光モジュールのデータシート：リンクの成否を決める6つの数値

1つのレシーバー、公表される5つの数値

同じ品番の見積もりが同じ日の午後に3通届く。400GBASE-DR4、500m、MPO-12。受信感度は1社が−5.9dBm、2社が−4.4dBm、3社が−3.9dBmと読める。この列で並べ替えれば1社が落札し、バイヤーはポートあたり数ドル得をした気になる。

どれも嘘ではない。ただ測っているものが違うだけで、その間の2dBは能力の差ではなく定義の差だ。

トランシーバーのデータシートとは、工学単位をボルト留めした販売文書である。リンクが3年目もクリーンかどうかを決めるのは6つの数値——発光パワー、TDECQ、正しいBERでの感度、overload、波長ウィンドウ、ケース温度。残りは装飾であり、一部は罠だ。以下、これらが「噛みつく」順に並べ、見栄えよく仕上げられた表を暴く算数も添える。

同じ400G DR4レシーバーは5通りに記述でき、いずれもIEEE 802.3bsの同一条項に適合する。

−5.9と−3.9を表計算で並べれば、存在しない2dBのマージンを発明したことになる。一つの列だけで見積もりを比較することの問題はまさにこれで、一番安く見えるモジュールは、往々にして最も見栄えのよい定義を選んだベンダーのものにすぎない。

こうした例を重ねた末の私のルール：感度の数値にビットエラーレートと温度と限定語（「OMA」「average」「with SECQ」）が付いてこなければ、それは仕様ではない。たまたまページに載っていた数字にすぎない。

発光パワーは表の中で最も弱い数値

多くの表はTx平均パワーの最小・最大で始まる。測りやすく、比較しやすいからだ。同時に情報量が最も少ないのもこの2つ。IEEE 802.3bs自身、最小発光パワーの行を「参考値」として明示している——パワーだけでは信号品質をほとんど語らないという、はっきりした警告だ。

信号を運ぶのはOMA——光変調振幅、受信側が実際にスライスするPAM4の最外レベル間の距離だ。400GBASE-DR4のOMA outerウィンドウは−0.8〜+4.2dBmで、さらに標準は複合制限を課す：OMA換算の発光パワーからTDECQを引いた値が−2.2dBmを下回ってはならない。この制限は2回読む価値がある。送信側はアイ閉鎖を振幅で「買う」ことは許されない——イコライザが取り戻すものを、2つの数値が揃って支えねばならない。

消光比は今も最小3.5dBで現れる。10G NRZ部品が担っていた6dBに比べれば低い。意図的だ。PAM4は1回の振幅に3つのアイを重ねており、最高レベルと最低レベルの比が中間のアイについて語る力は、2値系統よりはるかに小さい。ERはレーザーバイアスの確認用として生き残るだけで、品質の指標ではない。

データシートに平均発光パワーしか載っていなければ、OMA outerとTDECQを求めよ。モジュールは+4dBmの平均上限内に余裕で収まりながら、最外のアイが閉じつつある——という状態になり得る。平均パワーの列がそれを示すことは永遠にない。

BERが付かない感度は、主語のない数字

10G部品は10⁻¹²で、400G部品は2.4 × 10⁻⁴で表記される。この2つの目標は必要な信号対雑音比で6dB離れている——Qは7.03対3.49、電気SNRにして16.9dB対10.9dB。

これは毎月どこかで交わされる会話を説明する。−15.5dBmの受信機に慣れたエンジニアは、−4.4dBmと書かれた400G DR4を見て「高速光は繊細だ」と結論づける。違う。約束が変わったのだ。400Gではモジュールはもはや誤りなしのビットを届ける必要がなく、KP4デコーダーが片付ける生の誤り率を届ければよい——RS(544,514)、ブロックあたりパリティ30シンボル、15シンボル訂正、出力は10⁻¹²。2.4 × 10⁻⁴というしきい値はデコーダーの食欲であって、受信機の限界ではない。

だから感度の数値は、デコーダーのどちら側を指すかが分かって初めて意味を持つ。2社がどちらも「感度−6dBm、400G」と書いて、実際にはちょうど1dB違う受信機を指していることがある——片方は理想送信機でFECしきい値を測ったもの、もう片方は加圧条件下で測ったものだ。

TDECQは旧式のアイマスクに取って代わった数値だ。PAM4のアイの上に多角形を描く者はもういない。イコライザ前ではアイは閉じており、どのモジュールも落ちる。代わりに送信側は実イコライザを持つ参照受信機に向けて測定され、シンボル誤り率が4.8 × 10⁻⁴——ビット誤り率の2倍。グレイ符号化によりシンボル誤りの大半は1ビットの誤りになる——に達するまでノイズを加え、加えたノイズのdBがペナルティとなる。天井は400G/800Gの大半の距離で3.4dB、長距離版で3.9dB。1.6T改訂はその両方をさらに引き締める。

3.0dBで出荷するベンダーは太っ腹ではない。差額は、ある年、コネクタが汚れても誰も気づかなかった日のために使われているのだ。

誰もチェックしない天井

私の見るリンクバジェットは、どれも下から積み上げている。発光パワーから区間損失を引いて感度を上回ればよい、と。上側の制約を載せているものはほぼなく、400G/800Gリンクは思った以上に「上から」落ちる。

400GBASE-DR4は平均受信パワー+4.0dBmを許容し、損傷しきい値は+5。送信側は+4.0の発光が許されている。この2つを3mのジャンパーパッチ、0.5dBの損失、ポケットから出したばかりのAPC端面一式に当てはめると、受信側は飽和まで半デジベルのところで動く。リンクは上がる。6週目の午後、最短ケーブルの2ポートがエラーを数え始める。モジュールは2回交換される——ケーブルは一度も。

