高速Ethernet 10GBASE-T登場！

iMacプロに採用された10Gイーサネットとは

2017年12月に販売が開始されたiMacプロには、ネットワークポートとしてMacでは初の10Gイーサネットが採用された。規格は2006年に策定された10GBASE-Tであり、従来のMacの1000BASE-Tの上位規格である。

Macには早くからイーサネットが採用されてきた。1986年に登場したMacintosh IIシリーズや同SEなどでは、すでに純正のイーサネットアダプタが用意されていた。本体にRJ-45のイーサネットポートが標準搭載されたのは、1995年に登場したPower Macintosh 8500／9500からで、10BASE-Tへの対応のみだった。1998年に登場した初代iMacで初めて100BASE-TXがサポートされ、2000年に登場したPower Mac G4（Gigabit Ethernet）で1000BASE-Tへと順次増速していった。それから約17年の間、Macはギガビットが標準であったが、ここに来てようやく10Gイーサネットへの対応を果たしたことになる。

実用化が遅れたのには、いくつかの理由がある。同規格の策定自体は、10年以上前に終わっていたが、実際のハードウェアの技術がその仕様に追いつくのに時間を要したことがその大きな理由の1つだ。

10GBASE-Tを実用化するうえで欠かせないのが、1000BASE-Tと同じ4対8芯のツイストペアケーブルでどのように従来の10倍の伝送速度を実現するか、という点だ。この問題を解決するため、10GBASE-Tには複数の技術が導入されている。まず、信号レベルには「PAM 16（Pulse Amplitude Modulation16）」が採用され、各信号の電圧レベルを16段階に階層化することで、1回の転送で4ビット分の送受信を可能とした。また、信号の変調方式には「128DSQ（Double Square QAM）」を採用し、1回2シンボルの転送で7ビット分の送受信を可能とした。そのうえで信号周波数を200MHzに引き上げて伝送速度を向上させた。これら3つの技術の組み合わせによって、4対のツイストペア信号線を用いた場合の伝送速度は11・2Gbpsとなる。しかしこのままではエラーレートが非常に高いため、エラー補正に強力な「LDPC（Low Density Parity Check Code）」を採用し、1723ビットのデータに325ビットのLDPC補正コードを加えて2048ビットとして伝送することで、最大100メートルの伝送距離を実用化している。しかし、皮肉なことにこのLDPCの採用が、10GBASE-Tの実用化を遅らせる原因の1つとなったとされている。

LDPCは極めて複雑な演算を必要とする処理であり、しかも10Gbpsの転送速度に見合うだけの演算速度を求められる。このため、10GBASE-Tのコントローラに求められる性能指標は非常に高く、そのチップコストや発熱量（消費電力）が実用化の壁となっていた。近年になって半導体プロセスの微細化が進み、発熱量が数Wレベルまで抑えられるようになり、チップ単価も下がったことでポート単価（1ポートあたりのコスト）を1万円以下に抑えることが可能になった。過去の例を見ても、100BASE-TXや1000BASE-Tが本格的に普及し始めたのは、やはりポート単価が1万円を切ってからのことだった。

ケーブル性能の課題とNBASE-T規格の登場

術革新が進んでMacなどのLANポート単価が下がったとしても、ケーブルやスイッチングハブなど、ネットワークを構成するほかの機材の価格が下がらなければ新規格の普及は進まない。

特に、高速伝送を行う10GBASE-Tでは、その接続にはCAT-7（カテゴリー7）以上の高性能ケーブルを要求する。つまり、10Gbps伝送路を構成するすべての配線をCAT-7ケーブルに交換する必要があり、企業などでの利用には膨大な交換コストが掛かる。そこで、従来のネットワーク配線を活かして高速伝送を実現しようというのが、2.5GBASE-Tや5GBASE-TなどのNBASE-T（マルチギガ）規格だ。

NBASE-Tは従来の1000BASE-T対応のネットワーク配線をそのまま利用することを目指し、10GBASE-Tで培われた高速技術を導入した新規格で、IEEE802・3bzとして2016年に標準化された。10GBASE-Tでは200MHzに規定されている信号周波数を、NBASE-Tでは50MHz（2.5GBASE-T）または100MHz（5GBASE-T）へと引き下げることで、従来のケーブルを用いてより高速な伝送速度を確保している。なお、iMacプロのイーサネットポートはこのNBASE-Tに対応しており、1G、2.5G、5G、10Gの各速度に自動的に追従する。

NBASE-Tネットワークを構築するには、これらを束ねるスイッチングハブもNBASE-Tに対応している必要がある。NBASE-T自体がまだ新しい規格のため、古くからある10G対応スイッチの多くはNBASE-Tに対応していないが、2017年あたりからNBASE-T対応スイッチが各社からリリースされ始めた。

さらに、Wi-FiルータやNASにもNBASE-T対応製品が登場しつつある。最新のWi-Fi規格であるIEEE802・11ac wave2では、2.4GHzと5GHzの両方に4本ずつのアンテナを使う「4×4 MIMO」を用いた場合、その無線転送レート（理論値）は最大1733Mbps＋600MHz＝2333Mbpsに達するが、これを受け止めるLANポートが理論値1000Mbpsの1000BASE-Tだとその高速性のメリットが活かし切れない。そこでNBASE-Tの出番となるわけだ。同様にNASも最近のHDDの高速化に伴ってその転送速度が向上しつつあるが、ここでもLANポートがボトルネックとなってその性能を活かせないため、最近は上位モデルを中心に10GBASE-TやNBASE-T対応製品が増加しつつある。

このように、10GBASE-TやNBASE-Tの普及がようやく始まったばかりの段階だが、すでにさらなる高速化の動きが進んでいる。それが25G／40GBASE-T規格で、2016年6月にIEEE 802・3bqとして標準化が完了した。こちらはまだ実際のLANチップなどの製品はリリースされておらず、現時点では普及の目処は立っていないが、今後もネットワークの高速化は留まるところを知らない。

今井 隆

IT機器の設計歴30年を越えるハードウェアエンジニア。1983年にリリースされたLisaの虜になり、ハードウェア解析にのめり込む。