Com de costum, l’EEEE va aprofitar els estàndards existents per tal de forjar un camí a 400 Gbps. Una característica clau i la limitació de les taxes de dades actuals ha estat la velocitat de sèrie d’un sol carril que es pot aconseguir amb la tecnologia elèctrica actual. Amb els darrers estàndards Ethernet de 100 Gbps basats en quatre carrils paral·lels de 25 Gbps, això va ser un punt de partida natural per al desenvolupament de 400 Gbps. Tanmateix, es necessitava clarament un mètode per augmentar els índexs de dades dels carrils a 50 Gbps per a 400 Gbps, i amb els treballs que ja s'estan fent per aconseguir carrils òptics de 100 Gbps, l'ús d'aquests nous assoliments seria un avantatge per a 400 Gbps Ethernet.

Hi havia diverses maneres d’aconseguir els objectius de 400 Gbps tot i considerant les diferències i requisits de la indústria en xarxa. Amb l’estàndard de 400 Gbps, que limitava el medi físic a només fibra òptica multimodal i unidireccional, era evident que el nombre de fibres d’un enllaç seria un problema clau. Es coneix que diverses fibres paral·leles són una solució acceptable per a enllaços de curt abast fins a 500 m, però no per a llargs cables de 2 a 10 km, on els costos són excessius. Tanmateix, una velocitat de dades de 400 Gbps amb carrils paral·lels de 16 x 25 Gbps requeriria 32 fibres per enllaç per a la transmissió i la recepció. A l’hora de desenvolupar un conjunt d’especificacions per a 400 Gbps, el grup de treball de l’IEEE havia utilitzat diverses tecnologies i mètodes per definir solucions rendibles acceptables tant per a fibra multimode de curt abast com per a fibra de un mode de llarg abast amb diversos tipus de fibres. i tarifes de línia. A més, també es va especificar un conjunt de estàndards de 200 Gbps basats en els estàndards de 400 Gbps com a ruta pràctica de migració a 400 Gbps.

Els estàndards de 400 Gbps i 200 Gbps

Amb una velocitat de carril de 50 Gbps com a base fonamental per assolir els 400 Gbps, la primera decisió important va ser canviar l'esquema de codificació del senyal. Fins ara, tots els estàndards Ethernet utilitzaven un mètode senzill de no-retorn a zero (NRZ) de dos nivells per codificar un flux de dades binari en un senyal elèctric transmissible. Per assolir una taxa de dades de carril més elevada, calia utilitzar un esquema de codificació conegut com a Modificació de l'amplitud de pols de 4 nivells (PAM4), que dobla efectivament la quantitat de dades transmeses en la mateixa quantitat de temps.

Si penseu en dades binàries representades per un senyal amb dos voltatges, un de tensió per a un “0” i l’altre de tensió per a un “1”, aleshores es descriu el mètode de codificació NRZ. Per a la codificació PAM4, el senyal té quatre nivells de tensió, que codifica dos bits binaris per nivell de tensió. Un mètode conegut com a "codificació gris" combina els parells de bit més significatius (MSB) i els bits de menys menys significatiu (LSB) en un flux de dades en un dels quatre nivells de tensió. La codificació gris ajuda a reduir els errors de bit en el senyal causats pel soroll de l'amplitud de la tensió. És fàcil veure com amb dos bits de dades mapejats a un nivell de tensió, el doble de la informació es pot transmetre en la mateixa quantitat de temps.

L’IEEE va completar el seu estàndard 802.3bs (IEEE Std 802.3bs-2017) per a 200 Gbps i 400 Gbps Ethernet implementant una combinació de codificació PAM4 i múltiples carrils paral·lels. Les especificacions cobreixen opcions de fibra òptica multimodal i unidimensional des dels 70 m fins als 10 km. La taula següent resumeix les variants PHY Ethernet per a 400 Gbps i 200 Gbps.

