データセンターの光ファイバーと銅線：コスト、速度、使い分け

データセンターの設計では、最終的に必ず配線が重要になります。物理層によって到達可能な速度、信号の伝送距離、ポートごとのコストが決まります。選択を誤ると、予定より何年も早く設備を全面更新することになりかねません。

光ファイバーと銅線のどちらが優れているかという議論は、実際には二者択一ではありません。最新のデータセンターでは両方を使用します。重要なのは、それぞれをアーキテクチャのどこに配置し、予算をどう配分するかです。このガイドでは技術的な違いを整理し、各ケーブルの最適な用途を示したうえで、多くの施設がハイブリッド構成を選ぶ理由を説明します。

データセンターの配線：光ファイバーと銅線を簡単に比較

簡潔に言えば、ごく短いサーバー・スイッチ間の配線、PoE機器、管理ネットワークには銅線が通常最適です。一方、バックボーンリンク、スパイン・リーフ間接続、長距離、高速化には光ファイバーが適しています。現代の施設の多くは両方を使用しています。

大半のエンタープライズおよびコロケーション設備では、設計ルールはシンプルです。アクセス層では銅線、アグリゲーション層とバックボーンでは光ファイバーを使い、1つの媒体にすべてを担わせないこと。

最新データセンターにおける銅ケーブル配線

銅線ケーブルは数十年にわたりローカルエリアネットワークの基盤となってきました。データセンターでも、サーバーとトップ・オブ・ラック（ToR）スイッチ間の短距離接続では依然として主流です。

データセンターで使用される銅線ケーブルのカテゴリ

銅線ケーブルはすべて同じではありません。カテゴリ定格によって帯域幅と最大対応データレートが決まります。

Cat6は最大55メートルの距離で10 Gbpsに対応し、最大250 MHzの周波数で動作します。古い施設ではまだ使われていますが、新設設備ではほとんど指定されません。

Cat6aは、現在の主流です。100-meterのチャネル全長で10GBASE-Tに対応し、500 MHzで動作します。「a」はaugmented（拡張）を意味し、エイリアンクロストーク性能の向上を表します。新しいデータセンターの銅配線の多くは、Cat6aを使用しています。

Cat8は、最大30メートルの距離における25GBASE-Tおよび40GBASE-T用途を対象としています。2000 MHzで動作し、データセンターのスイッチ間およびスイッチ・サーバー間接続専用に設計されています。Cat8は、これらの性能目標を達成するためシールド構造（S/FTP）を採用しています。

銅製コネクター

RJ45コネクタは、銅線を使うデータセンター配線の共通インターフェースです。工具不要または圧着工具を使う終端方式により、現場で簡単に設置できます。Cat8 ではシールド付き RJ45 仕様が必要で、エイリアンクロストークが懸念される高密度環境では Cat6a にも推奨されます。

データセンターで銅を使う利点

光ファイバーの速度が向上しても、銅ケーブルには実用上の利点があり、今も使われています。RJ45のエコシステムは成熟しており、施工担当者にも広く浸透しています。短距離では、銅のパッチケーブルは光ファイバーより大幅に安価です。また、銅は**Power over Ethernet（PoE）**に対応し、1本のケーブルでデータと電力を同時に供給できます。施設内に設置するIPカメラ、無線アクセスポイント、IoTセンサーに不可欠です。

最新のデータセンターにおける光ファイバー配線

光ファイバーケーブルはガラスまたはプラスチックのコアを通る光パルスでデータを伝送します。帯域幅の要求が銅線の能力を超える現代のデータセンターでは、基幹層やスパイン・リーフ接続の主流となっています。

マルチモードファイバーのグレード

マルチモード光ファイバーは、複数の光モードを伝送できる大きなコア（50 μm）を使用します。建物内のデータセンターリンクで標準的に使われています。

OM3は、300メートルで10 Gbps、100メートルで40/100 Gbps（並列光伝送）に対応します。850 nm VCSELトランシーバーを使用し、実効モード帯域は2000 MHz·kmです。OM3は小規模施設には十分ですが、新しい高速設計では段階的に使用されなくなっています。

OM4は10Gの到達距離を400メートル、100Gの並行到達距離を150メートルまで拡張します。帯域幅は4700 MHz·kmで、現在のデータセンター構築で最も広く採用されているマルチモード等級です。

OM5は短波長波長分割多重（SWDM）に対応し、1組の光ファイバーで複数の波長を伝送できます。これは100Gおよび400Gリンクで、SWDM4トランシーバーを使う場合に関係します。OM5はライムグリーンのジャケットで見分けられます。

