シングルモードとマルチモード ファイバー: データセンター、5G、FTTH の 2026 年選択ガイド

1. 基本的な物理学: ファイバーの種類が重要な理由

シングルモード ファイバーとマルチモード ファイバーの区別は、ガラス自体から始まります。-シングルモード ファイバー (SMF) には、光を単一の伝播経路に制限する 9- ミクロンの小さなコアがあり、モード分散を排除し、数十キロメートルまたは数百キロメートルにわたる伝送を可能にします。マルチモード ファイバー (MMF) は、複数の光路 (モード) を可能にする、より大きな 50- コアを使用し、到達距離を制限するモード分散を生み出しますが、短距離リンクには安価な VCSEL ベースのトランシーバーの使用を可能にします。

屈折率プロファイルと光の伝播

これらの違いの背後にある物理的性質は、ファイバー コアの屈折率プロファイルにあります。シングルモード ファイバは、コアの均一な屈折率 (n1) がクラッド (n2) よりわずかに高い、単純なステップ- インデックス プロファイルを使用します。コア直径が小さいため、基本 LP01 モードのみが伝播します。シングルモード ファイバの開口数 (NA) は通常 0.14 で、狭いアクセプタンス コーンを作成します。これには正確なレーザー アライメントが必要ですが、クリーンで歪みのない信号が生成されます。-対照的に、マルチモード ファイバは、コアの中心から外側に向かって屈折率が放物線状に減少するグレーデッド インデックス プロファイルを使用します。このグレーディングは、さまざまなモードの伝播時間を均等化するように設計されており、単純なステップ-インデックス 50- ミクロン コアが生成するモード分散よりも低減されます。グレーディングを行った場合でも、OM4 ファイバーは 850nm で 4700 MHz-km の実効モード帯域幅 (EMB) を示します。これは 400m を超える 10G には十分ですが、100G 以降ではますます不十分になります。

重要だが見落とされがちなパラメータは、帯域幅{0}}距離積です。 OM4 の場合、4700 MHz- km の仕様は、400 メートルで利用可能な帯域幅が約 11.75 GHz - まで低下し、25G NRZ シグナリングの限界であり、積極的な前方誤り訂正なしでは 100G PAM4 にはまったく不十分です。シングルモード ファイバは、波長分散 (1310nm で約 17 ps/nm/km) によってのみ制限され、桁違いの距離にわたって信号の完全性を維持します。

波長にわたる減衰特性

どちらの種類のファイバーも波長に依存した減衰を示します。これらの曲線を理解することはシステム設計に不可欠です。{0}シングルモード ファイバー（G.652D）は、1550nm で約 0.18-0.19 dB/km、1310nm で 0.35 dB/km の最小減衰を達成します。 1310nm ウィンドウは短距離のシングルモード光学系（SR、LR）に使用され、1550nm は分布帰還（DFB）レーザーを使用した拡張距離（ER、ZR）アプリケーションをサポートします。- O- 帯域 (1260-1360nm) は SMF にゼロ分散特性も提供し、非補償伝送に推奨されるウィンドウとなります。

マルチモード ファイバの減衰はより高く、OM4 は 850nm で約 2.5 dB/km、1300nm で 0.7 dB/km を示します。 850nm ウィンドウは、1300nm バージョンと比較して 850nm VCSEL のコストが低く、変調帯域幅が広いため、VCSEL- ベースの光学系に使用されます。 850nm での高い減衰とモード分散が、より高いデータ レートでマルチモード到達距離が崩壊する主な理由です - 減衰損失、モード分散ペナルティ、およびコネクタ挿入損失の組み合わせにより、より長い距離をサポートできないリンク バジェットが作成されます。

