40Gリーフスパインネットワーク設計におけるHuawei製QSFP-40G-CU1M

データセンターの進化に伴い、高速かつ低遅延の相互接続に対する需要は飛躍的に高まっています。QSFP-40G-CU1Mダイレクトアタッチ銅ケーブルは、特にHuaweiベースのリーフスパインネットワークアーキテクチャにおいて、短距離40G接続のための信頼性の高いソリューションとして登場しました。このケーブルは、サーバーとスイッチ間、およびスイッチ間の接続において、光トランシーバーに代わる効率的でコスト効率が高く、省エネルギーなソリューションを提供します。本稿では、最新の40GリーフスパインネットワークにおけるQSFP-40G-CU1Mの主な特長、導入シナリオ、設計上の考慮事項、およびパフォーマンス上の利点について解説し、ネットワークエンジニアが拡張性と高性能を備えたデータセンター設計のための情報に基づいた意思決定を行えるよう支援します。

QSFP-40G-CU1Mと40Gネットワークの概要

QSFP-40G-CU1Mは、サーバー、スイッチ、ネットワーク集約ポイント間で信頼性の高い40Gbps接続を実現する、高性能かつ短距離向けのソリューションです。その最大の特長は、予測可能なパフォーマンスと高密度なポート利用率が求められるファーウェイのリーフスパインネットワークアーキテクチャにおいて、低遅延かつエネルギー効率の高いリンクを提供できる点にあります。QSFP-40G-CU1Mは、パッシブダイレクトアタッチ銅線（DAC）技術を採用することで、光モジュールと比較して消費電力を削減しつつ、短距離での信号品質を維持します。そのため、ラック内接続やラック上部接続に特に適しています。

QSFP-40G-CU1Mとは何ですか？

QSFP-40G-CU1Mは、1メートルの距離で40Gbpsのデータ伝送に対応する、クワッドスモールフォームファクタプラガブルプラス（QSFP+）パッシブ銅ケーブルです。主な技術的特徴により、最新のデータセンター展開に最適です。

• このケーブルは、4つの10Gbpsレーンで合計40Gbpsのスループットをサポートし、40GBASE-CR4規格に完全準拠しています。
• そのパッシブ設計により、追加の電源や信号増幅が不要となり、高密度ラックにおける運用コストと発熱量の両方を削減できる。
• その QSFP また、QSFP+コネクタインターフェースにより、QSFP+ポートを搭載したファーウェイ製スイッチおよびサーバーとのプラグアンドプレイ互換性が確保され、そのフォームファクタは高密度展開シナリオをサポートします。

高速性、短距離伝送、低消費電力という特長を兼ね備えたQSFP-40G-CU1Mは、光ソリューションのような複雑さやコストをかけずに高密度な40G相互接続を必要とするデータセンターに最適です。

現代のデータセンターにおける40Gの役割

40Gネットワークの導入は、大規模なクラウド、エンタープライズ、ハイパースケールデータセンターでよく見られる、増加する東西トラフィックへの対応策となります。ワークロードが分散化され、マイクロサービスベースになるにつれて、サーバーは同じラック内または隣接するラック間で頻繁に通信するようになり、高帯域幅かつ低遅延のトラフィックパターンが生まれます。

40G接続を導入する主な利点は以下のとおりです。

• 増加 帯域幅 容量： マルチテナントをサポートし、 仮想化、そしてボトルネックのない大容量ストレージトラフィック。
• 待ち時間の短縮: 葉と棘の構造におけるホップ数を減らすことで、アプリケーションの性能が向上する。
• スケーラビリティ： スムーズな移行パスを促進します 10G SFP + 40G QSFP+への展開と将来 QSFP + / QSFP28 データセンターインフラストラクチャは、将来のものとの互換性を維持しながら 100G QSFP28 ブレイクアウトまたはアップリンク戦略によるアップグレード。

一般的な40G短距離相互接続の簡略化された比較により、QSFP-40G-CU1Mがラック内およびリーフスパイン展開でしばしば好まれる理由が明らかになります。

この比較から、短距離・高密度アプリケーションにおいては、QSFP-40G-CU1Mがコスト効率、低遅延、導入の容易さというバランスの取れた組み合わせを提供し、ファーウェイのリーフスパインネットワークの運用要件によく合致することがわかる。

