XGMII、XAUI、XFI/SFI と AUI ファミリー:10G から 800G まで
10 ギガビット以降、ホストとモジュールの間のインターフェースはシリアルレーンの束になり、その名前自体がレート、レーン数、変調方式を表します。SFI は 10G NRZ レーン1本、CAUI-4 は 25G レーン4本、400GAUI-8 は 50G PAM4 レーン8本、800GAUI-8 は 100G PAM4 レーン8本です。モジュールはその束をそのまま受け取り、リタイミングまたは増幅したうえで、光レーンへ対応付けなければなりません。光レーンの数は電気レーンと異なる場合があります。このページでは、インターフェースの一覧、チップ間とチップ・モジュール間の区別とその準拠点、その背後にある OIF CEI の仕様、電気レーンから光レーンへの対応付け、そして各世代で誰が信号調整を担うかを扱います。
10 ギガビット
| インターフェース | 形式 | 用途 | 備考 |
|---|
| XGMII(Cl. 46) | 各方向 32 ビットデータ + 4 ビット制御、156.25 MHz で DDR、74 信号 | MAC と PCS の間、オンチップ | ≤ 7 cm;現在は基板上には存在しない |
| XAUI(Cl. 47) | 4 レーン × 3.125 GBd、8b/10b | MAC/XGXS ↔ PHY;XENPAK、X2、XPAK モジュール | 基板上 50 cm まで;モジュール用途としては廃れた |
| RXAUI | 2 × 6.25 GBd | ASIC ↔ PHY(Marvell) | ピン数を節約した XAUI |
| XFI(XFP MSA) | 1 × 10.3125 GBd、64b/66b | ホスト ↔ XFP | モジュールが CDR を搭載するリタイム型インターフェース(XFP) |
| SFI(SFF-8431) | 1 × 10.3125 GBd、64b/66b | ホスト ↔ SFP+ | モジュールは通常 CDR なしのリミッティングまたはリニア;等化はホスト側の SerDes が行う;準拠点は B(ホスト出力)、C(モジュール出力)、D(ホスト入力)(SFP+) |
| 10GBASE-KR(Cl. 72) | リンクトレーニングを伴う 1 × 10.3125 GBd | バックプレーン;ASIC ↔ 10GBASE-T PHY | AN は Clause 73 |
| USXGMII | 1 × 10.3125 GBd、レート適応 | ASIC ↔ マルチギガ PHY | SGMII と直列ギガビット |
SFI の「リニア」オプションは 10GBASE-LRM を担っていました。モジュールは歪んだマルチモード信号をそのままリニアに通過させ、ホスト側の電子分散補償(EDC)がそれをきれいにします。これが今日の LPO という発想の祖先です。
25、40、50 ギガビット
| インターフェース | レーン | 規格 | ケージ |
|---|
| 25GAUI | 1 × 25.78125 GBd NRZ | Annex 109A(C2C)、109B(C2M) | SFP28 |
| XLAUI | 4 × 10.3125 GBd | Annex 83A/B | QSFP+(40GBASE-LR4 など) |
| XLPPI | 4 × 10.3125、非リタイム型のパラレル物理インターフェース | Annex 86A | CDR なしの QSFP+ SR4/CR4 |
| 50GAUI-2 | 2 × 26.5625 GBd NRZ | Annex 135B/C | QSFP28(2 × 50G ブレークアウト)、SFP56(一部) |
| 50GAUI-1 | 1 × 26.5625 GBd PAM4 | Annex 135D/E | SFP56、50GBASE-SR/FR/LR モジュール |
100 ギガビット
| インターフェース | レーン | 規格 | ケージ |
|---|
| CAUI-10 | 10 × 10.3125 GBd | Annex 83A/B | CFP、CXP、100GBASE-SR10 |
| CAUI-4 | 4 × 25.78125 GBd NRZ | Annex 83D(C2C)、83E(C2M) | QSFP28、CFP2/CFP4 |
| CPPI-4 | 4 × 25.78、非リタイム型 | SR4 向けの Annex 86A 方式 | CDR なしの QSFP28 SR4(まれ) |
| 100GAUI-4 | 4 × 26.5625 GBd NRZ(RS-FEC(544) フレーミングを伴う) | Annex 135D/E | 100GBASE-CR4/KR4 KP4 モードの QSFP28 |