重要な洞察

実際、SMF ケーブルは MMF ケーブルよりも 1 メートルあたりのコストが安くなります - コストの反転はガラスではなくトランシーバー層で発生します。レーザー-ベースのシングルモード トランシーバー-は、精密な位置合わせ、気密パッケージ、およびより複雑なレーザー ドライバーが必要なため、VCSEL- ベースのマルチモード モジュールよりも製造コストが高くなります。ただし、シリコンフォトニクスが成熟し、800G DR8 の量が増加するにつれて、このトランシーバーのコストギャップは急速に縮小しています。 SMF モジュールと MMF モジュール間の従来の 3:1 または 4:1 トランシーバーの価格比は、800G でほぼ同等に圧縮されました。-

製造と品質に関する考慮事項

シングルモード ファイバとマルチモード ファイバの製造プロセスは、同じ MCVD（修正化学気相成長）または PCVD（プラズマ化学気相成長）プリフォームの製造を共有しますが、ドーピング プロファイルが異なります。シングルモード プリフォームではコアにゲルマニウムをドープしたシリカを使用しますが、マルチモード グレーデッド インデックス プリフォームではより複雑なドーピング勾配が必要です。-逆説的ですが、コア直径が大きくなると線引き時の幾何公差が厳しくなくなるため、マルチモード ファイバのドーピング プロファイルがより複雑になってもコストが高くなるわけではありません。シングルモードのコアの同心度とクラッドの直径に要求されるより厳しい公差により、よりシンプルなインデックス プロファイルにもかかわらず、SMF ケーブルの価格競争力が保たれています。

調達の場合、関連する品質指標はファイバーの種類によって異なります。シングル-モードの場合、100G+ 伝送には PMD（偏波モード分散）が重要です。- G.652D では 0.05 ps/sqrt(km) 未満の値が指定されています。マルチモードの場合、DMD（ディファレンシャル モード遅延）測定により、ファイバがエンサークルド フラックス-準拠の VCSEL トランシーバで動作することが確認されます。信頼できるメーカーは、各ケーブル リールに芯径の一貫性データと DMD テンプレートの両方を提供しています。{10}

2.スピードとリーチ: パフォーマンスマトリックス

速度-距離マトリックスは、ファイバー選択の決定の開始点です。各ファイバー タイプは、各イーサネット速度層で特定の最大距離をサポートしており、これらの制限を超えると、信号の劣化または完全なリンク障害が発生します。以下のマトリックスは、市販のトランシーバーと実際のパフォーマンスに関する 2026 年の市場データを追加した IEEE 802.3 仕様を反映しています。-

スピード	OS2 (シングル-モード)	OM3	OM4	OM5
10G	>40km	~300 m	~400 m	~450 m
25G	10～15km以上	~70-100 m	~150 m	~200 m
100G	~10 km (LR/ER)	~70-100 m	~150 m	～200m (SWDM)
400G	~2～4 km (DR/FR4)	推奨されません	～100～150m (SR4)	～200～300m (SWDM4)
800G	完全にサポートされています	実行不可能	非常に限られた	限定的で到達距離が短​​い

変調フォーマットとそのリーチへの影響

高速での劇的な到達距離の圧縮は、ファイバーの制限だけではありません - ファイバーの特性と変調形式の間の相互作用を反映しています。 10G と 25G では、NRZ (Non-Return-to-) 変調が使用され、各シンボルは 1 ビットを伝送します。 100G 以上では、PAM4 (4- レベルのパルス振幅変調) はシンボルあたりのビット数を 2 倍にしますが、信号対雑音比は約 9.5 dB 低下します。-。この SNR ペナルティは、たとえボー レートが同等であっても、25G NRZ を快適にサポートする同じファイバ インフラストラクチャが 100G PAM4 に対して限界がある可能性があることを意味します。

マルチモード ファイバの場合、モード ノイズによって状況はさらに悪化します。 PAM4 シグナリングは、コネクタの位置ずれやモード選択損失から生じるモード ノイズ アーティファクトに特に敏感です。-。これが、400G SR4 トランシーバーが包囲磁束コンプライアンスを備えた OM4 を指定する理由です - 100G で通過したマージナル OM3 リンクが 400G で失敗する可能性があるのは、ファイバー自体が変更されたためではなく、モーダル ノイズ感度の増加が原因です。