葉棘ネットワーク構造の概要

リーフスパインアーキテクチャは、最新のデータセンター向けに、予測可能性が高く、低遅延で拡張性に優れたネットワークトポロジーを提供します。その最大の利点は、従来の3層ネットワークでよく見られる過剰割り当てを解消し、すべてのサーバーがネットワークリソースに均一にアクセスできることです。QSFP-40G-CU1M DACケーブルは、リーフスイッチとスパインスイッチ、またはサーバーとリーフスイッチを接続する際に特に適しており、短距離で高密度な相互接続が求められます。

葉脈設計の基本原則

リーフスパイン型トポロジーは、リーフスイッチとスパインスイッチからなる2層構造に基づいています。その基本原理は以下のとおりです。

• ノンブロッキング生地： 各リーフスイッチは各スパインスイッチに接続されており、ネットワーク全体で一貫した帯域幅を提供します。
• 予測可能な遅延： この設計では、どのエンドポイント間でも最大2ホップまでしか経由しないことが保証されており、これはレイテンシに敏感なアプリケーションにとって非常に重要です。
• 等コストマルチパス（ECMP） ルーティング： トラフィックは複数の経路に自動的に分散され、スループットと冗長性が向上します。

このアーキテクチャは、複数の集約層によってボトルネックや変動する遅延が発生する可能性のある従来の3層ネットワークとは対照的である。

従来の3層ネットワークに対する利点

葉状突起ネットワークには、運用面および技術面でいくつかの利点があります。

• 遅延とホップ数の削減： リーフとスパインが直接接続されているため、アプリケーションは一貫して低遅延の通信を実現できます。
• 拡張性の簡素化： 新しいサーバーやリーフスイッチを追加する場合、最小限の再構成で済みます。スパイン層は、ネットワークを再設計することなく、追加のリーフスイッチに対応できます。
• 帯域幅利用の最適化： すべてのリンクがアクティブで均等に負荷がかかるため、3層アーキテクチャでよく見られる、利用率の低い集約層が回避されます。

簡略化された比較表は、葉脈型構造と従来の3層構造の主な違いを分かりやすく示しています。

QSFP-40G-CU1M DACケーブルは、その短距離かつ低遅延という特性がリーフ層とスパイン層間の高密度相互接続要件に完全に適合するため、このアーキテクチャに最適です。ラック内接続やToR集約において、これらのケーブルは発熱や消費電力の増加を伴わずに高密度ポートを実現できるため、大規模展開において非常に重要となります。

QSFP-40G-CU1M Huaweiの主な特長

QSFP-40G-CU1Mは、高性能、省エネルギー、そしてシームレスな互換性を兼ね備えており、ファーウェイのリーフスパインネットワークにおける短距離40G接続に最適な選択肢です。その主要な特長により、高密度データセンター環境において、低遅延、コスト効率、そして信頼性の高い相互接続を実現します。

性能特性

QSFP-40G-CU1Mは、ラック内または隣接ラックへの展開に適した、予測可能で低遅延の接続性を提供します。主な性能上の利点は以下のとおりです。

• 高スループット: 4つの10Gbpsレーンを介して合計40Gbpsの帯域幅をサポートし、40GBASE-CR4規格に完全準拠しています。
• 最小の遅延: パッシブ銅設計は、アクティブ光ソリューションと比較して信号遅延がごくわずかであり、仮想化やストレージクラスタなどのレイテンシに敏感なアプリケーションにとって非常に重要です。
• 信号の完全性: 増幅装置や追加の電子機器を必要とせず、短距離であれば安定した性能を維持します。

代替となる短距離40G相互接続との簡潔な性能比較は、その利点を明確に示すのに役立つ。

この表は、QSFP-40G-CU1Mが超低遅延と電力効率に優れており、特に高密度で短距離の展開においてその性能を発揮することを示しています。

ファーウェイ製デバイスとの互換性

QSFP-40G-CU1Mは、幅広いHuawei製スイッチおよびサーバーと完全な互換性を持ち、QSFP+ポートを介したプラグアンドプレイ動作をサポートします。主な互換性に関する考慮事項は以下のとおりです。

