移行し、高密度化、スループットの向上、そしてより効率的な帯域幅利用を実現しています。

QSFP+とQSFP28の消費電力比較

現代のネットワーク環境、特に数千のトランシーバーが同時に動作する大規模データセンターでは、消費電力は重要な考慮事項です。QSFP+モジュールとQSFP28モジュールは、基盤となるテクノロジーと伝送速度の違いにより、電力要件が異なります。

電力要件と効率指標

QSFP+モジュールは、光の種類や伝送距離によって異なりますが、一般的に1.5～3.5ワット程度の消費電力です。レーン速度が低い（1レーンあたり10Gbps）ため、電気部品や光部品に必要な処理能力も一般的に少なくて済みます。

一方、QSFP28モジュールは、通常3.5～5ワットの消費電力となる。レーンあたり25Gbpsという高いデータレートを実現するには、より高度な信号処理、例えば強力なイコライゼーションや前方誤り訂正（FEC）などが必要となり、その結果、消費電力が増加する。

しかし、モジュールあたりの消費電力は高いものの、QSFP28トランシーバーはギガビットあたりの帯域幅効率が高いとよく考えられています。単一モジュールで100Gbpsを実現することで、複数の低速ポートの必要性が減り、最終的にはネットワーク全体の消費電力を削減できます。

冷却とエネルギーコストへの影響

消費電力は熱出力に直接影響し、ネットワーク機器内の冷却要件にも影響を及ぼします。QSFP28モジュールは、動作速度が速く、回路が複雑であるため、QSFP+モジュールよりもわずかに多くの熱を発生します。

高密度スイッチでは、この違いがエアフロー設計と冷却戦略に影響を与える可能性があります。データセンター運営者は、スイッチとラインカードが高速トランシーバーによって発生する追加の熱を放散できることを確認する必要があります。

それでも、多くの組織は現代の導入において依然としてQSFP28を好んでいます。これは、複数の低速接続ではなく、より少ない高速ポートを使用することで、システム全体の効率が向上するためです。この統合により、ラックスペースの使用量を削減し、ケーブル配線を簡素化し、長期的なエネルギーコストを削減できます。

QSFP+とQSFP28の互換性と相互運用性の比較

ネットワークインフラのアップグレードや拡張においては、互換性と相互運用性が重要な要素となります。QSFP+とQSFP28は物理的な寸法は似ていますが、電気的特性とサポートされるデータレートにはいくつかの重要な考慮事項があります。

他のモジュールとの下位互換性

QSFP+とQSFP28はどちらもQSFPマルチソースアグリーメント（MSA）規格に準拠しており、ベンダー間で一貫した物理フォームファクタを保証します。この共通設計により、多くのスイッチのQSFP28ポートはQSFP+モジュールに対応し、必要に応じてデバイスを40Gの速度で動作させることができます。

この後方互換性により、ネットワークのアップグレードがより柔軟になります。例えば、組織は100Gインフラへの完全な移行が必要になるまで、既存のQSFP+トランシーバーを使用しながら、QSFP28ポートを備えたスイッチを導入することができます。

ただし、逆は不可能です。QSFP28モジュールは、ポートハードウェアが100G伝送に必要なより高い電気信号速度をサポートしていないため、QSFP+ポートでは動作しません。

ケーブルとコネクタインターフェースの違い

QSFP+とQSFP28は同じフォームファクタを共有していますが、使用するケーブルと光インターフェースは導入シナリオによって異なる場合があります。QSFP+モジュールでは通常、SR4光モジュール用のMPO/MTPファイバーコネクタやLR4モジュール用のデュプレックスLCコネクタなど、40G規格向けに設計されたケーブルが使用されます。

QSFP28モジュールもMPO/MTPおよびLCコネクタを使用しますが、より高速なレーン速度と、4×25Gまたは2×50G接続を含む様々なブレークアウト構成をサポートしています。これにより、QSFP28は最新の高速ネットワークアーキテクチャとの統合が容易になります。

ネットワークのアップグレードを計画する際には、既存のケーブルインフラストラクチャが必要な帯域幅と光仕様をサポートしていることを確認することが重要です。場合によっては、QSFP+からQSFP28へのアップグレードにおいて、最適なパフォーマンスと相互運用性を確保するために、ファイバーの種類、コネクタ構成、またはスイッチポート機能の変更が必要になることがあります。