L’especificació 400GBASE-SR16 admet 16 fibres multimodals a 25 Gbps mitjançant codificació NRZ, cosa que significa que el total de fibres de transmissió i recepció d’un enllaç serà de 32. L’opció 400GBASE-DR4 admet la controvertida velocitat de carril de 100 Gbps sobre quatre fibres d’un mode únic. , però només pot arribar als 500 m. Les variants de fibra dúplex, 400GBASE-FR8 i 400GBASE-LR8, ambdues utilitzen el multiplexatge de divisió de longitud d'ona (WDM) per transmetre vuit carrils de vuit longituds d'ona diferents en fibra d'un mode per assolir fins a 10 km. Les especificacions de 200 Gbps segueixen bàsicament les de 400 Gbps, però utilitzeu quatre carrils de 50 Gbps sobre una o quatre fibres monomodals.

Mòduls i cables connectables

Per implementar equips que admetin el nou estàndard Ethernet de 400 Gbps, calen nous mòduls, connectors i cables clavables. Un port 400GBASE-SR16 requereix connectors i cables de 32 fibres i la variant 400GBASE-DR4 utilitza una taxa de senyalització elèctrica més alta de 56 Gbps.

El connector comú QSFP28 de 100 Gbps suporta quatre carrils de 25 Gbps amb una velocitat de senyalització elèctrica de 28 Gbps. Es tracta de vuit fibres per transmetre i rebre, que està suportada per connectors MPO de 12 fibres (multi-fibres push-on) i cables que s’utilitzen actualment per a 100 Gbps. Per descomptat, els connectors i cables MPO de 12 fibres admetrien les variants 400GBASE-DR4 i 200GBASE-DR4 de l'estàndard 802.3bs. Les altres variants que només utilitzen dues fibres en un enllaç poden utilitzar els connectors i cables comuns duplex-LC comuns. Això deixa la MPO de 32 fibres com a nou desenvolupament específicament per a l'estàndard Ethernet de 400 Gbps.

El connector MPO de 12 fibres organitza les fibres en una sola fila entre dos pins d'alineació. Per a MPO de 32 fibres hi ha dues fileres de 16 fibres, cosa que fa que el nou connector sigui incompatible amb la MPO de 12 fibres. Per tant, el connector MPO de 32 fibres està clavat de manera diferent a la MPO de 12 fibres per evitar que els transceptors i els cables es connectin de manera incorrecta.

Amb el desenvolupament de senyalització més ràpida, més carrils i més fibres, calen nous factors de forma del transceptor per a 400 Gbps Ethernet. Sempre hi ha desafiaments i solucions a tenir en compte a l’hora d’intentar posar més components que dissipin més potència en mòduls petits. Igual que amb els estàndards anteriors Ethernet, han aparegut diversos factors de forma de transceptor òptic per a 400 Gbps Ethernet:

• CFP8: gran factor de forma. Densitat de port baixa. Bona gestió tèrmica.

• OSFP - Dissenyat per obtenir un senyal òptim i un rendiment tèrmic. Factor de forma no compatible.

• QSFP-DD: el QSFP de "doble densitat". Compatible amb endavant amb 100 GbpS i 40 Gbps Ethernet. Alta densitat de port.

• COBO: mòdul d’òptica a bord, que no és un transceptor connectable. Densitat portuària més alta.

Impulsat per les creixents demandes de centres de dades en núvol, l'evolució dels estàndards Ethernet ha assolit ràpidament una increïble taxa de dades de 400 Gbps. Utilitzant nous esquemes de codificació i taxes de senyalització més elevades, l'estàndard Ethernet de 400 Gbps marca un trencament important dels estàndards passats i estableix un camí cap a velocitats encara més ràpides en el futur. Els nous estàndards de 400 Gbps i 200 Gbps inclouen opcions de fibra òptica multimodal i monomode de 70 m fins a 10 km. Els estàndards cobreixen diverses aplicacions rendibles a curt abast i de llarg abast, i han estat recolzades per diversos factors de forma de transceptor, cables i connectors.

