Kao i obično, IEEE je utjecao na postojeće standarde kako bi napravio put do 400 Gbps. Ključna karakteristika i ograničenje brzine trenutnih podataka bila je jednotračna serijska brzina koja se može postići trenutnom električnom tehnologijom. S posljednjim standardom Ethernet od 100 Gbps koji se temelji na četiri paralelne trake od 25 Gbps, pokazalo se da je to prirodna polazna točka za razvoj 400 Gbps. Međutim, metoda povećanja brzine podataka o traci na 50 Gbps očito je bila potrebna za 400 Gbps, a s radom na postizanju optičkih traka od 100 Gbps, korištenje ovih novih dostignuća pokazalo bi veliku prednost za 400 Gbps Ethernet.

Bilo je nekoliko načina da se ispune ciljevi od 400 Gbps dok se još uvijek uzimaju u obzir različiti kompromisi i zahtjevi umrežavajuće industrije. Sa standardom od 400 Gbps koji ograničava fizički medij na samo multimode i jednočlano optičko vlakno, bilo je očito da će broj vlakana u vezi biti ključno pitanje. Poznato je da su višestruka paralelna vlakna prihvatljivo rješenje za veze kratkog dosega do 500 m, ali ne i za veće dužine kabela (2 do 10 km) gdje troškovi postanu prekomjerni. Međutim, za brzinu prijenosa od 400 Gbps sa paralelnim trakama 16 x 25 Gbps potrebno je 32 vlakna po linku za prijenos i prijem. Prilikom razvijanja skupa specifikacija za 400 Gbps, IEEE je radna skupina koristila brojne tehnologije i metode za definiranje prihvatljivih troškovno učinkovitih rješenja i za multimodna vlakna kratkog dometa i za jedno-modusna vlakna dugog raspona koristeći različiti broj vlakana i linijske tarife. Pored toga, skup od 200 Gbps standarda zasnovan na standardima od 400 Gbps također je određen kao praktični put migracije do 400 Gbps.

Standardi od 400 Gbps i 200 Gbps

S obzirom da je frekvencija trake od 50 Gbps osnovna osnova za postizanje 400 Gbps, prva velika odluka bila je promjena sheme kodiranja signala. Do sada su svi Ethernet standardi koristili jednostavnu dvostepenu metodu povratka u nulu (NRZ) za kodiranje binarnog toka podataka u prijenosni električni signal. Da bi se postigla veća brzina podataka trake, trebalo je koristiti shemu kodiranja koja je poznata kao 4-nivona pulsna amplitudna modulacija (PAM4), koja učinkovito udvostručuje količinu prenesenih podataka u isto vrijeme.

Ako mislite na binarne podatke predstavljene signalom s dva napona, jednim naponom za "0", a drugim naponom za "1", to opisuje metodu kodiranja NRZ. Za PAM4 kodiranje, signal ima četiri nivoa napona, koji kodiraju dva binarna bita po nivou napona. Metoda poznata kao "sivo kodiranje" kombinuje najznačajniji bit (MSB) i najmanje značajan bit (LSB) parove u protoku podataka u jedan od četiri nivoa napona. Sivo kodiranje pomaže u smanjenju bitnih grešaka u signalu nastalih uslijed šuma amplitude napona. Lako je vidjeti kako se s dva bita podataka preslikana na jedan nivo napona, dvostruka informacija može prenijeti u isto vrijeme.

IEEE je završio svoj 802.3bs standard (IEEE Std 802.3bs-2017) za 200 Gbps i 400 Gbps Ethernet primjenom kombinacije PAM4 kodiranja i više paralelnih traka. Specifikacije pokrivaju mogućnosti multimode i jednočlanih optičkih vlakana u rasponu od 70 m do 10 km. Sljedeća tablica sažima Ethernet PHY varijante za 400 Gbps i 200 Gbps.

