Ως συνήθως, το IEEE αξιοποίησε τα υφιστάμενα πρότυπα για να διαμορφώσει ένα μονοπάτι στα 400 Gbps. Ένα βασικό χαρακτηριστικό και ο περιορισμός των τρεχόντων ρυθμών δεδομένων είναι ο σειριακός ρυθμός μιας λωρίδας που επιτυγχάνεται με την τρέχουσα ηλεκτρική τεχνολογία. Με το πιο πρόσφατο πρότυπο 100 Gbps Ethernet που βασίζεται σε τέσσερις παράλληλες λωρίδες των 25 Gbps, αυτό αποδείχθηκε φυσικό σημείο εκκίνησης για την ανάπτυξη 400 Gbps. Εντούτοις, μια μέθοδος για την αύξηση των ρυθμών δεδομένων των λωρίδων στα 50 Gbps ήταν σαφώς αναγκαία για τα 400 Gbps και με την εργασία που έχει ήδη ξεκινήσει για την επίτευξη οπτικών λωρίδων 100 Gbps, η χρήση αυτών των νέων επιτευγμάτων θα αποδείξει μεγάλο πλεονέκτημα για το 400 Gbps Ethernet.

Υπήρξαν διάφοροι τρόποι για να επιτευχθούν οι στόχοι των 400 Gbps, ενώ εξακολουθούν να εξετάζονται οι διάφορες συμφωνίες και οι απαιτήσεις της βιομηχανίας δικτύωσης. Με το πρότυπο των 400 Gbps που περιορίζει τα φυσικά μέσα μόνο σε οπτικές ίνες πολυτροπικού τύπου και μονής λειτουργίας, ήταν φανερό ότι ο αριθμός των ινών σε μια σύνδεση θα ήταν ένα βασικό ζήτημα. Πολλές παράλληλες ίνες είναι γνωστή ως αποδεκτή λύση για συνδέσεις μικρής εμβέλειας μέχρι 500 m, αλλά όχι για μεγαλύτερα μήκη καλωδίων (2 έως 10 km) όπου το κόστος γίνεται υπερβολικό. Ωστόσο, ένας ρυθμός δεδομένων 400 Gbps με παράλληλες λωρίδες 16 x 25 Gbps θα απαιτούσε 32 ίνες ανά σύνδεσμο για μετάδοση και λήψη. Κατά την ανάπτυξη ενός συνόλου προδιαγραφών για 400 Gbps, η ομάδα εργασίας IEEE είχε χρησιμοποιήσει μια σειρά τεχνολογιών και μεθόδων για τον καθορισμό αποδεκτών οικονομικά αποδοτικών λύσεων τόσο για τις πολυτροπικές ίνες μικρής εμβέλειας όσο και για τις μονές ίνες μεγάλης εμβέλειας χρησιμοποιώντας διάφορους αριθμούς ινών και τις τιμές γραμμής. Επιπλέον, ένα σύνολο 200 Gbps πρότυπα που βασίζονται στα πρότυπα των 400 Gbps καθορίστηκαν επίσης ως μια πρακτική διαδρομή μετάβασης στα 400 Gbps.

Τα πρότυπα 400 Gbps και 200 Gbps

Με μια ταχύτητα λωρίδων 50 Gbps που αποτελεί τη θεμελιώδη βάση για την επίτευξη 400 Gbps, η πρώτη σημαντική απόφαση ήταν να αλλάξει το σχήμα κωδικοποίησης σήματος. Μέχρι στιγμής, όλα τα πρότυπα Ethernet έχουν χρησιμοποιήσει μια απλή μέθοδο μη επαναφοράς προς μηδέν (NRZ) 2 επιπέδων για την κωδικοποίηση μιας δυαδικής ροής δεδομένων σε ένα μεταδιδόμενο ηλεκτρικό σήμα. Για να επιτευχθεί υψηλότερος ρυθμός δεδομένων λωρίδας, χρειάστηκε να χρησιμοποιηθεί ένα σχήμα κωδικοποίησης που είναι γνωστό ως διαμόρφωση εύρους παλμών 4 επιπέδων (PAM4), πράγμα που διπλασιάζει την ποσότητα των δεδομένων που μεταδίδονται στο ίδιο χρονικό διάστημα.

