QSFP-DD幫助加速400GbE部署

  ICCSZ訊（編譯：Nina）400GbE終于準備好迎接黃金時(shí)期了。供應商正在推出硬件，網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商正在迅速地從評估過(guò)渡到部署。

  從歷史上看，高速以太網(wǎng)絡(luò )接口最初是由服務(wù)供應商對密度和頻譜效率的要求驅動(dòng)的。光學(xué)模塊最初尺寸很大--通常一張卡一個(gè)。經(jīng)過(guò)幾代人的努力，每個(gè)速度都融合到了兩種封裝之一：SFP和QSFP。而隨著(zhù)需求量的大幅增長(cháng)，成本和功耗也逐漸降低。

  根據LightCounting的預測，在不包含銅纜和AOC的情況下，400GbE的五年增長(cháng)速度也將比100GbE快20倍(如下圖：100GbE與400GbE的前五年對比)。這個(gè)機遇驅動(dòng)著(zhù)老牌企業(yè)和創(chuàng )業(yè)公司進(jìn)行前所未有的行業(yè)投資。

  400GbE行在快車(chē)道上

  10GbE花了十年從XENPAK演變?yōu)镾FP+。100GbE部署了CFP、CPAK和CFP2，然后在5年內走向QSFP28。100GbE也遭遇了CFP4的失誤，但也同時(shí)得出了一個(gè)關(guān)鍵的教訓，即光學(xué)必須與平臺、網(wǎng)絡(luò )和業(yè)務(wù)的其他目標同步。如果不是，就是浪費時(shí)間和資金。CFP4的尺寸很具吸引力，但它打破了向后兼容性，且不符合實(shí)現上述三個(gè)領(lǐng)域所有目標的要求。

  實(shí)現400GbE的高容量和低成本對于網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商、芯片制造商、光學(xué)供應商，路由器和交換機供應商以及光學(xué)生態(tài)系統的許多其他成員而言至關(guān)重要。值得注意的是，400GbE成功推出的原因之一是IEEE、OIF和多源協(xié)議(MSA)成員在速率和PMD方面的融合。但令人遺憾的是，該行業(yè)最初有兩種可插拔的封裝模式，導致重復開(kāi)發(fā)和制造。這種重復可能會(huì )降低市場(chǎng)擴展通用解決方案的能力。

  兩種收發(fā)器封裝模式的缺點(diǎn)

  400GbE成功推出的關(guān)鍵因素包括成本、投資保護和供應鏈。當成本至關(guān)重要時(shí)，重要的是不要過(guò)度構建功能。最初的100GbE標準是基于單模光纖10公里。后來(lái)，行業(yè)開(kāi)發(fā)了短距離以?xún)?yōu)化降低功率和成本。400GbE將受益于更快的全系列可用性和小尺寸--從最初2019年的1米到10公里，到2020年的100公里。

  另一個(gè)成本驅動(dòng)因素是達到規模經(jīng)濟。不幸的是，兩種模塊封裝格式的存在使得市場(chǎng)無(wú)法充分利用一致性的其他優(yōu)勢。精簡(jiǎn)制造對于實(shí)現規模經(jīng)濟至關(guān)重要，需求量驅動(dòng)產(chǎn)量，從而降低成本。因此，共同的生產(chǎn)線(xiàn)是關(guān)鍵，擁有數十家企業(yè)的龐大生態(tài)系統將從標準化中受益。該生態(tài)系統包括制造設備、測試設備、軟件設計工具、連接器和籠子、散熱解決方案，合規性和認證設備等的開(kāi)發(fā)人員。鑒于400GbE的預期早期和快速增長(cháng)，快速達到共性非常重要。

  為什么向后兼容性如此重要?