Quan el nou equipament de 400 Gbps estigui disponible, podeu esperar veure-ho desplegat ràpidament en xarxes de centres de dades, accés a operadors i proveïdors de serveis a tot el món. L'espai tan requerit d'amplada de banda suposarà un impuls a mesura que el trànsit a la xarxa continuï augmentant any rere any. Tanmateix, el desenvolupament Ethernet no s’aturarà aquí. Els nous grups de treball Ethernet ja estan buscant majors velocitats i factors de forma més econòmics i compactes que mantinguin el ritme de les demandes futures de la indústria.

De 400 Gbps a 800 Gbps

Un informe publicat recentment pel grup Dell'Oro afirma que es preveu que 400 Gbps incloguin el 20 per cent dels ingressos de commutació del centre de dades el 2020. Segons el grup de recerca, les velocitats més altes - 100 Gbps, 200 Gbps, 400 Gbps i 800 Gbps - són tots preveuen un creixement significatiu en els propers cinc anys. Potser no és estrany, es preveu que els centres de dades del núvol juguin un paper clau en el proper salt de velocitat de les xarxes (de 100 Gbps a 400 Gbps).

Mentrestant, un informe de mercat publicat pel grup 650 confirma que 200 Gbps, 400 Gbps i 800 Gbps s’enviaran tots en els pròxims cinc anys, amb aquest últim previst a la rampa a principis de la pròxima dècada.

"La primera onada de 200 Gbps i 400 Gbps arribarà al mercat a principis del 2018, ja que el mercat de commutadors Ethernet amplia el nombre de velocitats del port només tres anys des que avança el darrer gran conjunt de tecnologia", afirma Alan Weckel, fundador i analista tecnològic a. Grup 650 "Tant els 200 Gbps com els 400 Gbps sortiran de la tecnologia SerDes de 50 Gbps anunciada el 2017. El ritme ràpid de la innovació no només es porta a millorar millores tecnològiques, sinó a les xarxes definides per software (SDN) que permeten al núvol utilitzar millor el computar i posar en xarxa els recursos que tenen a la seva disposició. "

Prova 400 Gbps, que mira 1,6 Tbps

Segons Ronen Isaac, de Sistemes Integrats Militars, actualment la indústria està provant i ratificant tecnologies que aportin velocitats fins a 400 Gbps i més.

"Entre el 2018 i el 2020, es provaran i adoptaran 50 Gbps i 200 Gbps. Milers de servidors de 25 GbE i, finalment, servidors de 50 GbE en centres de dades hiperescala, com ara els proveïdors de serveis en núvol, generaran la necessitat de 400 GbE a les xarxes d’àrea metropolitana (MAN) i a les xarxes d’àmplia àrea (WAN) ”, afirma. "En un futur no gaire llunyà, les proves començaran a 200 Gbps, 8000 Gbps, i sorprenentment velocitats de velocitat de dades d'1 Tbps i 1,6 Tbps amb proves esperades i ratificació dels estàndards per a l'any 2020".

Conclusió

Ethernet avança ràpidament de 40Gbps a 100Gbps a 400Gbps, impulsant així diverses iniciatives i desenvolupaments de SerDes. De fet, els SerDes de 25 Gbps van servir com a facilitador clau per a 100Gbps Ethernet, amb la indústria que, inicialment, esperava aprofitar SerDes de 50 Gbps per a Ethernet de 400 Gbps abans de passar a la tecnologia SerDes de 100 Gbps.

Paral·lelament, la tecnologia SerDes està passant de NRZ a PAM4 ja que accelera de 25Gbps a 50Gbps. Això ha provocat diversos canvis arquitectònics, incloent la substitució d’analògics tradicionals per ADC + DSP per ajudar a assolir els objectius de rendiment i mantenir un embolcall d’alimentació / àrea similar.