Αν σκέφτεστε δυαδικά δεδομένα που αντιπροσωπεύονται από ένα σήμα με δύο τάσεις, μία τάση για "0" και μία άλλη τάση για ένα "1", τότε περιγράφεται η μέθοδος κωδικοποίησης NRZ. Για την κωδικοποίηση PAM4, το σήμα έχει τέσσερα επίπεδα τάσης, τα οποία κωδικοποιούν δύο δυαδικά δυαδικά ψηφία ανά επίπεδο τάσης. Μία μέθοδος γνωστή ως "Γκρίζα κωδικοποίηση" συνδυάζει τα ζεύγη πιο σημαντικών δυαδικών ψηφίων (ΜΒΒ) και λιγότερο σημαντικών δυφίων (LSB) σε μια ροή δεδομένων σε ένα από τα τέσσερα επίπεδα τάσης. Η γκρι κωδικοποίηση συμβάλλει στη μείωση των σφαλμάτων δυαδικών ψηφίων στο σήμα που προκαλούνται από το θόρυβο του πλάτους τάσης. Είναι εύκολο να δούμε πώς με δύο δυαδικά ψηφία δεδομένων αντιστοιχισμένα σε ένα επίπεδο τάσης, διπλάσια η πληροφορία μπορεί να μεταδοθεί στο ίδιο χρονικό διάστημα.

Το IEEE ολοκλήρωσε το πρότυπο 802.3bs (IEEE Std 802.3bs-2017) για 200 Gbps και 400 Gbps Ethernet εφαρμόζοντας ένα συνδυασμό κωδικοποίησης PAM4 και πολλαπλών παράλληλων λωρίδων. Οι προδιαγραφές καλύπτουν επιλογές οπτικών ινών πολυτροπικού και μονής λειτουργίας που κυμαίνονται από 70 m έως 10 km. Ο παρακάτω πίνακας συνοψίζει τις παραλλαγές Ethernet PHY για 400 Gbps και 200 Gbps.

Η προδιαγραφή 400GBASE-SR16 υποστηρίζει 16 πολυμορφικές ίνες στα 25 Gbps χρησιμοποιώντας κωδικοποίηση NRZ, πράγμα που σημαίνει ότι οι συνολικές εκπομπές και λήψεις ινών σε μια σύνδεση θα είναι 32. Η επιλογή 400GBASE-DR4 υποστηρίζει την αμφιλεγόμενη ταχύτητα λωρίδας 100 Gbps σε τέσσερις ίνες μονής λειτουργίας , αλλά μπορεί να φθάσει τα 500 μ. Οι παραλλαγές των διπλών ινών, 400GBASE-FR8 και 400GBASE-LR8, και οι δύο χρησιμοποιούν πολυπλεξία διαίρεσης μήκους κύματος (WDM) για τη μετάδοση οκτώ λωρίδων σε οκτώ διαφορετικά μήκη κύματος σε μονόπλευρες ίνες για μέγιστη απόσταση έως 10 km. Οι προδιαγραφές των 200 Gbps βασικά ακολουθούν εκείνες των 400 Gbps, αλλά χρησιμοποιούν τέσσερις λωρίδες των 50 Gbps σε μία ή τέσσερις ίνες μονής λειτουργίας.

Ενσωματωμένες μονάδες και καλώδια

Για την ανάπτυξη εξοπλισμού που υποστηρίζει το νέο πρότυπο Ethernet 400 Gbps, απαιτούνται σαφώς νέες μονάδες pluggable, συνδέσεις και καλώδια. Μία θύρα 400GBASE-SR16 απαιτεί συνδέσεις και καλώδια 32 ινών και η παραλλαγή 400GBASE-DR4 χρησιμοποιεί υψηλότερη ταχύτητα ηλεκτρικής σηματοδότησης 56 Gbps.

Η κοινή υποδοχή σύνδεσης 100 Gbps QSFP28 υποστηρίζει τέσσερις λωρίδες 25 Gbps με ρυθμό ηλεκτρικής σηματοδότησης 28 Gbps. Πρόκειται για οκτώ ίνες για μετάδοση και λήψη, οι οποίες υποστηρίζονται από βύσματα 12 ινών MPO (multi-fiber push-on) και καλώδια που χρησιμοποιούνται σήμερα για 100 Gbps. Σαφώς, οι βύσματα και τα καλώδια MPO των 12 ινών θα υποστήριζαν τις παραλλαγές 400GBASE-DR4 και 200GBASE-DR4 στο πρότυπο 802.3bs. Οι άλλες παραλλαγές που χρησιμοποιούν μόνο δύο ίνες σε ένα σύνδεσμο μπορούν να χρησιμοποιήσουν τους κοινόχρηστους συνδέσμους διπλής όψης LC και τα καλώδια. Αυτό αφήνει το MPO 32-fiber ως νέα ανάπτυξη ειδικά για το πρότυπο Ethernet 400 Gbps.

