Kā parasti, IEEE izmantoja esošos standartus, lai izveidotu ceļu uz 400 Gbps. Galvenais pašreizējo datu pārraides ātruma raksturojums un ierobežojums ir bijis vienas joslas sērijas ātrums, kas sasniedzams ar pašreizējo elektrotehnoloģiju. Tā kā jaunākais 100 Gbps Ethernet standarts ir balstīts uz četrām paralēlām joslām ar 25 Gbps, tas izrādījās dabisks sākumpunkts 400 Gbps attīstībai. Tomēr 400 Gbps bija nepārprotami nepieciešama metode joslu datu pārraides ātruma palielināšanai līdz 50 Gbps, un, strādājot jau pie 100 Gbps optisko joslu sasniegšanas, šo jauno sasniegumu izmantošana pierādīs lielas priekšrocības 400 Gbps Ethernet.

Bija vairāki veidi, kā sasniegt 400 Gbps mērķus, vienlaikus ņemot vērā dažādus kompromisus un tīkla nozares prasības. Ar 400 Gbps standartu, kas fiziskos datu nesējus ierobežo tikai ar daudzmodu un vienmoda optisko šķiedru, bija skaidrs, ka galvenā problēma būs šķiedru skaits saitē. Ir zināms, ka vairākas paralēlas šķiedras ir pieņemams risinājums maza darbības attāluma savienojumiem līdz 500 m, bet ne ilgākiem kabeļu garumiem (2 līdz 10 km), ja izmaksas kļūst pārmērīgas. Tomēr datu pārraides ātrumam 400 Gbps ar 16 x 25 Gbps paralēlām joslām pārraidei un saņemšanai būtu nepieciešami 32 šķiedras savienojumi. Izstrādājot specifikāciju kopumu 400 Gbps, IEEE darba grupa bija izmantojusi vairākas tehnoloģijas un metodes, lai definētu pieņemamus rentablus risinājumus gan maza darbības attāluma daudzmodu šķiedrai, gan liela attāluma vienmoda šķiedrai, izmantojot dažādu skaitu šķiedru un līnijas tarifi. Turklāt praktiskais migrācijas ceļš uz 400 Gbps tika noteikts arī 200 Gbps standartu komplekts, kas balstās uz 400 Gbps standartiem.

Standarti 400 Gbps un 200 Gbps

50 Gbps joslas ātrums ir 400 Gbps sasniegšanas pamats, un pirmais nozīmīgais lēmums bija mainīt signāla kodēšanas shēmu. Līdz šim visi Ethernet standarti ir izmantojuši vienkāršu 2 līmeņu atgriešanās līdz nullei (NRZ) metodi, lai kodētu bināru datu plūsmu pārraidāmā elektriskā signālā. Lai sasniegtu lielāku joslas datu pārraides ātrumu, bija jāizmanto kodēšanas shēma, kas pazīstama kā 4 līmeņu impulsa amplitūdas modulācija (PAM4), kas faktiski divkāršo pārsūtīto datu daudzumu tajā pašā laika posmā.

Ja domājat par bināriem datiem, ko attēlo signāls ar diviem spriegumiem, vienu spriegumu “0” un otru spriegumu “1”, tad tas apraksta NRZ kodēšanas metodi. PAM4 kodēšanai signālam ir četri sprieguma līmeņi, kas vienā sprieguma līmenī kodē divus bināros bitus. Metode, kas pazīstama kā “pelēkā kodēšana” apvieno datu plūsmā nozīmīgākos bitu (MSB) un vismazāk nozīmīgos bitu (LSB) pārus vienā no četriem sprieguma līmeņiem. Pelēkā kodēšana palīdz samazināt signāla bitu kļūdas, ko rada sprieguma amplitūdas troksnis. Ir viegli redzēt, kā ar diviem datu bitiem, kas sakārtoti vienā sprieguma līmenī, dubultā informāciju var pārraidīt tādā pašā laika posmā.

IEEE pabeidza savu 802.3bs standartu (IEEE Std 802.3bs-2017) 200 Gbps un 400 Gbps Ethernet, ieviešot PAM4 kodēšanas un vairāku paralēlu joslu kombināciju. Specifikācijas attiecas uz daudzmodu un viena režīma optisko šķiedru iespējām no 70 m līdz 10 km. Šajā tabulā ir apkopoti Ethernet PHY varianti 400 Gbps un 200 Gbps.