• 対応スイッチモデル： Huawei CloudEngineシリーズ、Sシリーズ、およびQSFP+ポートを搭載した一部のNEシリーズスイッチ。
• ベンダーコーディングと EEPROM: 適切なベンダーコーディングを行うことで、ファーウェイ製デバイスによる認識が保証され、リンクダウンやパフォーマンス低下の問題を回避できます。
• ベンダー間の相互運用性： ファーウェイ製機器向けに設計されていますが、QSFP+規格に準拠していれば、他社製品との相互運用も可能です。

コストとエネルギー効率

データセンターがQSFP-40G-CU1Mを好む主な理由の一つは、コストと電力の両面における効率性の高さです。

• 取得コストの削減： パッシブDACケーブルは、 光トランシーバモジュール、還元 CapEx 大規模展開において。
• 動作電力の低下： アクティブ部品がないため、エネルギー消費量が最小限に抑えられ、データセンター全体の電力負荷が軽減されます。
• 簡素化された展開: プラグアンドプレイ方式により、設定の複雑さとインストール時間を削減できます。

短距離相互接続を重視するデータセンターにとって、QSFP-40G-CU1Mは、光伝送方式では実現が難しいコスト、エネルギー効率、および性能のバランスを提供します。

リーフスパインネットワークにおける展開シナリオ

QSFP-40G-CU1Mは、ファーウェイのリーフスパインネットワークにおける短距離・高密度構成に最適です。低遅延・高スループットという特性により、サーバーとリーフスイッチ、リーフスイッチとスパインスイッチ、ラック内スイッチ間リンクの接続に理想的です。最適な構成を選択することで、帯域幅の効率的な利用とネットワークの信頼性を確保できます。

トップ・オブ・ラック（ToR）とリーフの接続

QSFP-40G-CU1Mは、サーバーラックとリーフスイッチを接続するToRアグリゲーションに広く使用されています。主な特長は以下のとおりです。

• 高密度接続： 各リーフスイッチポートは複数のDAC接続に対応できるため、高密度なサーバー展開をサポートします。
• 短距離での使用に適している点： ケーブルの長さが1メートルであることは、ラック内の距離と一致しており、ケーブルの乱雑さを最小限に抑え、空気の流れの妨げを軽減します。
• ケーブル管理の簡素化： パッシブDACは電力と熱を低減し、より優れた 熱管理 ラックレベルで。

葉と棘の相互接続

リーフスイッチとスパインスイッチ間のアップリンクにおいて、QSFP-40G-CU1Mは安定した高帯域幅リンクを提供します。

• 均一な帯域幅: 各リーフとスパイン間の接続は40Gbpsの速度を提供し、ファブリック全体でノンブロッキング性能を維持します。
• 冗長性のサポート: 複数のDACリンクをスパインスイッチに展開することで、ECMPと耐障害性ルーティングを実現できます。
• スイッチ配置の柔軟性： 短いDACケーブルを使用することで、スイッチを最適な位置に配置して、空気の流れを確保し、メンテナンスを容易にすることができます。

ラック内接続

QSFP-40G-CU1Mは、単一のラック内でサーバー間接続またはスイッチ間接続を可能にします。

• 最小の遅延: 直接接続により、ストレージクラスタや高頻度コンピューティングアプリケーションにとって不可欠な、ほぼゼロの相互接続遅延が実現します。
• ケーブル管理: 1メートル長のDACケーブルは、絡まったり他のラック機器に干渉したりすることなく、簡単に配線できます。
• 高信頼性： パッシブ設計は故障箇所を減らし、重要なアプリケーション向けに安定した低メンテナンスの接続性を提供します。

導入ガイドラインの概要では、最適な使用例を示しています。

QSFP-40G-CU1Mは、短距離伝送、低消費電力、高スループットという特長を兼ね備えており、特に高密度接続と低遅延が重要な環境において、最新のリーフスパインアーキテクチャの要求を満たします。

QSFP-40G-CU1Mを使用する際の設計上の考慮事項

HuaweiのリーフスパインネットワークにQSFP-40G-CU1Mを導入する際には、綿密な計画が最適なパフォーマンス、信頼性、および長寿命を保証します。設計上の重要な考慮事項には、距離制限、ポート密度計画、および熱効率があり、これらはすべてネットワーク全体の安定性と拡張性に影響を与えます。