ファイバーの種類をさらに詳しく比較するには、シングルモードとマルチモードファイバーの比較ガイドをご覧ください。

シングルモード光ファイバー

OS2シングルモード光ファイバーは、コア径が9 µmで、現在導入されているほぼすべてのデータ速度で10 km以上の距離に対応します。データセンターでは、建物間のキャンパスリンク、データホール間の接続、さらにCWDM4またはDR4トランシーバーを指定するラック内400G/800GリンクにOS2が使われています。

シングルモードトランシーバーはマルチモード製品より高価ですが、光ファイバー自体は安価です。長距離の新規インフラでは、シングルモードの方が総所有コストに優れることがよくあります。

光コネクター

データセンターの光配線では、限られた種類の高密度コネクタがよく使われます。全体像については、光ファイバーコネクタの種類に関するガイドをご覧ください。

LCコネクターはSFPおよびSFP+トランシーバーの標準デュプレックスインターフェースです。小型なのでパッチパネルやスイッチで高密度に実装できます。CZTは、挿入損失0.15 dB未満の精密LCコネクターを製造しています。

MPO/MTPコネクタは、1つのフェルールで8、12、または24心のファイバーに対応します。並列光伝送（40G SR4、100G SR4、400G SR8）や、パッチパネルのLCブレークアウトカセットへ分岐する高密度トランク配線に不可欠です。

SC コネクタは一部の旧設備や通信事業者の回線終端点では見られますが、新しいデータセンターの構内配線ではほとんど指定されません。

光ファイバーと銅線：コスト、距離、遅延の比較

次の表では、インフラエンジニアが重視する指標を使って、データセンターの光ファイバー配線と銅線配線の主な違いをまとめています。

いくつか強調すべき点があります。ケーブル自体の遅延はほぼ同じで、ガラス中の光も銅線中の電気信号も、およそ光速の60-70%で進みます。実際に感じる遅延差は、トランシーバーとPHYの処理から生じます。10GBASE-Tは、SFP+直接接続と比べて、測定可能なマイクロ秒単位の遅延を追加します。

消費電力も重要です。10GBASE-T PHYチップはポートあたり2～5Wを消費します。数千ポート規模では、冷却負荷の差が大きくなります。光ファイバーのSFP+トランシーバーの消費電力は通常約1Wです。

データセンターで今も銅が有効な場面

データセンターの用途によっては、現在も銅が適切な選択肢です。

ToR（トップオブラック）サーバー接続

銅線がよく使われるのは、サーバーのネットワークインターフェースカード（NIC）とトップオブラックスイッチ間の接続です。この配線距離は通常 1～5メートルです。Cat6aパッチケーブルは安価で扱いやすく、各サーバーには RJ45ポートが搭載されています。10Gサーバーを接続する場合、ポート単価では銅ケーブルが非常に有利です。

이더넷 전원 공급 장치

データセンター内外に設置される防犯カメラ、無線アクセスポイント、ビル管理センサー、入退室バッジリーダーにはPoEが役立ちます。電力とデータを同時に伝送できるのは銅ケーブルだけです。IEEE 802.3bt（PoE++）はポートあたり最大90ワットに対応し、小型エッジコンピューティング機器への給電に十分です。

スイッチ間の短距離リンク

Cat8 ケーブルは最大 30 メートルの距離で 25G と 40G をサポートします。光ファイバーのトランク配線がまだ整備されていない隣接ラック間のスイッチ接続では、Cat8 が有効な高速銅線ソリューションになります。

管理ネットワークと帯域外ネットワーク

コンソール接続、IPMI/BMC管理ポート、アウトオブバンド管理スイッチでは、ほぼ例外なく 1G RJ45 を使用します。帯域幅も距離も限られるこれらのリンクには光ファイバーは不要です。

データセンターでは光ファイバーを選ぶべき場合

距離、帯域幅、密度の要件が銅線の性能を超える場合、光ファイバーが明らかに有利です。

スパイン・リーフ間接続

現代のデータセンターネットワークでは、各リーフスイッチをすべてのスパインスイッチに接続するスパイン・リーフ（Clos）構成を採用します。これらの集約トラフィック用リンクは通常、100G、400G、または800Gで動作します。この速度では光ファイバーが現実的な唯一の媒体です。OM4マルチモードは同一ホール内の接続に、OS2シングルモードはホール間や建物間の接続に使われます。

30メートルを超える距離

10Gを超える速度で 30 メートルを超えて配線する場合、実質的に光ファイバーが必要です。10Gでも、消費電力の低さとケーブルの軽さから、30-100メートル程度の配線では光ファイバーが適しています。

高密度環境

光ファイバーケーブルは銅線より大幅に細く軽量です。144-fiber幹線ケーブルは24 Cat6a本の銅線ケーブル束より細い一方で、はるかに大きな総帯域幅を伝送できます。ケーブルトレイの容量が限られる施設では、光ファイバーの省スペース性が大きな決め手になります。