Specifikācija 400GBASE-SR16 atbalsta 16 daudzmodu šķiedras ar ātrumu 25 Gbps, izmantojot NRZ kodējumu, kas nozīmē, ka kopējais pārraides un saņemšanas šķiedru savienojums būs 32. 400 400ASASE-DR4 opcija atbalsta pretrunīgi vērtēto 100 Gbps joslas ātrumu četrās vienmoda šķiedras. , bet var sasniegt tikai 500 m. Gan abpusējās šķiedras varianti 400GBASE-FR8 un 400GBASE-LR8 izmanto viļņu garuma dalīšanas multipleksēšanu (WDM), lai astoņu joslu pārraide pa astoņiem dažādiem viļņu garumiem uz vienmoda šķiedru sasniegtu līdz 10 km. 200 Gbps specifikācijas pamatā atbilst tām, kas paredzētas 400 Gbps, bet izmanto četras joslas ar ātrumu 50 Gbps virs vienas vai četrām viena režīma šķiedrām.

Pievienojami moduļi un kabeļi

Lai izvietotu aprīkojumu, kas atbalsta jauno 400 Gbps Ethernet standartu, ir nepieciešami skaidri jauni savienojami moduļi, savienotāji un kabeļi. Portam 400GBASE-SR16 ir nepieciešami 32 šķiedru savienotāji un kabeļi, un 400GBASE-DR4 variantam ir augstāks 56 Gbps elektriskās signāla pārraides ātrums.

Parastais 100 Gbps QSFP28 savienotājs atbalsta četras joslas ar ātrumu 25 Gbps ar elektrisko signāla ātrumu 28 Gbps. Tās ir astoņas pārraides un uztveršanas šķiedras, kuras atbalsta 12 šķiedru MPO (daudzšķiedru push-on) savienotāji un kabeļi, kas pašlaik tiek izmantoti 100 Gbps. Skaidrs, ka 12 šķiedru MPO savienotāji un kabeļi atbalstīs 400GBASE-DR4 un 200GBASE-DR4 variantus standartā 802.3bs. Citos variantos, kuros saitē tiek izmantotas tikai divas šķiedras, var izmantot parastos dupleksa-LC savienotājus un kabeļus. Tas atstāj 32 šķiedru MPO kā jaunu attīstību īpaši 400 Gbps Ethernet standartam.

12 šķiedru MPO savienotājs sakārto šķiedras vienā rindā starp diviem izlīdzināšanas tapām. 32 šķiedru MPO ir divas 16 šķiedru rindas, kas jauno savienotāju padara nesaderīgu ar 12 šķiedru MPO. Tāpēc 32 šķiedru MPO savienotājs ir atveidots atšķirīgi no 12 šķiedru MPO, lai izvairītos no nepareizas uztvērēju un kabeļu pievienošanas.

Attīstot ātrāku signalizāciju, vairāk joslu un vairāk šķiedru, 400 Gbps Ethernet ir nepieciešami jauni uztvērēja formas faktori. Mēģinot ievietot mazos moduļos vairāk komponentu, kas vairāk enerģijas izkliedē, vienmēr ir jāņem vērā izaicinājumi un kompromisi. Tāpat kā iepriekšējos Ethernet standartos, 400 Gbps Ethernet ir parādījušies vairāki optisko raiduztvērēju formas faktori:

• CFP8 - liels formas koeficients. Zems ostas blīvums. Laba siltuma vadība.

• OSFP - paredzēts optimālai signāla un termiskai veiktspējai. Nesaderīgs formas faktors.

• QSFP-DD - “dubultā blīvuma” QSFP. Atpakaļ saderīgs ar 100 GbpS un 40 Gbps Ethernet. Augsts ostas blīvums.

• COBO - iebūvēts optikas modulis, kas nav pievienojams uztvērējs. Augstākais ostas blīvums.

Arvien pieaugošo mākoņu datu centru prasību dēļ Ethernet standartu attīstība ir strauji sasniegusi neticamu datu ātrumu 400 Gbps. Izmantojot jaunas kodēšanas shēmas un lielākus signālu pārraides ātrumus, 400 Gbps Ethernet standarts iezīmē būtisku atkāpšanos no iepriekšējiem standartiem un nosaka ceļu uz vēl lielāku ātrumu nākotnē. Jaunajos 400 Gbps un 200 Gbps standartos ietilpst daudzmodu un viena režīma optiskās šķiedras iespējas, kas darbojas no 70 m līdz 10 km. Standarti aptver dažādas rentablas maza un liela darbības attāluma lietojumprogrammas, un tos ir atbalstījuši vairāki jauni raiduztvērēja formas faktori, kabeļi un savienotāji.