反射が事態を悪くする。標準は送受信両側で−26dBの反射率を求め、21.4dBの戻り損失許容を認める。傷の入ったAPC端面や、誤ってAPCに嵌めたUPC端面は、これを静かに壊す。ペナルティは損失ではなくジッタとして現れるため、パワーの読みは健康なままなのだ。

直すのはほとんどタダ：20m前後より短い400G/800Gリンクでは、受信パワーを感度ではなくoverloadの列と照合せよ。天井まで2dB以内なら固定アッテネータを入れる。5ドルで現場出張を回避できる。

DDMテレメトリは受信パワーとケース温度を5秒ごとに届けてくれる——ダッシュボードがoverloadの線も描いていさえすれば、この確認は自明になる。

SKUを決める2つの列：波長とケース温度

波長は色として読まれがちだ。実際はウィンドウであり、幅こそが重要だ。

400GBASE-FR4とLR4は1271〜1331nmに20nm刻みのCWDM4レーンを走らせ、各レーン±6.5nmのドリフトが許される。400GBASE-DR4は1311nmに13nmのウィンドウ、1304.5〜1317.5nmに座る。だから「1310nm」はケーブル設計の拠り所になる仕様ではない。DR4のレーンとFR4のレーンはどちらも「1310あたり」だが、同じMUXの中では交換できない。仕様記述で発注しレーンプランで発注しない——2km区間が「全部点灯するがどれもトラフィックが通らない」4つのモジュールで終わるのは、このやり方の帰結だ。

ケース温度はもう一つの静かな罠。商用のウィンドウは冷気通路ではなくケース上で0〜70°Cであり、1Uシャーシが32ケージを載せればケースは吸気よりずっと上に出る。拡張温度版は−40〜85°Cを謳う。誠実な問いはこうだ：そこでの光学数値は同じ数値か、それとも範囲の端で測られたデレート済みの数値か。端のデータを要求せよ。125°Cにわたって発光パワーが一字も変わらないというのは、設計の宣言であって表の行ではない。

自社の列の読み方——10G SFP+、100G QSFP28、400G QSFP-DD、800G OSFP——を、バイヤーが読むべきやり方で示す。

DR4の行は、記事全体が一行に収まったものだ。数字を出せるのは誰でもいい。同じやり方で測られた行との減算に耐える数字を出せること——それがより難しい規律であり、サプライヤーを試す価値のある基準はそれだ。

このどれも、求めなければ発注書には載らない。ケース温度全範囲と寿命末期まで保証された最悪値、各感度数値の背後にある量、平均パワーだけではないOMAとTDECQ、overloadと損傷しきい値、そしてゴールデンサンプル一つではなくロット試験レポート。5つすべてを一つの文書で答えられるサプライヤーは、パンフレットではなく生産ラインについて何かを語っている——それこそが、光モジュールのデータシートに最後に残された、学ぶ価値のあることだ。

FAQ

同じ400G DR4なのに、ベンダー間で受信感度の表記が違うのはなぜですか？

少なくとも4つの量が「感度」と呼ばれるためです。平均受信パワー、OMA outer、アイ閉鎖込みの加圧感度、そして場合によっては室温での代表値。標準の表では、400GBASE-DR4のこれらは−5.9、−4.4、−1.9dBmに置かれます。比べるのは同士だけに。

感度の数字が浅い（絶対値が小さい）ほどモジュールは悪いのですか？

一概にそうとは限りません。定義がより厳しいだけの場合があります。加圧条件下の−3.9dBmと表記されたモジュールは、条件のない−5.9dBmのモジュールに勝ることがあります。数字は同一の定義と同一のBER目標の内でのみ比較できます。

TDECQはどれまで受け入れるべきですか？3.4dBの天井か、もっと厳しい値か。

3.4dBはほとんどの400G/800G距離での適合天井であって、目標ではありません。大手クラウドが自社仕様に1.4dBを書き込むのには理由があります。送信側のマージンは、図面より汚い現場での受入マージンになるのです。フラップを許さないAIファブリックのポートには、2dB以下が妥当な要求です。

400Gリンクで受信パワー+2dBmなのにエラーが出続けます。なぜですか？

感度ではなくoverloadの天井に近い可能性が高いです。400Gでは+2dBmが+4dBm上限の2dB以内にあり得ますし、劣化したコネクタは損失としては決して現れないジッタを加えます。モジュール交換の前に、overload・反射率・端面の状態を確認してください。

設計が1310nmと書いた場所にCWDM4は使えますか？

レーンプランが一致する場合に限ります。CWDM4とLR4は1271〜1331nmで4レーンを発し、DR4は1304.5〜1317.5nmで1レーンを発します。どちらも「1310nm付近」と説明される別の光インターフェースであり、MUXやブレイクアウトを跨いで混ぜると、点灯するのにトラフィックが通らないリンクになります。

サプライヤーを公正に比較するために、RFQでどの数値を要求すべきですか？

TDECQ上限を明記したOMA建ての最悪値発光パワー、同一量での2.4 × 10⁻⁴における感度、加圧感度、overloadと損傷しきい値、レーンごとの波長ウィンドウ、ケース温度範囲——加えてロットごとのTDECQ分布。この7セルがあれば、どのサプライヤーのバジェットも自分で組み直せます。合わない表を見つける最速の方法でもあります。