VDM と FEC の指標：PAM4 リンク

レーンあたり 50G 以上になると、光パワーだけでは健全性を判断する指標として不十分になります。Rx パワーが完璧な PAM4 リンクでも、コネクターの汚れ1つで訂正不能なエラーに陥ることがあり、その最初の兆候は dBm ではなくビット誤り率です。この数値は2つの情報源から得られます。モジュール内部では、CMIS のVDM（Versatile Diagnostics Monitoring）が、レーンごとに FEC 前 BER、SNR、レーザーの健全性を報告します。ホスト側では、FEC デコーダーが訂正済みと訂正不能のコードワードを数えます。この2つを合わせて見ることで、リンクが損失なくトラフィックを運んでいる間でも、故障までどれだけ余裕があるかが分かります。

FEC が診断を変えた理由

PAM4 を使う 25G 以上のイーサネット PMD はすべて（そして 25G NRZ のほとんども）、リード・ソロモン FEC を前提としています。FEC が 10⁻¹² 以上まで訂正してくれるため、光学部品側は 10⁻⁵–10⁻⁴ という生の誤り率を出すことが許されています。その結果、劣化しつつあるリンクは、FEC の限界を超えるまで MAC 側にはエラーがまったく現れず、その後突然故障します。FEC 前 BER だけが、マージンを滑らかに示す唯一の指標です。

FEC	符号	コードワードあたりの訂正能力	10⁻¹² 出力のための FEC 前 BER 限界（概算）	使用箇所
BASE-R（「FC-FEC」、Clause 74）	Fire code（2112、2080）	11 ビットのバースト	≈ 10⁻⁷ … 10⁻⁸、利得 ~2 dB	10G/25G NRZ、CA-25G-S
RS-FEC KR4（Clause 91/108）	GF(2¹⁰) 上の RS(528, 514)	7 シンボル	≈ 5 × 10⁻⁵	25GBASE-CR/SR/LR、100GBASE-SR4/CWDM4/CR4
RS-FEC KP4（Clause 119/134）	RS(544, 514)	15 シンボル	≈ 2.4 × 10⁻⁴	すべての 50G PAM4 レーン：50G/100G/200G/400G/800G
連結符号／oFEC（コヒーレント）	内符号＋外符号	—	≈ 10⁻² … 2 × 10⁻²	400ZR（CFEC）、OpenZR+（oFEC）

設定の不一致については、FEC、オートネゴシエーション、リンクトレーニングを参照してください。

VDM：モジュールが報告する内容

VDM は CMIS のページ 20h–2Fh にあり（8 レーンごとにバンク分けされる）、ページ 01h でアドバタイズされます。それぞれの観測項目には、記述子（種類、レーン）、ライブのサンプル値、4つのしきい値、そしてフラグがあり、従来の監視項目とまったく同じ構造です。

ページ	内容
20h–23h	記述子：どの観測項目か、どのレーンか、どのしきい値セットか
24h–27h	サンプル値（各2バイト）
28h–2Bh	しきい値：上限／下限アラーム、上限／下限警告
2Ch–2Fh	フラグとマスク

観測項目の種類（CMIS 4.0/5.x）

ID	観測項目	単位／形式	分かること
1	レーザーの経年度	%（U16）	ベンダーによる消費寿命の推定値
2	TEC 電流	最大値に対する %（S16）	クーラーの負荷。温度と電圧
3	レーザー周波数誤差	MHz（S16）	DWDM/ZR：グリッドからのずれ
4	レーザー温度	°C（S16、1/256）	冷却型レーザー
5 / 6	eSNR、media／host 入力	dB（U16、1/256）	等化後の電気 SNR。PAM4 の「アイ高さ」に相当。18–20 dB 超で余裕あり、15 dB 未満で際どい（ベンダー依存）
7 / 8	PAM4 レベル遷移パラメーター、media／host	dB	4つのレベルの線形性
9 / 10	FEC 前 BER 最小値、media／host	F16	区間内の最良値
11 / 12	FEC 前 BER 最大値	F16	区間内の最悪値。アラートに使うべき数値
13 / 14	FEC 前 BER 平均値	F16	—
15 / 16	FEC 前 BER 現在値	F16	直近のサンプル値
17–24	FERC（フレーム誤り率カウント）の最小／最大／平均／現在値、media／host	F16	FEC 後の訂正不能フレーム数。0 であるべき
128+	コヒーレントセット（CMIS 5.x）：変調器バイアス、CD、DGD、SOPMD、OSNR、eSNR、Q ファクター、Rx 合計／信号パワー、キャリア周波数オフセット…	各種	400ZR/ZR+ モジュール