前方誤り訂正とリンク バジェット マージン

最新の 100G+ トランシーバーは、ビット エラーから回復するために前方誤り訂正 (FEC) を採用しています。 IEEE 802.3bj および 802.3cd 標準では、約 6 dB のコーディング ゲインを提供する RS{5}FEC (リード-、528,514) を指定しています。 400G および 800G の場合、より積極的な連結 FEC スキームにより 9-11 dB のゲインが得られます。ただし、FEC は遅延 (通常 100 ～ 200 ナノ秒) を追加するため、不適切なファイバー プラントを補うために依存すべきではありません。ベスト プラクティスは、FEC を考慮した後、少なくとも 3 dB のマージンを持ってリンクを設計し、経年変化、コネクタの汚れ、温度変化によってリンクがエラー訂正領域に追い込まれないようにすることです。

パターンは明らかです。速度が 400G および 800G に向かって増加するにつれて、マルチモード ファイバの到達距離の利点は大幅に狭まってきますが、シングルモードでは数キロメートルの通信能力が維持されます。- 800G では、ラック内の距離でも OM4 と OM5 はほとんど実行できず、データ ホール内であっても業界はシングルモードに移行しています。- OM4/OM5 で 8 つの 100G PAM4 レーンを使用する 800G SR8 モジュールは、スループットが 2 倍であるにもかかわらず、400G SR4 と本質的に同じ 70-100m 到達距離 - しか達成できません。この収益逓減曲線は、新しいビルドでシングルモードを採用するための最も強力な根拠です。

3.コスト経済学: お金が実際にどこに行くのか

ファイバー選択の経済性を理解するには、ケーブルの価格だけでなく、ファイバー、トランシーバー、設置作業、テストと認証、導入ライフサイクル全体にわたるメンテナンスの合計システムコストに目を向ける必要があります。{0}} 2026 年の市場は、数字の見直しを必要とする形で従来の想定を打ち破りました。

コンポーネントのコストの内訳

一般的なデータセンターのファイバー リンクには、ファイバー ケーブル自体、コネクタ接続（工場で終端されたものと現場で終端されたもの-）、両端のトランシーバ モジュール、構造化されたケーブル配線ハードウェア（カセット、パネル、モジュール）という 4 つのコスト層が含まれます。 2 つのラック間の 100 メートルのリンクの場合、コスト分布はおよそ次のようになります。

原価構成要素	SMF (OS2) リンク	MMF (OM4) リンク	注意事項
ケーブル（幹線100m）	~$45-60	~$55-75	SMF ケーブルは 1 メートルあたりの価格が安くなります
MPO/MTP カセットペア	~$120-180	~$100-150	SMF MPO コネクタは高価です
トランシーバーペア	速度によって異なります	速度によって異なります	以下のトランシーバー表を参照してください。
テストと認証	~$30-50	~$25-40	SMF の場合は OTDR、MMF の場合は EF
取り付け工賃	~$60-100	~$60-100	どちらのタイプでも同様

800G でのトランシーバー価格の収束

2026 年の最も重要な変化は、800G SR8 (マルチモード) と DR8 (シングルモード) トランシーバーの価格がほぼ収束することです。{{1}現在、どちらも 350 ドル台-で、シリコン フォトニクスによりシングルモードのコストが同等の水準まで下がりました。-。これにより、マルチモードの従来のコスト上の利点が損なわれ、TCO の計算が根本的に変わります。価格圧縮は 3 つの要因によって推進されています。シングルモードの III-V レーザー アレイに代わるシリコン フォトニクス、ハイパースケールの採用による DR8 のボリュームの増加、SR8 と DR8 の設計間で共有される 100G PAM4 電気インターフェイスのコモディティ化です。