Specifikacija 400GBASE-SR16 podržava 16 multimodnih vlakana pri 25 Gbps koristeći NRZ kodiranje, što znači da će ukupna vlakna za prijenos i primanje u vezi biti 32. Opcija 400GBASE-DR4 podržava kontroverznu brzinu trake od 100 Gbps u odnosu na četiri jednonamjenska vlakna , ali može doseći samo 500 m. Varijante dupleksnih vlakana, 400GBASE-FR8 i 400GBASE-LR8, obje koriste multipleksiranje talasnih duljina (WDM) za prijenos osam traka preko osam različitih valnih duljina na jednosmjernom vlaknu za dosege do 10 km. Specifikacije od 200 Gbps u osnovi slijede one za 400 Gbps, ali koriste četiri trake od 50 Gbps preko jednog ili četiri mono modusa.

Priključni moduli i kablovi

Za postavljanje opreme koja podržava novi standard od 400 Gbps Ethernet potrebni su jasno novi priključni moduli, konektori i kablovi. Za priključak i kablove od 400 GBASE-SR16 potrebni su 32-vlaknasti konektori i kablovi, a varijanta 400GBASE-DR4 koristi veću brzinu električne signalizacije od 56 Gbps.

Uobičajeni 100 Gbps QSFP28 priključak podržava četiri trake od 25 Gbps s brzinom električne signalizacije od 28 Gbps. To je osam vlakana za prijenos i primanje, što je podržano 12-vlaknima MPO (multi-fiber push-on) konektorima i kablovima koji se trenutno koriste za 100 Gbps. Jasno je da će MPO konektori i kablovi sa 12 vlakana podržavati verzije 400GBASE-DR4 i 200GBASE-DR4 u standardu 802.3bs. Ostale varijante koje koriste samo dva vlakna u vezi mogu koristiti uobičajene duplex-LC konektore i kablove. To ostavlja MPO sa 32 vlakna kao novi razvoj posebno za Ethernet standard od 400 Gbps.

MPO konektor od 12 vlakana sa 12 vlakana raspoređuje vlakna u jedan red između dva pina za poravnanje. Za MPO sa 32 vlakna postoje dva reda od 16 vlakana, što novi priključak čini nekompatibilnim sa MPO sa 12 vlakana. MPO konektor od 32 vlakana je, dakle, drugačiji od MPO 12-vlakna kako bi se izbjeglo nepravilno spajanje primopredajnika i kablova.

S razvojem brže signalizacije, više traka i više vlakana, potrebni su novi primopredajnici oblika za 400 Eb / 100 Gbps Ethernet. Uvijek postoje izazovi i kompromisi koje treba uzeti u obzir pri pokušaju stavljanja više komponenti koje troše više energije na male module. Kao i prethodni Ethernet standardi, broj optičkih faktora optičkih primopredajnika pojavio se za Ethernet od 400 Gbps:

• CFP8 - Veliki oblik faktora. Mala gustoća luka. Dobro termičko upravljanje.

• OSFP - Dizajniran za optimalne performanse signala i topline. Nekompatibilni faktor oblika.

• QSFP-DD - QSFP dvostruke gustine. Nazad kompatibilan sa 100 GbpS i 40 Gbps Ethernet-om. Velika gustoća luka.

• COBO - ugrađeni optički modul, koji nije utični primopredajnik. Najveća gustoća luka.

Vođeni sve većim potrebama oblačnih podatkovnih centara, evolucija Ethernet standarda brzo je dosegla nevjerovatnu brzinu podataka od 400 Gbps. Koristeći nove sheme kodiranja i veće brzine signala, 400 Ebrometski standard od 400 Gbps označava značajan odmak od prošlih standarda i postavlja put ka još bržim brzinama u budućnosti. Novi standardi od 400 Gbps i 200 Gbps uključuju opcije multimode i jednočlanih optičkih vlakana u rasponu od 70 m do 10 km. Standardi pokrivaju različite ekonomične primjene kratkog i dugog dosega i podržani su velikim brojem novih primopredajnika oblika, kablova i konektora.