| 100GAUI-2 | 2 × 53.125 GBd PAM4 | Annex 135F/135G(C2M) | QSFP56 の 100G レーン、2 × 100G ブレークアウト、2 レーンホスト向けの DR/FR1 モジュール |
| 100GAUI-1 | 1 × 106.25 GBd PAM4 | Annex 120F/120G(C2M)(802.3ck) | QSFP112、レーンあたり 100G の OSFP、SFP112 |
200、400、800 ギガビット
| インターフェース | レーン | 規格 | ケージ |
|---|
| 200GAUI-8 | 8 × 26.5625 GBd PAM4 | Annex 120B/C | 200G モードの QSFP-DD(まれ) |
| 200GAUI-4 | 4 × 53.125 GBd PAM4 | Annex 120D/120E(C2M) | QSFP56、OSFP/QSFP-DD の 2 × 200G |
| 200GAUI-2 | 2 × 106.25 GBd PAM4 | Annex 120F/G | QSFP112 の 2 × 200G、OSFP |
| 400GAUI-16(CDAUI-16) | 16 × 26.5625 GBd NRZ | Annex 120B/C | CFP8 |
| 400GAUI-8(CDAUI-8) | 8 × 53.125 GBd PAM4 | Annex 120D/120E(C2M) | QSFP-DD、OSFP(400G) |
| 400GAUI-4 | 4 × 106.25 GBd PAM4 | Annex 120F/120G(C2M) | QSFP112、OSFP 400G、800G ポートの半分 |
| 800GAUI-8 | 8 × 106.25 GBd PAM4 | 802.3df の附属書(C2C/C2M) | OSFP、QSFP-DD800 |
| 800GAUI-4 / 1.6TAUI-8 | 4 / 8 × 212.5 GBd PAM4 | 802.3dj(策定中) | OSFP224、OSFP-XD、QSFP-DD1600 |
C2C と C2M、そして準拠点
| チップ間(C2C) | チップ・モジュール間(C2M) |
|---|
| 経路 | 同一基板上、またはコネクター越しの ASIC ↔ ASIC/PHY | ASIC → ホスト PCB → ケージコネクター → モジュール PCB → モジュール IC |
| 伝送距離 | 最大 25–50 cm 程度(NRZ)、PAM4 ではそれより短い | ホスト配線 10–15 cm 程度 + コネクター |
| 試験点 | チップピンでの TP0/TP5 | TP1(モジュールコネクターでのホスト出力)、TP1a(基準チャネルを経た後=モジュール入力)、TP4(コネクターでのモジュール出力)、TP4a(ホストチャネルを経た後のホスト入力) |
| モジュールの役割 | — | TP4 での出力仕様(アイ、ジッター、TDECQ 系の指標)を満たし、TP1a で規定されたストレスドアイのホスト信号に耐える必要がある |
| リタイミング | 両方のチップがリタイムする | モジュールがリタイムする(CDR/DSP)。もしくはリニア(LPO)でホストに依存する |
ホストボードは C2M の基準チャネルに対して適合性が検証されます。ホスト側配線が長い、または損失が大きい場合(高ラディックスの 800G スイッチ)、これがスイッチボード上にリタイマーやギアボックスが搭載される理由です(スイッチの内部)。
IEEE 附属書の背後にある OIF CEI
| OIF CEI | レート/変調方式 | IEEE における対応規格 | 伝送距離クラス |
|---|
| CEI-28G-VSR | 28 GBd NRZ | CAUI-4 C2M | 超短距離(モジュール) |
| CEI-28G-SR / -MR / -LR | 28 GBd NRZ | CAUI-4 C2C/バックプレーン | 短距離/中距離/長距離(バックプレーン) |
| CEI-56G-VSR-PAM4 | 56 GBd PAM4 | 400GAUI-8 / 200GAUI-4 C2M | モジュール |
| CEI-56G-MR/LR-PAM4 | 56 GBd PAM4 | 200GBASE-KR4 クラス | バックプレーン |
| CEI-112G-VSR-PAM4 | 112 GBd PAM4 | 400GAUI-4 / 800GAUI-8 C2M | モジュール |
| CEI-112G-XSR / -MR / -LR | 112 GBd PAM4 | ダイ間/C2C/バックプレーン | — |
| CEI-112G-Linear-PAM4 | 112 GBd PAM4 | LPO のホストインターフェース | モジュール、リニア |