距離とケーブル配線の制約

QSFP-40G-CU1Mは短距離用途向けに設計されており、想定距離を超えると信号劣化やリンク障害が発生する可能性があります。主なポイントは以下のとおりです。

• 最大有効射程距離： このケーブルは最大1メートルまでの使用を想定して設計されています。これ以上の長さでの使用は推奨されません。
• DACと代替品の比較： 1メートルを超える距離の場合は、信号の完全性を維持するために、アクティブ光ケーブル（AOC）または光トランシーバーの使用を検討してください。
• ラック配置計画： DACが推奨長さ内に収まるようにリーフスイッチとスパインスイッチを配置し、コネクタの曲がりやストレスを最小限に抑えてください。

ポート密度とハードウェア計画

高密度リーフスパイン構成においては、スイッチポートの効率的な利用が極めて重要です。

• QSFP+ポートを最大限に活用する： リーフスイッチには数十個のQSFP+ポートが搭載されていることが多く、慎重なマッピングを行うことで、混雑を防ぎながらポートを最大限に活用できます。
• ブレイクアウト構成: 多くのスイッチが4x10Gをサポートしています SFP + 40G QSFP+ポートからのブレークアウトにより、サーバー向けに柔軟な集約戦略が可能になります。
• 将来の拡張性: ポート割り当てを計画する際には、拡張性を考慮し、既存のケーブルの経路変更なしに新しいDACに対応できることを確認してください。

熱効率と電力効率

QSFP-40G-CU1Mは熱特性とエネルギー効率に優れていますが、適切な計画を立てることでこれらの利点をさらに高めることができます。

• パッシブDACの熱特性： 発熱量が少ないため、アクティブ光学ソリューションと比較して冷却に必要なエネルギーを削減できます。
• ラックのエアフロー管理: 適切なケーブル配線は、空気の流れを妨げず、局所的な高温箇所の発生を防ぎます。
• 省エネルギー： パッシブ設計はデータセンター全体の消費電力削減に貢献し、これは大規模化において特に重要となる。

主な設計上の考慮事項の概要を以下に示します。

ネットワーク計画時にこれらの要素を慎重に評価することで、QSFP-40G-CU1Mは、高密度なファーウェイ製リーフスパインアーキテクチャにおいて、安定したパフォーマンス、運用コストの削減、およびメンテナンスの簡素化を実現できます。

代替40Gインターコネクトオプションとの比較

QSFP-40G-CU1Mは、短距離40G接続向けのコスト効率が高く低遅延なソリューションを提供しますが、アクティブ光ケーブル（AOC）や光トランシーバーなどの代替手段と比較した利点と限界を理解することは、情報に基づいたネットワーク設計に不可欠です。ラック内およびラック隣接リンクの場合、パッシブDACは、パフォーマンス、電力効率、および導入の容易さの最適なバランスを実現することがよくあります。

QSFP+ DACとアクティブ光ケーブル（AOC）の比較

• 距離と到達範囲： パッシブDACは1～3メートルに制限されるのに対し、AOCは最大100メートルまで延長できるため、データセンター間のより長距離の接続が可能となる。
• 消費電力： AOCはアクティブ電子回路を使用しているため消費電力が大きい一方、パッシブDACは消費電力が最小限に抑えられる。
• コストと導入の複雑さ： DACは設置が容易で、価格も大幅に安いため、高密度で短距離の用途に適しています。
• 柔軟性: AOCはケーブルが軽量で伝送距離も長くなりますが、高密度ラックでは空気の流れや熱管理に関して追加の計画が必要になる場合があります。

QSFP+ DACと光トランシーバーの比較

• インフラストラクチャ要件: 光トランシーバーは光ファイバーケーブル、パッチパネル、そして慎重な取り扱いを必要とするのに対し、DACはQSFP+ポートに直接接続できる。
• 運用コスト: 光トランシーバーは、パッシブDACと比較して、消費電力とメンテナンスコストが高い。
• 遅延と信頼性： DACは、シンプルな受動設計のため、短距離では低遅延を実現し、故障箇所も少なくなります。

要約すると、以下の違いが明らかになります。

要約すると、QSFP-40G-CU1M DACは、低遅延かつ簡単な設置を実現するため、短距離・高密度リーフスパイン構成に最適な選択肢です。AOCや光トランシーバーは、長距離接続やケーブルの重量と柔軟性が最優先される用途に適しています。適切なインターコネクトを選択するには、特定のネットワーク要件に応じて、距離、電力、コスト、および運用上の複雑さのバランスを取る必要があります。