MPO/MTP 幹線ケーブルを LC 分岐カセットと組み合わせると、銅線では実現できない高密度の構内配線が可能です。1Uラックユニットで数百の光ポートを終端できます。

建物間およびキャンパス間リンク

建物の外へ出るリンクにはシングルモード光ファイバーが必要です。OS2ファイバーは10 km以上の距離をサポートし、データホール、相互接続室、通信事業者のPoPを接続します。

ハイブリッド方式：ほとんどのデータセンターが両方を使う理由

実際には、光ファイバーか銅線かを二者択一で考える必要はありません。ほとんどのデータセンターでは、各技術が得意な用途に使い分けるハイブリッド配線を採用しています。

代表的なハイブリッド構成は次のとおりです。

• バックボーン／スパイン層： ホール間やキャンパス間の100G-400G接続にはOS2シングルモード光ファイバーを使用します。
• **配布／スパイン・リーフ層：**ホール内スイッチ接続に 100G-400G の OM4 マルチモードファイバーを使用
• **アクセス／サーバー層：**Cat6a 銅線でサーバーとToRを 10G-25G で接続
• 管理層： IPMI、コンソール、帯域外管理向けに、1GでCat6またはCat5e銅線を使用します。
• 付帯システム: カメラ、アクセスポイント、センサー向けのCat6a銅線とPoE。

各段階でコストを最適化する構成です。距離と帯域幅が必要な箇所だけにシングルモードトランシーバーを使い、中距離の高速リンクには費用対効果の高いマルチモードを使います。ポート単価の低さとPoE性能が最大の価値を発揮する箇所には銅線を残します。

TIA-942やISO/IEC 24764などの構内配線規格では、光ファイバーと銅線を組み合わせるトポロジーが明示的に認められています。混在環境でのケーブル経路の寸法、曲げ半径、ラベル付けの指針も定められています。

データセンターケーブル配線の新たな動向

データセンターの配線環境は急速に変化しています。いくつかの傾向が、光ファイバーと銅線をどう選ぶかというエンジニアの考え方を変えています。

400Gおよび800Gイーサネット

400Gへの移行が本格化し、ハイパースケール施設では800Gの導入も始まっています。この速度では、構造化配線の媒体として光ファイバーが唯一の実用的な選択肢です。400G-DR4はシングルモードファイバー上で4波長を使用し、400G-SR8はMPO-16コネクタを介して8本の並列マルチモードファイバーを使用します。

800Gイーサネット（IEEE 802.3df）はレーン速度を1レーンあたり100Gまで引き上げるため、8つのシングルモード波長または8本のパラレルファイバーが必要です。この速度ではコネクターとケーブルの品質要件が非常に厳しく、挿入損失予算は1デシベル未満になります。

アクティブ光ケーブル（AOC）

AOCは小型トランシーバーをケーブルアセンブリに直接組み込み、個別のプラガブル光モジュールを不要にします。固定長の接続では、従来のトランシーバーとパッチケーブルの組み合わせに代わる低コストな選択肢です。3～30 メートルのスイッチ間接続でよく使われます。

ダイレクトアタッチ銅線（DAC）ケーブル

DACケーブルはAOCに対する銅線版です。両端に SFP+、QSFP+、または QSFP28 コネクターを成形したTwinax銅線を使用します。DACは 10G、25G、40G、100G に対応し、最大 5-7 メートルまで、非常に低い遅延と消費電力で接続できます。同じラック内や隣接ラック間のごく短いスイッチ間リンクに適しています。

シリコンフォトニクス

シリコンフォトニクスは光学部品をシリコンチップ上に直接集積し、トランシーバーのコストと消費電力を大幅に削減する可能性があります。この技術が成熟すれば、光トランシーバーが銅線PHYチップと同程度に低価格になり、光ファイバーをさらに有利にするコスト構造へ変わる可能性があります。

液冷とケーブル配線

高密度AI・GPUクラスターの増加により液冷の採用が進み、ケーブル配線の制約も変化しています。リアドア型熱交換器やチップ直冷システムは、ケーブルを通せる経路を変えます。直径が小さく軽量な光ファイバーは、混雑が進む環境で利点があります。

データセンター配線向けコネクタの選定

コネクタは、ケーブル配線リンクの中で最も故障しやすい箇所です。何千もの接続を長年にわたり安定して稼働させるデータセンターでは、コネクタの品質が稼働率と保守コストに直結します。

データセンターコネクターの選定ポイント

挿入損失は、できる限り低く抑える必要があります。LC光ファイバーコネクタでは、嵌合ペアあたり0.15 dB以下を目標にします。RJ45では、コネクタがケーブルのカテゴリ定格と同等以上であることを確認してください。