Ο σύνδεσμος MPO των 12 ινών τοποθετεί τις ίνες σε μια σειρά μεταξύ δύο ακίδων ευθυγράμμισης. Για το MPO 32 ινών υπάρχουν δύο σειρές από 16 ίνες, γεγονός που καθιστά τον νέο σύνδεσμο ασυμβίβαστο με τον MPO 12 ινών. Συνεπώς, ο βύσμα MPO 32 ινών είναι διαφορετικά κλειδωμένος από τον MPO 12 ινών, ώστε να αποφευχθεί η λανθασμένη σύνδεση πομποδεκτών και καλωδίων.

Με την ανάπτυξη ταχύτερης σηματοδότησης, περισσότερων λωρίδων και περισσότερων ινών απαιτούνται νέοι μορφοποιητικοί παράγοντες πομποδέκτη για 400 Gbps Ethernet. Υπάρχουν πάντα προκλήσεις και συμβιβασμούς που πρέπει να εξετάσετε όταν προσπαθείτε να βάλετε περισσότερα εξαρτήματα που διαχέουν περισσότερη ενέργεια σε μικρές μονάδες. Όπως συμβαίνει και με τα προηγούμενα πρότυπα Ethernet, έχουν προκύψει διάφοροι τύποι μορφών οπτικών πομποδεκτών για Ethernet 400 Gbps:

• CFP8 - Μεγάλος συντελεστής μορφής. Χαμηλή πυκνότητα λιμένων. Καλή θερμική διαχείριση.

• OSFP - Σχεδιασμένο για βέλτιστο σήμα και θερμική απόδοση. Μη συμβατός παράγοντας μορφής.

• QSFP-DD - Το QSFP "διπλής πυκνότητας". Συμβατό με 100 GbpS και 40 Gbps Ethernet. Υψηλή πυκνότητα λιμένων.

• COBO - Οπτική μονάδα οπτικών, η οποία δεν είναι βύσμα πομποδέκτη. Υψηλότερη πυκνότητα λιμένων.

Βασισμένη στις αυξανόμενες απαιτήσεις των κέντρων δεδομένων cloud, η εξέλιξη των προτύπων Ethernet έφτασε ταχύτατα σε απίστευτο ρυθμό δεδομένων 400 Gbps. Χρησιμοποιώντας νέα συστήματα κωδικοποίησης και υψηλότερους ρυθμούς σηματοδότησης, το πρότυπο Ethernet 400 Gbps σηματοδοτεί μια σημαντική απόκλιση από τα προηγούμενα πρότυπα και θέτει ένα δρόμο προς ακόμα πιο γρήγορες ταχύτητες στο μέλλον. Τα νέα πρότυπα 400 Gbps και 200 Gbps περιλαμβάνουν επιλογές οπτικών ινών πολλαπλών διαδρομών και μονής λειτουργίας που κυμαίνονται από 70 m έως 10 km. Τα πρότυπα καλύπτουν διάφορες οικονομικά αποδοτικές εφαρμογές μικρής εμβέλειας και μεγάλης εμβέλειας και υποστηρίζονται από έναν αριθμό νέων παραγόντων μορφής πομποδέκτη, καλωδίων και συνδετήρων.

Καθώς ο νέος εξοπλισμός 400 Gbps είναι διαθέσιμος, μπορείτε να περιμένετε να το δείτε γρήγορα αναπτυχθεί σε δίκτυα δεδομένων, πρόσβαση φορέα και δίκτυα παρόχων υπηρεσιών παγκοσμίως. Το απαιτούμενο επιπλέον εύρος ζώνης θα δώσει ώθηση, καθώς η κυκλοφορία του δικτύου συνεχίζει να αυξάνεται από έτος σε έτος. Ωστόσο, η ανάπτυξη Ethernet δεν θα σταματήσει εκεί. Νέες ομάδες εργασίας Ethernet προσπαθούν ήδη να βρουν υψηλότερες ταχύτητες και πιο οικονομικούς, συμπαγείς μορφολογικούς παράγοντες που θα συμβαδίζουν με τις μελλοντικές απαιτήσεις της βιομηχανίας.