モジュール	ファイバーの種類	到着	2026 年の価格 (米ドル)	2025 年の価格 (米ドル)
800G SR8	OM4/OM5 (MMF)	~100 m	$360-380	$420-450
800G DR8	OS2(SMF)	~100-500 m	$350-380	$480-520
800G LR8	OS2(SMF)	～10km	$420-450	$500-550
1.6T OSFP	OS2(SMF)	変化する	$1,300-1,500	該当なし（プレリリース）-

 

前年比{0}{1}}の価格下落はそれを物語っています。DR8 は 2025 年から 2026 年にかけて約 27% 下落しましたが、SR8 は 14% しか下落しませんでした。この非対称的な減少は、2025 年に 60-70 ドルだった SMF/MMF トランシーバーのコスト差が 2026 - には 20 ドル未満にまで縮小していることを意味します。この差は、SMF の到達距離の延長、ファイバー数の密度の向上、および将来の再配線コストの排除によって容易に相殺されます。

設置と運用のコスト要因

コンポーネント以外にも、いくつかの運用上の要因により、中長期的にはシングルモードが有利になります。{0}}まず、シングルモード ファイバは、同じケーブル直径でより多くのファイバ数をサポートします。これは、コアが小さいため、クロストークの心配がなく、より密なパッキングが可能になるためです。 288- 心 SMF ケーブルの直径は 144- 心 MMF ケーブルとほぼ同じであり、必要な電線管スペースは効果的に半分になります。第 2 に、シングルモード リンクではクリーニングの頻度が少なくて済みます。-マルチモード ファイバのコアが大きいほど、汚染による挿入損失の影響を受けやすくなります。-、汚れたコネクタはデータセンター環境におけるリンク障害の主な原因です。第三に、シングルモードの OTDR (光学的時間領域反射計) テストはより単純であり、同等のマルチモードよりも正確な障害までの距離の測定が可能です。

現場での終端コストは別の話になります。シングルモードファイバーのメカニカルスプライスと融着接続には、より正確な位置合わせ（サブ-ミクロン）とより高価な機器が必要です。-シングルモードで動作できる融着接続機の価格は 8,000 ドル-15,000 ドルですが、マルチモード接続はより安価な機器で実行できます。工場で終端されたトランクが単純に接続されている終端済みシステムの場合、この違いはなくなり-、最新のデータセンターの傾向は圧倒的に終端済みのソリューションを目指しています。

OM5 と SWDM: マルチモードの最後の抵抗?

OM5 (広帯域マルチモード ファイバー) は最も先進的なマルチモード仕様を表しており、短波長分割多重 (SWDM) のサポートにより OM4 の 850nm のパフォーマンスを 953nm の波長まで拡張します。 SWDM4 トランシーバーは 4 つの波長 (850、880、910、953nm) を使用して、単一のファイバー ペアの容量を 4 倍にします。

OM5 のパフォーマンス特性

標準の 850nm 動作では、OM5 は OM と同様に動作します4 -。この利点は SWDM トランシーバでのみ現れます。 OM5 は、100G SWDM4 の到達距離を約 440 メートル、400G SWDM4 の到達距離を 200 ～ 300 メートルに延長します。 OM3/OM4 トランシーバーと完全に下位互換性があるため、既存のマルチモード プラントを安全にアップグレードできます。

狭まるマルチモードウィンドウ

こうした進歩にも関わらず、マルチモード ファイバーの長期的な設置面積は縮小しています。{0}}データ ホール内でも 400G および 800G の光ファイバーではシングルモードがますます好まれているため、OM5 の 2026 年の最も強力な役割は、到達距離の最大化よりもファイバー数の削減が重要となる、コンパクトなデータ ルーム、エッジ コンピューティング、およびダクト{7}}スペース-に制約のある展開においてです。