| CEI-224G(策定中) | 224 GBd PAM4 | 800GAUI-4 / 1.6TAUI-8 | — |
OIF が電気的なエンベロープを公開し、IEEE の附属書はそれらを参照または整合させています。
電気レーンと光レーン
| モジュール | 電気側(ホスト) | 光側(ライン) | モジュール内での変換 |
|---|
| 10GBASE-LR SFP+ | 1 × 10G | 1 波長 × 10G | なし |
| 40GBASE-LR4 | 4 × 10G | 4 波長 × 10G | なし(WDM 合波器) |
| 100GBASE-SR4 / LR4 | 4 × 25G NRZ | 4心 / 4 波長 × 25G | なし |
| 100GBASE-DR / FR1 / LR1 | 4 × 25G NRZ | 1 波長 × 100G PAM4 | ギアボックス + PAM4 DSP(4:1) |
| QSFP112 上の 100G(100GAUI-1) | 1 × 100G PAM4 | 1 × 100G PAM4 | リタイムのみ |
| 200GBASE-FR4 | 4 × 50G PAM4 | 4 波長 × 50G PAM4 | リタイム |
| 400GBASE-DR4 / FR4 | 8 × 50G PAM4 | 4心 / 4 波長 × 100G PAM4 | DSP 内でギアボックス 2:1 |
| 400GBASE-SR8 | 8 × 50G PAM4 | 8心 × 50G PAM4 | リタイム |
| 400GAUI-4 ホストでの 400G | 4 × 100G PAM4 | 4 × 100G PAM4 | リタイム(または LPO でリニア) |
| 800G-DR8 / 2×FR4 | 8 × 100G PAM4 | 8心 / 2 × 4 波長 × 100G | リタイム |
| 800G-DR4(200G/波長) | 8 × 100G PAM4 | 4 × 200G PAM4 | ギアボックス 2:1 |
| 1.6T-DR8(OSFP224) | 8 × 200G PAM4 | 8 × 200G PAM4 | リタイム |
このギアボックスがあるために、400G-DR4 モジュールは 8–10 W を消費し、400G-SR8 はそれより少なく済みます。また、CMIS がアプリケーションごとに host と media のインターフェース ID を別々に持つ理由でもあります(CMIS)。
信号調整を担うのは誰か
| 世代 | モジュール側 | ホスト側 |
|---|
| 10G SFP+(SFI) | リミッティングアンプまたはリニア TIA;大半は CDR なし | CTLE/DFE 等化を備えた SerDes;LRM 向けには EDC |
| 10G XFP(XFI) | CDR | 通常の SerDes |
| 25G SFP28、100G QSFP28 | Tx と Rx の CDR(バイパス可能:SFF-8636 バイト 98/99) | SerDes の FFE/DFE;モジュールの制御バイトでプリエンファシスをプログラム可能(SFF-8636 ページ 03h 234–241:Rx 出力振幅/エンファシス、Tx 入力イコライゼーション) |
| PAM4 200G–800G | FFE/DFE/MLSE を備えた DSP リタイマー;ホスト側イコライザー設定は CMIS 経由(ページ 10h/11h の Tx 入力 EQ、Rx 出力振幅/プリカーソル/ポストカーソル) | SerDes DSP |
| LPO 400G/800G | リニアなドライバーと TIA、DSP なし | スイッチ ASIC の SerDes DSP がチャネル全体を補償する;ホストは LPO 対応かつ直結である必要がある(DSP と LPO) |
| リタイム型とリニア型の AEC/ACC ケーブル | AEC:プラグ内に DSP;ACC:リニアアンプ | 上記と同様(ケーブル内部構造) |
レート選択と CDR バイパスの制御:レートとアプリケーションの選択、CDR。
CodingBox では
SFF-8636 モジュールでは、CodingBox は CDR-present ビット、レート選択機能、等化/エンファシスの制御バイトを表示します。CMIS モジュールでは、ホストインターフェース ID(CAUI-4、 400GAUI-8、100GAUI-1…)とメディアインターフェース ID を対応付けたアプリケーションテーブルを表示します。これは、ホストがレーン数と変調方式を選ぶ際に使う宣言情報です。400GAUI-8 のみをアドバタイズするモジュールは、光学系がどれほど優れていても、400GAUI-4(QSFP112 クラス)のポートでは動作しません(Check transceiver、 CMIS 上位ページ)。