トランシーバーの変遷

トランシーバーの話をする前に、私たちの日常生活での経験についてお話しましょう。今日では、携帯電話は急速に私たちの日常生活に欠かせないものとなり、携帯電話のハードウェアとソフトウェアの市場もそれとともに急成長しています。新しい携帯電話を入手したら、まず最初に、さまざまなアプリを電話にインストールします。ただし、前提として、これをサポートするのに十分なメモリが必要です。携帯電話用のメモリカードを購入しようとしたことがあるなら、決定を下すのが非常に難しいことに気付くでしょう。なぜなら、市場にはさまざまなメモリカードがあるからです。店主が SD カード、TF カード、CF カード、メモリスティック、8G、16G、32G、64G、さらには 128G、クラス 4、クラス 6、クラス 10 などと熱心に宣伝している場合、あなたの心はそれが一体何なのかささやくだけです。

メモリカードがSDカード、TFカード、メモリースティックに分類されるのと同様に、トランシーバーにも様々な種類とインターフェースがあり、これらは「パッケージ形態」と呼ばれます。パッケージ形態は、トランシーバーの分類と製品の区分における主要な基準です。

ご存知の通り、「トランシーバー」は「送信機」と「受信機」からなる合成語です。実は、トランシーバーが市場に投入される以前から、送信機と受信機という2つの機器が存在していました。当時、送信機と受信機は、携帯電話の充電器のコネクタが異なり相互運用性に欠けていたように、大手通信機器メーカーによってサイズが標準化されていないまま製造・販売されていました。ユーザーにとって、このような送信機と受信機の導入は非常に不便でした。そこでメーカーはこの問題について議論し、標準化のためにMSA（Multi Source Agreement）というルールを策定しました。その後、多くのトランシーバーメーカーが台頭してきました。

GBIC

ギガビットイーサネット（1000Mbpsまたは1Gbps）の登場により、データ伝送は新たな段階を迎えました。RJ45コネクタやネットワークケーブルは100メートル以内の伝送しかできず、長距離伝送の要件を満たすことができませんでした。Cat6ケーブルでさえ、帯域幅の制限により、比較的良好な電磁環境下での短距離伝送にしか利用できません。このような場合、光を用いて相互接続と通信を行う、一種の光電気インターフェースコンバータが求められます。ギガビットインターフェースコンバータ（GBIC）は、この要件を満たすことができ、初めてパッケージインターフェースを標準化したトランシーバーとなりました。GBICの登場は、トランシーバーの発展におけるマイルストーンであり、画期的な意義を持っています。

SFP/XFP/SFP+

技術の進歩に伴い、トランシーバーモジュールのサイズはますます小型化しています。そのため、Small Form-Factor Pluggable（SFP）モジュールとも呼ばれるmini GBICが市場に登場しました。micro SDがSDカードからアップグレードされたのと同様に、SFPはGBICトランシーバーのアップグレード版です。これは、電気通信とデータ通信の両方のアプリケーションで使用される、コンパクトでホットプラグ可能なトランシーバーです。

SFPはサイズだけでなく、速度も1.25G、2.5G、4Gと高速化しています。しかし、10Gになると、多くのコンポーネントを収容するにはカプセル化が小さすぎることが判明しました。この問題を解決するために、新しいトランシーバー規格としてXFPモジュールが導入されました。

ローマ数字の「V」は5、「X」は10を表します。したがって、XFPは10Gbpsの速度で信号を送信できる10ギガビットSmall Form-Factor Pluggableモジュールです。一方、技術の進歩により、SFPが10G（2006年）に達するために本体に非常に多くのコンポーネントを保持できないという問題は2009年に解決されました。3年間の開発を経て、コンポーネントを高集積かつ小型に設計できるようになったためです。この10G SFPはSFP+、つまり拡張Small Form-Factor Pluggableと呼ばれました。SFPと比較して、SFP+はサイズ、機能、コネクタの定義などの点でSFPと共通しています。分類上、8Gbps以上の速度をサポートできるものはSFP+と呼ばれます。

トランスポンダー 300PIN/XENPAK/XPAK/X2

実は、XFPは市場で最初の10Gトランシーバではありません。10Gトランシーバ市場は、XFPが登場する以前から300ピンやXENPAK/XPAK/X2を経てきました。これらの製品はSerDesチップと統合されているため、通常はトランシーバではなくトランスポンダと呼ばれます。

