Som vanlig utnyttet IEEE eksisterende standarder for å smi en vei til 400 Gbps. Et sentralt kjennetegn og begrensning av gjeldende datahastigheter har vært enfelts seriehastighet som er oppnåelig med dagens elektrisk teknologi. Med den siste 100 Gbps Ethernet-standarden basert på fire parallelle baner på 25 Gbps, viste dette seg å være et naturlig utgangspunkt for 400 Gbps-utviklingen. En metode for å øke filfrekvensen til 50 Gbps var imidlertid klart nødvendig for 400 Gbps, og med allerede pågående arbeid for å oppnå 100 Gbps optiske baner, ville bruk av disse nye prestasjonene være en stor fordel for 400 Gbps Ethernet.

Det var en rekke måter å oppfylle 400 Gbps-målene, mens vi fortsatt vurderte de forskjellige avveiningene og kravene i nettverksnæringen. Med 400 Gbps-standarden som begrenset det fysiske mediet til bare multimode og enkeltmodus optisk fiber, var det tydelig at antall fibre i en kobling ville være et sentralt spørsmål. Flere parallelle fibre er kjent for å være en akseptabel løsning for kortdistanseledd opp til 500 m, men ikke for lengre kabellengder (2 til 10 km) der kostnadene blir for høye. En datahastighet på 400 Gbps med 16 x 25 Gbps parallelle baner ville imidlertid kreve 32 fibre per ledd for overføring og mottak. Ved utvikling av et sett med spesifikasjoner for 400 Gbps hadde IEEE-arbeidsgruppen benyttet seg av en rekke teknologier og metoder for å definere akseptable kostnadseffektive løsninger for både kortdistanset multimodefiber og langdistanset enkeltmodusfiber ved bruk av et forskjellige antall fibre og linjepriser. I tillegg ble et sett med 200 Gbps standarder basert på 400 Gbps standarder også spesifisert som en praktisk migrasjonsvei til 400 Gbps.

400 Gbps og 200 Gbps standarder

Med en kjørefrekvens på 50 Gbps som det grunnleggende grunnlaget for å nå 400 Gbps, var den første store beslutningen å endre signalkodingsskjemaet. Til nå har alle Ethernet-standarder brukt enkel 2-nivå Non-Return-to-Zero (NRZ) -metode for å kode en binær datastrøm til et overførbart elektrisk signal. For å oppnå en høyere filfrekvens, trengte man å bruke et kodingsskjema kjent som 4-nivå pulsamplitude modulation (PAM4), som effektivt dobler mengden data som er overført i samme tidsperiode.

Hvis du tenker på binære data representert av et signal med to spenninger, en spenning for en "0" og den andre spenningen for en "1", beskriver dette NRZ-kodingsmetoden. For PAM4-koding har signalet fire spenningsnivåer, som koder for to binære biter per spenningsnivå. En metode kjent som "Grå koding" kombinerer de mest betydningsfulle bitene (MSB) og minst betydningsfulle bitene (LSB) i en datastrøm i et av de fire spenningsnivåene. Grå koding hjelper til med å redusere bitfeilene i signalet forårsaket av spenningsamplitude. Det er lett å se hvordan med to databitar som er kartlagt til ett spenningsnivå, doble informasjonen kan overføres på samme tid.

IEEE fullførte sin 802.3bs standard (IEEE Std 802.3bs-2017) for 200 Gbps og 400 Gbps Ethernet ved å implementere en kombinasjon av PAM4-koding og flere parallelle baner. Spesifikasjonene dekker multimode og enkeltmodus optiske fiberalternativer som går fra 70 m opp til 10 km. Tabellen nedenfor oppsummerer Ethernet PHY-variantene for 400 Gbps og 200 Gbps.

400GBASE-SR16-spesifikasjonen støtter 16 multimodefibre ved 25 Gbps ved bruk av NRZ-koding, noe som betyr at den totale overførings- og mottaksfibrene i en lenke vil være 32. 400GBASE-DR4-alternativet støtter den kontroversielle 100 Gbps kjørefarten over fire enkeltmodusfibre , men kan bare nå 500 moh. Dupleksfibervariantene, 400GBASE-FR8 og 400GBASE-LR8, bruker begge bølgelengdedivisjonsmultipleksering (WDM) for å overføre åtte baner over åtte forskjellige bølgelengder på enmodusfiber for å nå opp til 10 km. Spesifikasjonene på 200 Gbps følger i utgangspunktet spesifikasjonene for 400 Gbps, men bruk fire baner på 50 Gbps over en eller fire enmodusfibre.

Pluggbare moduler og kabler

For å distribuere utstyr som støtter den nye 400 Gbps Ethernet-standarden, er det klart at nye pluggbare moduler, kontakter og kabler er nødvendige. En 400 GBASE-SR16 port krever 32-fiber kontakter og kabler, og 400 GBASE-DR4-varianten bruker en høyere elektrisk signalhastighet på 56 Gbps.

Den vanlige 100 Gbps QSFP28-kontakten støtter fire baner på 25 Gbps med en elektrisk signalhastighet på 28 Gbps. Det er åtte fibre for overføring og mottak, som støttes av 12-fiber MPO (multi-fiber push-on) kontakter og kabler som i dag brukes til 100 Gbps. 12-fiber MPO-kontakter og kabler vil tydeligvis støtte 400GBASE-DR4 og 200GBASE-DR4-varianter i standarden 802.3bs. De andre variantene som bare bruker to fibre i en kobling, kan bruke de vanlige duplex-LC-kontaktene og kablene. Det lar 32-fiber MPO være en ny utvikling spesielt for Ethernet-standarden på 400 Gbps.