結論：QSFP+とQSFP28のどちらを選ぶべきか

QSFP+とQSFP28は現代のネットワークにおいて異なる役割を果たします。QSFP+は40Gアプリケーションに特化し、QSFP28は100Gの導入に最適化されています。どちらを選択するかは、帯域幅の要件、アップグレード戦略、予算の制約によって異なります。

QSFP+ は次のような場合に最適な選択肢です。

• サーバー、集約、またはキャンパス接続にリンクあたり 40 Gbps で十分な 40G イーサネット ネットワークを構築または拡張しています。
• 特に 40G から 4×10G へのブレークアウト リンクを使用して複数の 10G SFP+ ポートを単一の 40G QSFP+ アップリンクに集約し、10G からコスト効率の高いアップグレードを行う必要があります。
• 光伝送距離の要件は、OM4 経由の 40G SR4 で最大 150 m、40G LR4 で 10 km、40G ER4 で 40 km など、一般的な QSFP+ バリアントと一致します。

QSFP28 は次の場合により適した選択肢です:

• スパインリーフ アーキテクチャ、データセンター相互接続、および 40G がボトルネックとなっている高性能コンピューティングには、100G のライン レートが必要です。
• 複数の 40G 接続と比較して物理リンクの数を減らしながら、ラック ユニットあたりの総スループットを高めるために、より高い帯域幅密度が必要です。
• 100G アップリンクと 25G/50G サーバー ポートの組み合わせを接続するために、100G から 4×25G または 2×50G などの柔軟なブレークアウト構成を計画します。

ライフサイクルの観点から見ると、多くの組織は、安定セグメントまたはレガシーセグメントではQSFP+を引き続き使用し、新規構築や大規模更新では将来を見据えた容量確保のためにQSFP28を導入しています。実用的な戦略としては、QSFP+モジュールに対応可能なQSFP28ポートを備えたスイッチを使用することで、混乱を招くフォークリフトアップグレードなしで40Gから100Gへの段階的な移行が可能になります。 

主要なネットワーク機器と互換性のある信頼性の高い高性能光モジュールについては、光トランシーバのポートフォリオをご覧ください。 LINK-PP オフィシャルストアでは、エンタープライズおよびデータ センター ネットワーク向けに設計された幅広い QSFP+ および QSFP28 ソリューションを見つけることができます。

QSFP+ よくある質問

QSFP+ はどのくらいの速度をサポートしますか?

QSFP+モジュールは、主に40ギガビットイーサネット（40Gbps）接続をサポートするように設計されています。この速度は、それぞれ10Gbpsで動作する4つの並列レーンによって実現され、合計40Gbpsの帯域幅を提供します。

QSFP+ が到達できる最大距離はどれくらいですか?

QSFP+ モジュールの伝送距離は、使用する QSFP+ の種類とファイバーによって異なります。40G SR4 モジュールは通常、OM4 マルチモード ファイバー経由で最大 150 m まで到達しますが、40G LR4 モジュールは最大 10 km まで到達でき、ER4 モジュールはシングルモード ファイバー経由で最大約 40 km まで伝送を延長できます。

QSFP+ モジュールを SFP+ モジュールに接続できますか?

QSFP+モジュールの種類によって異なります。MPO/MTPコネクタを備えたQSFP+モジュール（40G SR4など）は、MPO-LCブレークアウトケーブルを使用して4つの独立した10G SFP+リンクに分割できるため、1つの40Gポートを4つの10Gポートに接続できます。ただし、LCデュプレックスコネクタを備えたQSFP+モジュール（40G LR4など）は波長分割多重方式を採用しているため、SFP+モジュールに直接接続することはできません。

QSFP+ と QSFP56 の違いは何ですか?

QSFP+は4つの10Gbpsレーンを使用して40Gbpsの伝送速度をサポートし、QSFP56はPAM4変調方式を採用した4つの50Gbpsレーンを使用して200Gbpsの伝送速度をサポートします。QSFP56は次世代の高帯域幅データセンターネットワーク向けに設計されているのに対し、QSFP+は主に既存の40Gインフラストラクチャで使用されます。

QSFP+ モジュールは QSFP28 ポートで動作しますか?

多くの実装において、QSFP28ポートは機械的および電気的にQSFP+モジュールを受け入れ、40Gで動作するように設計されており、アップグレード時に既存の光モジュールとの下位互換性を確保しています。逆の動作はサポートされていません。QSFP+ハードウェアは100Gに必要なレーンあたり25Gbpsのシグナリングをサポートしていないため、QSFP28モジュールはQSFP+ポートで動作できません。