共通の課題とベストプラクティス

Huawei製リーフスパインネットワークにQSFP-40G-CU1Mを導入するのは一般的に簡単ですが、いくつかの一般的な課題に対処しないと、パフォーマンスと信頼性に影響が出る可能性があります。これらの課題を理解し、ベストプラクティスに従うことで、ネットワークの最適な運用、ダウンタイムの削減、メンテナンスの簡素化が実現します。

互換性およびベンダーに関する考慮事項

QSFP-40G-CU1Mケーブルはファーウェイ製スイッチ向けに最適化されていますが、互換性の問題が発生する可能性があります。

• ファームウェアの不一致： 古いファームウェアバージョンではDACを認識できない場合があり、リンクダウンエラーやスループットの低下を引き起こす可能性があります。
• ベンダーのコーディングに関する問題： 標準規格外または誤ったEEPROMコーディングが施されたケーブルは、スイッチによって拒否される場合があります。
• クロスベンダー 相互運用性: DACはQSFP+規格に準拠していますが、ベンダーごとの実装の違いにより、導入前にテストが必要となる場合があります。

ベストプラクティス：

• スイッチのファームウェアが、使用しようとしているDACモデルをサポートしていることを必ず確認してください。
• ベンダー認定済みまたは規格準拠のDACを使用してください。
• 本番環境への展開前に、ラボ環境でベンダー間の接続をテストしてください。

高密度環境におけるケーブル管理

密集した葉と棘のネットワークでは、空気の流れを妨げず、アクセス性を維持するために、ケーブルの配置を慎重に行う必要があります。

• 過度の曲げ: 急な曲がりはDACを損傷させ、信号品質を低下させる可能性があります。
• ラベリングとルーティング： 適切なラベル付けがないと、トラブルシューティングや将来のアップグレードが煩雑になる。
• 気流の阻害： ケーブルの配線が不適切だと、ラックの冷却が妨げられ、ネットワーク全体の安定性に影響を与える可能性があります。

ベストプラクティス：

• DACは指定されたケーブル管理チャネルに沿って配線してください。
• ケーブルを推奨半径を超えて曲げないでください。
• メンテナンス中に素早く識別できるように、各ケーブルの両端にラベルを付けます。

信号の完全性と信頼性

信号の完全性を維持することは、安定した40Gパフォーマンスにとって極めて重要です。

• 身体的ストレス: コネクタを繰り返し挿入したり、乱暴に扱ったりすると、コネクタが損傷する可能性があります。
• 干渉： DACはシールドされているが、 電磁干渉 (EMI) 密集したラックで発生する可能性がある。
• 温度暴露: ラックの温度が過度に上昇すると、特に高密度設置の場合、パッシブDACの性能に若干の影響を与える可能性があります。

ベストプラクティス：

• コネクタの取り付けおよびメンテナンス時には、コネクタを慎重に取り扱ってください。
• 高電磁干渉源から十分な距離を保ってください。
• ラックの温度を監視し、適切な空気の流れを確保して、ケーブルの最適な性能を維持してください。

互換性、ケーブル管理、信号完全性といった課題に積極的に取り組むことで、QSFP-40G-CU1Mの導入は、運用リスクを最小限に抑えつつ、安定した低遅延性能を実現できます。これらのベストプラクティスにより、データセンターネットワークの拡張性、信頼性、効率性が維持されます。

40Gの将来動向と移行経路

QSFP-40G-CU1Mは、特に短距離・高密度接続において、データセンターの導入において引き続き重要な役割を果たすでしょう。しかし、トラフィック需要の変化や新たなネットワーク技術の登場により、その将来の用途は大きく変化しています。こうした動向を理解することで、ネットワークエンジニアはパフォーマンスと拡張性を維持しながら、アップグレードや移行戦略を策定することができます。

高速ネットワークとの共存

リーフスパイン型アーキテクチャでは40Gが依然として広く採用されている一方で、多くのデータセンターでは徐々に100Gやその他の高速トランシーバーの導入が進んでいる。