OM5 がまだ意味をなす場合

OM5 は、次の場合に引き続き適切な選択肢です。(1) SWDM4 が適切な到達距離を提供する 150m 未満のリンク。 (2) ダクト-スペース-に制約された環境で、4 倍の波長多重化によりファイバー数が削減される。 (3) 既存のマルチモード カセットとパネルを再利用できる改造シナリオ。 (4) 安定した 100G/400G 速度要件を備えたエッジ データセンター。

5.AI データセンター アーキテクチャ: トポロジによるファイバーの選択

AI データセンターは、ファイバー選択の状況を根本的に変えました。 GPU クラスタは、従来のインターネット バックボーン トラフィックをはるかに超える規模で東西トラフィック パターンを生成します。また、GPU クラスタが採用するリーフ-スパイン / レール-に最適化されたトポロジにより、各ネットワーク層で個別のファイバー要件が作成されます。

AIデータセンターリンク	推奨ファイバー	接続性
GPUサーバーからリーフスイッチへ	OM4 または OM5	MTP/MPO トランク、MPO-12/16
リーフからスパインへの切り替え	OM5 または OS2	低損失 MTP/MPO または LC デュプレックス-
背骨/列間-	OS2	LC/SC シングル-モード
-建物間 / DCI	OS2	LC シングル-モード、高-ファイバー-トランク
-ラック内（< 5 m)	DAC銅線	ダイレクトアタッチケーブル

AI が SMF と MMF のバランスを逆転させた理由

AI ファブリック - は、400G/800G イーサネットまたは HDR/NDR InfiniBand にかかわらず、- インターネット バックボーンよりもさらに強力にファイバーを推進します。比較的短いリンクでもシングルモードの採用を促進する要因は 3 つあります。-

• LPO および CPO の要件:リニア ドライブ プラガブル オプティクスと共パッケージ オプティクスにより、DSP イコライゼーションが排除または縮小され、高品質の低損失 OS2 ケーブルが要求されます。-ケーブルの品質が低いと、これらのテクノロジーが実現するように設計された省電力性が損なわれます。
• 電力密度:AI ラックは現在 50 kW を超えており、100 kW 以上が目前に迫っています。このような高密度環境では、ファイバーの EMI 耐性とケーブル重量の軽減が重要になります。
• 規模：Dragonfly と{0}}数千の GPU にわたるレール最適化トポロジにより、特にスパイン-層接続の場合、マルチモードの到達能力を超えるリンク距離が作成されます。

6. 5G トランスポート: シングル-モードは交渉不可-

データセンターは最も急速に成長しているファイバー セグメントを代表していますが、5G モバイル トランスポートは依然として 2 番目に大きなアプリケーションであり、2025 年の世界ファイバー市場収益の 28.3%（63 億 9 億ドル）を占めています。{2} 5G フロントホールの物理的性質により、シングルモード ファイバーが必須となっています。-マルチモード オプションはありません。

CPRI と eCPRI の比較

CPRI から eCPRI への進化により、5G フロントホール アーキテクチャが変わりました。従来の CPRI では、100 MHz 帯域幅で 64 チャネルをサポートする場合、少なくとも 100 Gbit/s のフロントホール チャネルが必要でした。-これがパケット ベースの eCPRI 標準の開発を推進しました。-。 eCPRI は、フロントホール ペイロードをイーサネット フレームに再パッケージ化し、片道 100 マイクロ秒の厳格なレイテンシ要件を満たしたスイッチド イーサネット フロントホールを複数の RU で共有できるようにします。{9}}

D-RAN と C- RAN ファイバーの関係

D- アーキテクチャでは、ベースバンド処理が各アンテナ サイトに配置されます。 C-RAN では、処理が集中化され、単一の場所から多くのサイトにサービスを提供します -。これにより、転送コストが削減されますが、フロントホール セグメントでのファイバー需要が増加します。チャイナ モバイルだけでも、2025 年に 120 万の光ファイバー接続 5G サイトを稼働させ、各タワーから 500 メートル以内に光プラントを設置しました。