F16 は CMIS の 16 ビット比率フォーマットで、5 ビットの指数部と 11 ビットの仮数部からなり、値 = 仮数 × 10^(指数 − 24) で求まります。1.5 × 10⁻⁶ の FEC 前 BER は、仮数 1500、指数 15 として格納されます。media 側は光ラインを、host 側はスイッチ ASIC への電気インターフェースを指します。host 側の BER が悪い場合、原因は光ファイバーではなくコネクターか基板にあります。

ホスト側の FEC カウンター

スイッチや NIC は、ポートごと、多くの場合レーンごとに次を数えます。

カウンター	健全	注意	異常
訂正済みコードワード	緩やかに増加（FEC 前 BER 10⁻⁸ … 10⁻⁶）	急速な増加（KP4 で 10⁻⁵）	限界に近い
訂正不能コードワード	0	少しでも増加	継続的な増加 = フレーム損失
レーンごとのシンボルエラー	レーン間で均等	1レーンが突出	そのレーンの光ファイバー／コネクター／レーザー
FEC 前 BER（算出値）	< 10⁻⁷	10⁻⁶ … 10⁻⁵	> 10⁻⁴（KP4）

確認場所は、多くの NOS では show interfaces … fec / phy detail（光学部品の検証）、Linux では ethtool -S（fec_corrected_blocks、fec_uncorrectable_blocks）と ethtool --show-fec、SONiC では show interfaces counters fec です。カウンターは累積値です。クリアしてから増加率を見てください。

両方をあわせて読む

Rx パワー	FEC 前 BER／eSNR	訂正不能数	診断
ウィンドウ内	< 10⁻⁷、eSNR 高い	0	マージンがあり健全
ウィンドウ内	10⁻⁵、1レーンで eSNR が低下	0	そのレーンが劣化中：MPO 光ファイバーの汚れ、VCSEL の経年劣化、際どいコネクター。故障する前に対処する（レーンごとの診断）
低い	高い	あり	バジェットの問題。Rx パワーとリンクバジェット
ウィンドウ内、両端とも	host 側が高い	あり	電気的な問題：ケージ／コネクターの接触、基板、DAC の品質、等化設定の誤り
ウィンドウ内	media 側が高い、全レーン	あり	分散、伝送距離クラスの誤り、合波器での波長ずれ、極性の一部誤り
良好	エラー 0、リンクがフラップ	0	信号の問題ではない：FEC／AN の不一致、熱、ソフトウェア

しきい値とアラート

VDM のしきい値はベンダーが設定します。FEC 前 BER の代表的な上限警告は、FEC 限界のおよそ10分の1です（KP4 で 2 × 10⁻⁵）。アラートには増加率とトレンドを使ってください。FEC 前 BER が1週間で1桁上昇すれば、しきい値にかかわらず対応が必要です（監視）。FEC 後の訂正不能エラーは、常にインシデントです。

VDM がない場合

SFF-8472 と SFF-8636 のモジュールには VDM がありません。10G/25G/100G の NRZ リンクは、ホストの FEC カウンターと Rx パワーに頼ることになります。一部の SFF-8636 モジュールは、ページ 20h–21h やベンダー用バイトにベンダー固有の SNR や BER を公開していますが、ベンダーのツールでしか読み取れません。FEC を使わない NRZ（10G LR、1G）では、インターフェースの CRC／入力エラーカウンターだけがビットレベルでの唯一の手がかりです。

CodingBox では

CMIS モジュールでは、CodingBox が VDM の記述子とサンプル値を読み取り、DDM 画面で従来の監視項目と並べてレーンごとに表示し、F16 比率を普通の数値にデコードします。ホストの FEC カウンターはモジュールの外、プログラマーの外にあるものです。これらはスイッチから得られます。

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