Kad būs pieejams jauns 400 Gbps aprīkojums, jūs varat sagaidīt, ka tas ātri tiks uzstādīts datu centru, pārvadātāju piekļuves un pakalpojumu sniedzēju tīklos visā pasaulē. Tik ļoti nepieciešamais papildu joslas platums sniegs stimulu, jo tīkla trafiks turpina pieaugt gadu no gada. Tomēr Ethernet attīstība ar to neapstāsies. Jaunās Ethernet darba grupas jau cenšas panākt lielāku ātrumu un ekonomiskākus, kompaktus formas faktorus, kas neatpaliks no nozares nākotnes prasībām.

No 400 Gbps līdz 800 Gbps

Nesen publicētajā Dell'Oro grupas ziņojumā teikts, ka paredzams, ka līdz 2020. gadam 400 Gbps veidos 20 procentus no datu centra komutācijas ieņēmumiem. Saskaņā ar pētījumu grupas teikto, lielāks ātrums - 100 Gbps, 200 Gbps, 400 Gbps un 800 Gbps - ir Visi prognozē, ka nākamajos piecos gados izaugsme būs ievērojama. Varbūt nav pārsteidzoši, ka sagaidāms, ka mākoņu datu centriem būs galvenā loma gaidāmajā tīklu ātruma palielināšanā (no 100 Gbps līdz 400 Gbps).

Tikmēr 650 grupas publiskotais tirgus ziņojums apstiprina, ka 200 Gbps, 400 Gbps un 800 Gbps visi piegādāsies nākamajos piecos gados, un pēdējais paredzēts palielināt nākamās desmitgades sākumā.

“Pirmais 200 Gbps un 400 Gbps vilnis tirgū nonāks 2018. gada sākumā, kad Ethernet slēdžu tirgus paplašina ostas ātrumu skaitu tikai trīs gadus kopš pēdējās lielās tehnoloģiju attīstības kopas,” saka Alans Vekels, dibinātājs un tehnoloģiju analītiķis vietnē 650 grupa. Gan 200 Gbps, gan 400 Gbps parādīsies, izmantojot 2017. gadā paziņoto 50 Gbps SerDes tehnoloģiju. Ātro inovāciju tempu veicina ne tikai iespaidīgi tehnoloģiju uzlabojumi, bet arī programmatūras definētie tīkli (SDN), kas mākoņiem ļauj labāk izmantot aprēķināt un izmantot tīkla resursus, kas ir viņu rīcībā. ”

Pārbaude 400 Gbps, pievēršanās 1,6 Tbps

Saskaņā ar Ronen Isaac no Militārajām iegultajām sistēmām nozare šobrīd testē un ratificē tehnoloģijas, kas nodrošinās ātrumu līdz 400 Gbps un vairāk.

“Laikā no 2018. līdz 2020. gadam tiks pārbaudīti un pieņemti 50 Gbps un 200 Gbps. Tūkstošiem 25GbE serveru un galu galā 50GbE serveru hipermēra datu centros, piemēram, mākoņa pakalpojumu sniedzēji, 400GbE vajadzību virzīs uz lielpilsētas tīkliem (MAN) un plaša apgabala tīkliem (WAN), ”viņš saka. "Ne pārāk tālā nākotnē testēšana sāksies ar 200 Gbps, 8000 Gbps un pārsteidzoši lielu datu pārraides ātrumu - 1 Tbps un 1,6 Tbps ar paredzēto standartu pārbaudi un ratifikāciju līdz 2020. gadam."

Secinājums

Ethernet ātri pārvietojas no 40Gbps uz 100Gbps uz 400Gbps, tādējādi stimulējot virkni jaunu SerDes iniciatīvu un attīstību. Patiešām, 25Gbps SerDes kalpoja par galveno 100Gbps Ethernet veicinātāju, paredzams, ka nozare sākotnēji piesaistīs 50Gbps SerDes 400Gbps Ethernet, pirms pāriet uz 100Gbps SerDes tehnoloģiju.

Vienlaicīgi SerDes tehnoloģija pāriet no NRZ uz PAM4, jo tā paātrinās no 25Gbps līdz 50Gbps. Tas ir pamudinājis uz vairākām arhitektūras izmaiņām, tostarp tradicionālā analogā aizstāšanu ar ADC + DSP, lai palīdzētu sasniegt darbības mērķus un saglabāt līdzīgu enerģijas / apgabala aploksni.