7.FTTH と PON の進化: シングルモードのスーパーハイウェイ

FTTH とブロードバンドは、2025 年の世界のファイバー市場収益の 41.6% (94 億 1,000 ドル) を占める最大のファイバー アプリケーション セグメントです。従来の GPON から次世代 50G-PON - まで、PON エコシステム全体 - はシングルモード ファイバーのみで動作します。-

50G-PON: 次世代

ITU{0}T は、大規模事業者が要求する PON 世代間での 4 倍の容量増分を満たすために、次世代 PON（25 Gbps 以上）のライン レートとして 50 Gbps を選択しました。{{2}標準（G.9804.3）では、アップストリームを 1286nm、ダウンストリームを 1342nm と規定しており、重要なことに、現在のサービスを中断することなく、既存の GPON および XGS-PON と同じファイバー上に共存します。

曲げ-に反応しないファイバー: FTTR の有効化

FTTR（Fiber-to-to-Room）の推進により、ITU-T G.657 に準拠した曲げに敏感でないシングルモード ファイバーの需要が高まっています。{{3}規格の 2024 年改訂版では、ますます厳格な曲げ性能が定義されています。

サブカテゴリ	最小曲げ半径	応用
G.657.A1	10mm	一般施設、G.652D と互換性あり
G.657.A2	7.5mm	-建物の蹴上げや狭いスペースの場合
G.657.B3	5mm	FTTR の目に見えないケーブル配線、非常に狭いコーナー-

 

G.657.B3 ファイバーは、減衰ペナルティなしで 5 mm の曲げ半径に耐えることができるため、ファイバーが目に見えないように既存の建物インフラストラクチャを通過する必要がある FTTR 展開にとって重要です。中国はすでに 4 億 9,000 万ギガビット以上の通信範囲を達成しており、2024 年に 3 世代 PON 共存（50G-PON + FTTR）の最初のフィールド試験を実施しました。{5}

8.世界市場のダイナミクス: ファイバーの行方

世界の通信ファイバー市場は、2025 年に 226 億ドルに達し、2026 年には 253 億 9000 万ドル (前年比 12.37%) に成長し、9.98% の CAGR で 2032 年までに 439 億 8000 万ドルに達すると予測されています。世界のファイバー出荷量は 2026 年に 7 億 7,000 万キロメートルに達し、前年比 18.6% 増加しました。--。

シングルモードの優位性

-シングルモード ファイバーは世界のファイバー市場収益の 82.3% (2025 年に 1,859 億ドル) を占め、マルチモードは 17.7% (40 億 1000 万ドル) です。データセンターセグメントは現在12.1%（27億2000万ドル）と最も小さいものの、予測CAGRとしては最高となる10.57%を記録しており、需要がハイパースケールAIオペレーターに向かっていることを示している。アジア太平洋地域が市場シェアの 49% で地域の需要をリードし、北米 (21.1%)、ヨーロッパ (17.1%) が続きます。

9.結論: 実践的な選考フレームワーク

2026 年のファイバー選択の状況は、明確な軌道を特徴としています。シングルモード ファイバーが世界的なデフォルトになりつつある一方で、マルチモード ファイバーは、到達距離が短​​く、高密度の環境において、狭いながらも正当なニッチ市場を維持しています。- 800G SR8 および DR8 トランシーバーの価格が 350 ～ 380 ドルに統一されたことにより、新しいビルドにおけるマルチモードの主な経済的議論がなくなりました。

意思決定の枠組みは単純です。

AI 帯域幅時代に成功する組織は、ケーブル配線プラントがネットワーク内で最も寿命の長い資産であり、複数世代のスイッチやトランシーバーよりも長持ちすることを認識している組織です。{0}シングルモード インフラストラクチャに今すぐ投資することで、準備の整っていない通信事業者を悩ませる高価な配線の再配線を行わずに、現在の速度から 1.6T 以降までネットワークを拡張できるようになります。{4}