• ハイブリッド展開: リーフスイッチには、ラック内の短距離接続用の40G DACと、スパイン相互接続用の100G光アップリンクが混在して搭載されている場合があります。
• 段階的な移行： 組織は、既存の 40G リーフ-サーバーリンクと低速を維持しながら、スパイン層を 100G にアップグレードできます。 SFP アクセス接続を維持し、全面的な交換を回避します。
• 下位互換性: QSFP-40G-CU1MのようなDACは、ブレークアウトシナリオ（4x10G）との互換性を維持しており、運用を中断することなく段階的なアップグレードを可能にします。

DAC技術の進化

直接接続型銅ケーブルも、将来の需要を満たすために進化を続けている。

• より高速なDAC： 100Gまたは400Gをサポートする次世代DACが登場しつつあり、これは改良された信号伝送技術と銅材料を活用している。
• 延長可能なオプション： アクティブDACは、低遅延性を損なうことなく、より長距離の伝送を可能にします。
• エネルギー効率に焦点を当てる： 将来のDAC（データセンターアクセスポイント）は、引き続き低消費電力を最優先事項とし、ハイパースケールデータセンターにおける運用エネルギーコストの上昇に対応する。

次世代データセンターアーキテクチャにおける役割

光通信速度が向上しても、QSFP-40G-CU1Mは特定のシナリオにおいて依然として有効である。

• 短距離接続： ラック内リンクにおいても、低遅延・高密度DACの恩恵は依然として大きい。
• コスト重視の導入： 設備投資と運用効率が重要な環境においては、DACは依然として費用対効果の高い選択肢である。
• 管理の簡素化: パッシブDACは、光モジュールに比べてメンテナンスの手間を削減できるため、大規模なリーフスパインファブリックにおける運用上の簡便性を確保できます。

要約すると、高速ネットワークが徐々に主流になりつつある一方で、QSFP-40G-CU1Mは短距離・高密度環境において依然として重要な役割を果たしています。ハイブリッドアーキテクチャの計画、段階的なアップグレードの検討、DACの利点の活用により、データセンターはパフォーマンス、エネルギー効率、運用上の簡便性を維持しながら効果的に拡張できます。

QSFP-40G-CU1M Huaweiに関するよくある質問

Q1：QSFP-40G-CU1Mがサポートする最大距離はどれくらいですか？

A1：QSFP-40G-CU1Mは最大1メートルの伝送距離をサポートしているため、ラック内接続や隣接ラック接続に適しています。

Q2：QSFP-40G-CU1Mは、ファーウェイ製以外のスイッチでも使用できますか？

A2：スイッチがQSFP+ DACと適切なコーディングをサポートしていれば、他社製品と併用することも可能ですが、導入前に互換性を確認する必要があります。

Q3：QSFP-40G-CU1Mはブレークアウト構成をサポートしていますか？

A3：はい、スイッチの機能とファームウェアによっては、40G QSFP+ポートは通常4つの10Gレーンに分割できます。

Q4：QSFP-40G-CU1Mは、光トランシーバーと比較して、レイテンシはどのように異なりますか？

A4：QSFP-40G-CU1Mは、パッシブ銅設計により低遅延を実現しており、遅延に敏感な短距離リンクに最適です。

Q5：QSFP-40G-CU1Mケーブルには特別なメンテナンスが必要ですか？

A5：メンテナンスは最小限で済みます。適切な取り扱いを心がけ、過度な曲げを避け、ケーブルに空気の流れを妨げるものがないようにしてください。

Q6：QSFP-40G-CU1Mは高密度ラックで使用できますか？

A6：はい、その短い長さ、低い発熱量、そしてプラグアンドプレイ設計により、高密度な葉棘の設置に適しています。

？ 結論

QSFP-40G-CU1Mは、ファーウェイのリーフスパインネットワークにおける短距離40G接続向けに、効率的で低遅延かつコスト効率に優れたソリューションを提供します。パッシブ設計により、消費電力を最小限に抑え、導入を簡素化し、高密度、ラック内、リーフ・スパイン間相互接続といったシナリオにおいて信頼性の高いパフォーマンスを実現します。ネットワークエンジニアは、互換性、ポート密度、熱管理を慎重に検討することで、QSFP-40G-CU1Mのメリットを最大限に活用し、拡張性と耐障害性に優れたデータセンターアーキテクチャを構築できます。

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