12-fiber MPO-kontakten anordner fibrene i en enkelt rad mellom to innrettingspinner. For 32-fiber MPO er det to rader med 16 fibre, noe som gjør den nye kontakten uforenlig med 12-fiber MPO. 32-fiber MPO-kontakten er derfor tastet annerledes enn 12-fiber MPO for å unngå at mottakere og kabler kobles feil.

Med utviklingen av raskere signalering, flere baner og flere fibre, er nye sendemodelfaktorer nødvendige for 400 Gbps Ethernet. Det er alltid utfordringer og avveininger å ta i betraktning når du prøver å legge til flere komponenter som sprer mer kraft til små moduler. I likhet med tidligere Ethernet-standarder har det dukket opp en rekke optiske mottakere-formfaktorer for 400 Gbps Ethernet:

• CFP8 - Stor formfaktor. Lav porttetthet. God termisk styring.

• OSFP - Designet for optimal signal og termisk ytelse. Ikke-kompatibel formfaktor.

• QSFP-DD - “dobbeltetthet” QSFP. Bakoverkompatibel med 100 GbpS og 40 Gbps Ethernet. Høy porttetthet.

• COBO - Optikkmodul ombord, som ikke er en pluggbar sender / mottaker. Høyeste havntetthet.

Drevet av de økende kravene fra skydatasentre har utviklingen av Ethernet-standarder raskt nådd en utrolig datahastighet på 400 Gbps. Ved å bruke nye kodingsordninger og høyere signalfrekvenser, markerer Ethernet-standarden på 400 Gbps et betydelig brudd fra tidligere standarder og setter en vei mot enda raskere hastigheter i fremtiden. De nye standardene på 400 Gbps og 200 Gbps inkluderer multimode- og enkelmodus optiske fiberalternativer som går fra 70 m til 10 km. Standardene dekker ulike kostnadseffektive applikasjoner for kort rekkevidde og lang rekkevidde og har blitt støttet av en rekke nye mottakerfaktorer, kabler og kontakter.

Når nytt 400 Gbps utstyr blir tilgjengelig, kan du forvente å se det raskt distribuert i datasenter, transportørtilgang og tjenesteleverandør nettverk over hele verden. Den sårt tiltrengte ekstra båndbredden vil gi et løft når nettverkstrafikken fortsetter å øke fra år til år. Ethernet-utvikling vil imidlertid ikke stoppe der. Nye Ethernet-arbeidsgrupper streber allerede etter høyere hastigheter og mer økonomiske, kompakte formfaktorer som vil holde tritt med fremtidige krav fra industrien.

Fra 400 Gbps til 800 Gbps

En nylig publisert rapport fra Dell'Oro Group uttaler at 400 Gbps forventes å utgjøre 20 prosent av datasentrets bytteinntekter innen 2020. I følge forskningsgruppen er høyere hastigheter - 100 Gbps, 200 Gbps, 400 Gbps og 800 Gbps - alle forventet å drive betydelig vekst de neste fem årene. Kanskje ikke overraskende er det forventet at skydatasentre vil spille en nøkkelrolle i det kommende fartshoppet for nettverk (fra 100 Gbps til 400 Gbps).

I mellomtiden bekrefter en markedsrapport utgitt av 650-konsernet at 200 Gbps, 400 Gbps og 800 Gbps alle vil skipes i løpet av de neste fem årene - med sistnevnte anslått å rampe tidlig i neste tiår.

"Den første bølgen på 200 Gbps og 400 Gbps vil treffe markedet i begynnelsen av 2018 ettersom Ethernet-svitsjemarkedet utvider antall porthastigheter bare tre år siden det siste store teknologiforløpet," sier Alan Weckel, grunnlegger og teknologianalytiker hos 650 konsern. “Både 200 Gbps og 400 Gbps vil komme ut av 50 Gbps SerDes-teknologi som ble kunngjort i 2017. Den raske innovasjonstakten ledes ikke bare av imponerende teknologiforbedringer, men av Software Defined Networks (SDN) som gjør det mulig for skyen å utnytte beregne og nettverksressurser til disposisjon. "

Testing av 400 Gbps, øye med 1,6 Tbps

I følge Ronen Isaac fra Military Embedded Systems tester og ratifiserer industrien for tiden teknologier som vil gi hastigheter opp til 400 Gbps og over.

”Mellom 2018 og 2020 skal 50 Gbps og 200 Gbps testes og vedtas. Tusenvis av 25 GbE-servere og etter hvert 50 GbE-servere i hyperskala datasentre, for eksempel skytjenesteleverandører, vil føre behovet for 400 GbE til hovedstadsnettverket (MAN) og bredt nettverk (WAN), sier han. "I en ikke altfor fjern fremtid vil testingen begynne på 200 Gbps, 8000 Gbps, og overraskende datahastighet på 1 Tbps og 1,6 Tbps med forventet testing og ratifisering av standardene innen år 2020."

Konklusjon

Ethernet beveger seg raskt fra 40 Gbps til 100 Gbps til 400 Gbps, og får dermed en rekke nye SerDes-initiativer og utviklinger. Faktisk tjente 25 Gbps SerDes som nøkkelaktivering for 100 Gbps Ethernet, og industrien forventet å begynne med å utnytte 50 Gbps SerDes for 400 Gbps Ethernet før de gikk videre til 100 Gbps SerDes-teknologi.

Samtidig skifter SerDes-teknologi fra NRZ til PAM4 når den akselererer fra 25 Gbps til 50 Gbps. Dette har ført til en rekke arkitektoniske endringer, inkludert erstatning av tradisjonell analog med ADC + DSP for å hjelpe til med å oppfylle ytelsesmål og opprettholde en lignende kraft / områdekonvolutt.