反射減衰量は反射して戻る信号エネルギーを測定します。反射が少ないことを示す高い反射減衰量は、反射がビットエラーの原因となる高速リンクで重要です。-568/EIATIAの要件を余裕をもって超えるコネクターを選んでください。

頻繁に配線を差し替える環境では耐久性が重要です。LCコネクターは500回以上の嵌合でも劣化しないことが求められます。RJ45には配線作業中に引っ掛かりにくい頑丈なラッチが必要です。

大量生産で品質管理の価値が表れるのは、多数の製品にわたる一貫性です。10,000 LC コネクターを注文した場合、すべての製品が仕様を満たす必要があります。CZT のような確立されたメーカーと協業すれば、自動生産ラインと 100% 端面検査によって、出荷する全製品の性能を安定させられます。

コネクタ仕様の評価方法は、コネクタデータシートの読み方をご覧ください。

CZT データセンター向けコネクタソリューション

CZTはデータセンターの構造化配線向けに、幅広いコネクターを製造しています：

• 挿入損失が 0.15 dB 未満のLC デュプレックスコネクター。マルチモードおよびシングルモード用途向けに UPC と APC の研磨グレードを用意しています。
• 並列光学および高密度トランクケーブル向けの 8、12、24-fiber 構成に対応する MPO/MTP 互換コネクタ
• 高速銅線リンク向けシールド型を含む、Cat6aおよびCat8定格のRJ45コネクタおよびジャック。
• スイッチおよびNICメーカー向けに設計された、SFP/SFP+ケージアセンブリ。EMIシールドとライトパイプを内蔵します。

すべての CZT データセンター用コネクタは TIA、IEC、Telcordia GR-326 の各規格に準拠して製造され、完全な試験データとトレーサビリティ文書が付属します。データセンター向け光ファイバーソリューションの詳細は、Tier-3 データセンター導入事例をご覧ください。

データセンター配線に関するよくある質問

データセンターでは、光ファイバーケーブルは銅ケーブルより優れていますか？

すべての用途でそうとは限りません。長距離、高帯域幅、将来の高密度アップグレードでは通常、光ファイバーが適しています。一方、短距離リンクやPoEが必要な用途では銅線も有力です。実際の施設では、サーバーや機器の近接接続に銅線を使い、集約、スパイン、バックボーンに光ファイバーを使うハイブリッド構成がよく採用されます。

データセンターで銅線ケーブルを使える最長距離はどのくらいですか？

Ethernet規格とケーブルクラスによります。目安としてCat6aは10Gで最大100メートル、Cat8は25G/40Gの約30メートルまでの短距離で一般的です。距離、速度、密度が超えると、光接続が簡潔で拡張しやすい選択になります。

データセンターでシングルモードではなくマルチモード光ファイバーが使われるのはなぜですか？

マルチモードファイバーは、短距離から中距離で高い帯域幅と低い光モジュールコストを両立できるため、同一ホール内の多くのリンクで使われています。長期的なバックボーンの柔軟性と長距離ではシングルモードが優れています。判断のポイントは、将来にわたってどちらか一方だけを使うかではなく、データセンターネットワークのどの階層にどちらを使うかです。

データセンターの光ファイバー配線にはどのコネクタを使いますか？

多くのスイッチやサーバー向け光モジュールでは、LCデュプレックスコネクターが今も標準です。高密度アーキテクチャやパラレル光学では、トランクや分岐接続にMPOまたはMTPコネクターが一般的です。コネクターは目先のトランシーバーの注文だけで決めず、光モジュールの形状、極性計画、清掃方法、移行経路に合わせて選んでください。

新しいデータセンターの構造化配線はどのように計画しますか？

目標とするアーキテクチャから始めます。速度の段階、ラック密度、スイッチトポロジー、拡張計画、そしてPoEが必要かどうかを決めます。次に配線距離を整理し、距離、帯域幅、密度、アップグレード経路に基づいて銅線または光ファイバーを割り当てます。適切な計画には、配線経路のスペース、ケーブル管理、極性の管理、コネクタ規格の統一も含まれ、稼働開始後も設備を保守しやすくなります。

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新しいデータセンターを構築する場合も既存施設を更新する場合も、適切なコネクターは信頼性と性能に優れた構内配線の基礎です。CZT は、世界中のデータセンター運営会社、システムインテグレーター、OEMに精密製造の光ファイバーおよび銅線コネクターを提供しています。

光ファイバーコネクタカタログとRJ45コネクタ製品をご覧ください。またはエンジニアリングチームにお問い合わせのうえ、データセンターの配線プロジェクトについてご相談ください。技術相談、認定評価用サンプル、規模を問わないプロジェクト向けの数量価格をご用意しています。