Από 400 Gbps έως 800 Gbps

Σύμφωνα με την ερευνητική ομάδα, υψηλότερες ταχύτητες - 100 Gbps, 200 Gbps, 400 Gbps και 800 Gbps - αναμένεται να φτάσουν το 20% των εσόδων από το κέντρο δεδομένων. όλα προβλέπεται να οδηγήσουν σε σημαντική αύξηση κατά τα επόμενα πέντε χρόνια. Ίσως δεν αποτελεί έκπληξη το γεγονός ότι τα κέντρα δεδομένων cloud αναμένεται να διαδραματίσουν βασικό ρόλο στο επερχόμενο άλμα ταχύτητας για δίκτυα (από 100 Gbps έως 400 Gbps).

Εν τω μεταξύ, μια έκθεση αγοράς που εξέδωσε ο Όμιλος 650 επιβεβαιώνει ότι τα 200 Gbps, τα 400 Gbps και τα 800 Gbps θα μεταφερθούν όλα τα επόμενα πέντε χρόνια - με την τελευταία να φτάνει στην αρχή της επόμενης δεκαετίας.

"Το πρώτο κύμα των 200 Gbps και 400 Gbps θα βρεθεί στην αγορά στις αρχές του 2018 καθώς η αγορά Ethernet διακόπτη επεκτείνει τον αριθμό των ταχύτητας των λιμένων μόλις τρία χρόνια από την τελευταία σημαντική πρόοδο της τεχνολογίας", λέει ο Alan Weckel, ιδρυτής και αναλυτής τεχνολογίας 650 Ομάδα. "Και τα 200 Gbps και τα 400 Gbps θα προκύψουν από την τεχνολογία 50 Gbps SerDes που ανακοινώθηκε το 2017. Ο ταχύς ρυθμός καινοτομίας δεν οφείλεται μόνο σε εντυπωσιακές βελτιώσεις της τεχνολογίας, αλλά σε δίκτυα καθορισμένα από λογισμικό (SDN) που επιτρέπουν στο cloud να αξιοποιήσει καλύτερα υπολογισμό και πόρους δικτύωσης στη διάθεσή τους. "

Δοκιμάζοντας 400 Gbps, βλέποντας 1,6 Tbps

Σύμφωνα με τον Ronen Isaac των Στρατιωτικών Ενσωματωμένων Συστημάτων, ο κλάδος δοκιμάζει και επικυρώνει σήμερα τεχνολογίες που θα φέρουν ταχύτητες μέχρι 400 Gbps και πέρα.

"Μεταξύ 2018 και 2020, θα δοκιμαστούν και θα υιοθετηθούν 50 Gbps και 200 Gbps. Χιλιάδες διακομιστές 25 GbE και τελικά διακομιστές 50 GbE σε κέντρα δεδομένων υπερ-κλίμακας, όπως οι παροχείς υπηρεσιών cloud, θα οδηγήσουν στην ανάγκη για 400 GbE στα δίκτυα μητροπολιτικών περιοχών (MAN) και σε δίκτυα ευρείας περιοχής (WAN) ", λέει. "Στο μη-πολύ απομακρυσμένο μέλλον, η δοκιμή θα ξεκινήσει στα 200 Gbps, 8000 Gbps και εκπληκτικά ταχύτητες ταχύτητας δεδομένων 1 Tbps και 1,6 Tbps με αναμενόμενη δοκιμή και επικύρωση των προτύπων μέχρι το έτος 2020."

συμπέρασμα

Το Ethernet κινείται γρήγορα από 40Gbps σε 100Gbps στα 400Gbps, υποκινώντας έτσι μια σειρά από νέες πρωτοβουλίες και εξελίξεις στο SerDes. Πράγματι, οι 25 Gbps SerDes χρησίμευσαν ως το κλειδί για 100 Gbps Ethernet, με την βιομηχανία να αναμένεται αρχικά να εκμεταλλευτεί 50 Gbps SerDes για 400 Gbps Ethernet πριν προχωρήσει στην τεχνολογία 100 Gbps SerDes.

Ταυτόχρονα, η τεχνολογία SerDes μετατοπίζεται από NRZ σε PAM4 καθώς επιταχύνει από 25Gbps σε 50Gbps. Αυτό έχει προκαλέσει μια σειρά αρχιτεκτονικών αλλαγών, συμπεριλαμβανομένης της αντικατάστασης του παραδοσιακού αναλογικού με το ADC + DSP, για να βοηθήσει στην επίτευξη στόχων απόδοσης και να διατηρήσει ένα παρόμοιο φάκελο ισχύος / περιοχής.