Kako nova oprema od 400 Gbps postaje dostupna, možete očekivati da ćete je brzo implementirati u podatkovni centar, pristup operaterima i mreže davatelja usluga širom svijeta. Preko potrebna dodatna širina pojasa pružit će poticaj jer mrežni promet i dalje raste iz godine u godinu. Međutim, razvoj Etherneta na tome se neće zaustaviti. Nove Ethernet radne grupe već teže većim brzinama i ekonomičnijim, kompaktnim faktorima oblika koji će ići u korak sa budućim zahtjevima industrije.

Od 400 Gbps do 800 Gbps

Nedavno objavljeno izvješće Dell'Oro Grupe kaže da se očekuje da će 400 Gbps sačinjavati 20 posto prebacivanja podatkovnog centra do 2020. godine. Prema istraživačkoj grupi, veće brzine - 100 Gbps, 200 Gbps, 400 Gbps i 800 Gbps - za sve se predviđa da će ostvariti značajan rast u narednih pet godina. Možda nije iznenađujuće što se očekuje da oblačni podatkovni centri igraju ključnu ulogu u nadolazećem skoku brzina za mreže (od 100 Gbps do 400 Gbps).

U međuvremenu, tržišni izvještaj koji je objavila grupa 650 potvrđuje da će 200 Gbps, 400 Gbps i 800 Gbps isporučiti u sljedećih pet godina - s tim da će se potonji povećati početkom idućeg desetljeća.

„Prvi talas od 200 Gbps i 400 Gbps nastupit će na tržištu početkom 2018. godine jer tržište Ethernet sklopki povećava broj brzina luka samo tri godine od posljednjeg velikog napretka tehnologije“, kaže Alan Weckel, osnivač i tehnološki analitičar u 650 Grupa. „Oba 200 Gbps i 400 Gbps pojavit će se od 50 Gbps SerDes tehnologije najavljene za 2017. Brzi tempo inovacija vode ne samo impresivna unapređenja tehnologije, već i Softverski definirane mreže (SDN) koji omogućuje oblaku da bolje iskoristi. računati i umrežavati resurse koji su im na raspolaganju. "

Testiranje 400 Gbps, gledanje 1,6 Tbps

Prema Ronenu Isaacu iz Military Embedded Systems, industrija trenutno testira i ratificira tehnologije koje će donijeti brzine do 400 Gbps i više.

„Između 2018. i 2020. godine testirat će se i usvojiti 50 Gbps i 200 Gbps. Hiljade servera od 25 GbE i na kraju 50GbE servera u centrima podataka sa hiper-razmjerom, kao što su davaoci usluga u oblaku, potaknut će potrebu za 400GbE prema gradskim mrežama (MAN) i širokopojasnim mrežama (WAN) “, kaže on. „U ne tako dalekoj budućnosti testiranje će započeti na 200 Gbps, 8000 Gbps i zapanjujuće brzine prijenosa podataka od 1 Tbps i 1,6 Tbps s očekivanim testiranjem i ratifikacijom standarda do 2020.“

Zaključak

Ethernet se brzo kreće sa 40Gbps na 100Gbps do 400Gbps, čime pokreće brojne nove SerDes inicijative i razvoj. Doista, 25Gbps SerDes poslužio je kao ključni faktor za 100Gbps Ethernet, a industrija se očekivala da će u početku koristiti 50Gbps SerDes za 400Gbps Ethernet prije nego što je prešla na 100Gbps SerDes tehnologiju.

Istovremeno, SerDes tehnologija prelazi sa NRZ na PAM4 dok ubrzava sa 25Gbps na 50Gbps. To je potaknulo brojne arhitektonske promjene, uključujući zamjenu tradicionalnog analognog ADC + DSP-om kako bi se postiglo ciljeve izvedbe i održala slična omotač snage / područja.