電気インターフェースで伝送される信号数は増加しており、この需要を満たすために電気コネクタのピン数も増加しています。300 ピン コネクタは 30 列 x 10 行 (次の図を参照) であり、当時の要件を満たしています。

2002年、技術的な制約により、状況を改善するための新たな試みが求められました。一方で、ユーザーのホストボード上で1本のケーブルで10Gbpsの信号を伝送することは困難でした。そこで、トランシーバーがこの問題に取り組み、マルチプレクサチップとデマルチプレクサチップという2つの電気SerDesチップを設計に組み込むことで、この困難に挑みました。この場合、10Gbpsの信号が16個の信号に分割され、各信号が644Mbpsになるため、ユーザーのホストボードのデータレートが低下しました。一方、当時のトランシーバーのコンポーネントは非常に大きく、Small Form-Factor Pluggableモジュールに収めることができませんでした（下図参照）。

しかし、時が経つにつれ、ユーザーのホストボードの容量は着実に向上し、3Gbpsの速度で信号を伝送することが可能になりました。そのため、16直列信号は4直列信号に変更され、トランシーバーのサイズが縮小されました。これらのタイプのトランシーバーは、第2世代10Gトランシーバーと呼ばれます。これらのトランシーバーの頭文字は「X」（前述のように「X」はローマ数字の10を表します）で、XENPAK、XPA、X2などがあり、最大10Gbpsの速度を実現できます。

2006年までに、プリエンファシス回路と平衡技術が成熟し、ホストボード上の単一光ファイバで10Gbpsの速度で信号を伝送することが困難ではなくなりました。その結果、SerDesチップは不要になりました。さらに、光部品の小型化とICの高集積化により、小型化が可能になりました。第3世代トランシーバーであるXFPとSFP+が市場に登場し、今日の10Gアプリケーションで広く使用されています。

トランシーバーパッケージ形態の発展動向と将来

諺にもあるように、魚を釣りたいなら、まず魚が何を好むかを知るべきです。トランシーバーに関しても同じことが言えます。トランシーバーの開発傾向は、顧客のニーズによって決まります。そして実際、顧客は常に、より高速で、より小型で、より低消費電力で、より機能的で、より費用対効果の高いトランシーバーを求めています。さまざまなパッケージのトランシーバーが次々と市場に登場しています。新しい世代のトランシーバーパッケージフォームが徐々に古い世代に取って代わるという事実に伴い、古いバージョンもアップグレードする必要があり、そうでなければ徐々に置き換えられて消えていきます。たとえば、XFPが登場したとき、トランスポンダーは徐々に置き換えられました。調整可能な技術が追加されたことで、10Gトランスポンダーは今でも市場に存在しています。しかし、現在ではSFP+も調整可能な技術を実現しており、XFPは遅かれ早かれ姿を消すでしょう。

「かつて、人々は私を信号伝送を実現する最高のデバイスだと考えていた。だが、新しいトランシーバーが登場し、人々は私に飽き始めている。」これは、各トランスポンダー、あるいは旧バージョンのトランシーバーの心の独り言なのかもしれない。

実際、トランスポンダーや旧型のトランシーバーに起こることは、人間にも当てはまります。自己改善をやめれば、遅かれ早かれ取って代わられるでしょう。人々は新しい笑顔しか聞き取れず、隅っこで泣いているあなたを気に留める人は誰もいません。

この記事は、トランスポンダーと、かつては輝かしい時代を過ごしたが、ついには置き換えられた旧型のトランシーバーについて触れるものです。最後に、唐代の詩「王亭」を引用して締めくくりたいと思います。

<<行者>> 落古行者、花寂實。 白頭女在、關空間
玄宗 。

 

(概要: 時が経つにつれ、宮廷の侍女たちは年老いていくが、寒くて陰鬱な宮殿では赤い花がまだ咲き誇っている。孤独な侍女たちはただそこに座って過去の栄光を語るしかない。)

ちょっと待ってください、それだけですか？いいえ、違います。実は、SFP+は最後に笑ったわけではありません。「Parallel」という新製品が市場に登場し、新たな革命が始まりました。詳しくは、来週のブログ更新をご覧ください。