  在過(guò)去的十年中，主機平臺和光學(xué)器件之間的成本比率已經(jīng)大大轉向光學(xué)器件，而這種趨勢只會(huì )隨著(zhù)400GbE的到來(lái)加速。各代產(chǎn)品之間的兼容性有助于抵消這一趨勢的影響。到2019年底，QSFP模塊部署量將超2400萬(wàn)個(gè)，投資額超過(guò)80億美元。由于100GbE服務(wù)器的出現，以及企業(yè)和服務(wù)供應商增加整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的帶寬，即使400GbE推出，QSFP 100GbE需求仍將持續強勁增長(cháng)。

  添加新的設備并在同一網(wǎng)絡(luò )上運行更快是不夠的，必須考慮向后兼容性的多個(gè)方面，包括重用現有模塊以及對100GbE的持續投資。因此，只有新端口支持現有模塊才能實(shí)現。其次，部署最新路由器和交換機的成本、功耗和占用空間優(yōu)勢甚至在需要400GbE功能之前就已經(jīng)存在。這使運營(yíng)商能夠為未來(lái)的發(fā)展做好準備，并從新硬件中受益，而無(wú)需立即投入第一代400GbE光學(xué)器件。最后，還需要保護對已安裝的路由器和交換機的投資，而這需要與冷卻架構兼容(比如，從頂部到底部，或從一側到另一側)。QSFP-DD通過(guò)分離模塊和散熱器解決了這個(gè)問(wèn)題，使主機系統能夠根據需要進(jìn)行定制。

  在可能的情況下，新一代產(chǎn)品應盡量保持向后兼容性。擴展三代甚至四代的兼容性對技術(shù)要求很高，但同時(shí)也很有價(jià)值。平衡投資保護和優(yōu)化新要求的決策從來(lái)都不是直截了當的。2017年和2018年的爭論時(shí)，在400GbE、800GbE甚至更高的速度下，是否需要進(jìn)行封裝形式的轉換。人們普遍認為，由于技術(shù)問(wèn)題或成本，在絕對需要時(shí)應該進(jìn)行封裝形式轉換。實(shí)現投資保護、高密度和全系列功能需要承擔風(fēng)險，但QSFP-DD可以解決這一切，從而使行業(yè)能夠在規模經(jīng)濟的推動(dòng)下向前發(fā)展。

  QSFP-DD的挑戰及解決方案

  采用QSFP-DD實(shí)現后向兼容性需要解決各種挑戰，包括組件尺寸和布局、模塊和系統冷卻，以及使用56G SerDes支持四個(gè)和八個(gè)通道的電連接器。這些因素相互關(guān)聯(lián)，且需要同時(shí)考慮到其它系統組件(如高功率ASIC)。當然，這些機械性挑戰對于破壞與前幾代兼容性的新型模塊來(lái)說(shuō)更容易解決。

  最明顯的技術(shù)挑戰之一是散熱。最初的400GbE PMD預計需要12W，而QSFP28僅支持大約4W，因此可以理解一些人為何認為跨越這一大步很困難。最初目標的成功實(shí)現驅使了更大的野心。計劃在2020年推出的400ZR/ZR+相干模塊可能需要20W。包括系統和Cage設計在內的持續創(chuàng )新已經(jīng)表明這是可能的，而且標準組織將很快批準這些針對QSFP-DD的解決方案。支持20W的最后一步是通過(guò)在模塊前面添加一個(gè)散熱片來(lái)實(shí)現的。如下圖所示。

  另一個(gè)熱考慮因素是光學(xué)模塊不能被視為一個(gè)封閉系統，它們必須在路由器、交換機或服務(wù)器的整體設計中運行。與OSFP相比，QSFP模塊的一個(gè)重要特征是其較小的占地面積允許更大的進(jìn)氣量。這個(gè)因素有利于系統的其他部分，這可以在提供兩種選擇的平臺中清楚地看到。

  在QSFP-DD中，要實(shí)現投資保護還有許多其他領(lǐng)域的挑戰，需要在整個(gè)行業(yè)范圍內進(jìn)行大規模的協(xié)作。在從40G到400G的整個(gè)過(guò)程中，每一步都意味著(zhù)重大的技術(shù)進(jìn)步，而且其中許多曾被認為是不可能?，F階段，大家已經(jīng)開(kāi)始著(zhù)手應對未來(lái)以太網(wǎng)速度的這些挑戰，因此我們對重復QSFP已達到極限的初步論證應該持懷疑態(tài)度。

  管理供應鏈已成為硬件供應商和網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商成功的關(guān)鍵差異化因素。由于大規?？蓴U展的數據中心的部署量如此龐大，供應商的多樣性至關(guān)重要，如果兩種模塊封裝模式持續存在，每家供應商都可能不得不拆分供應鏈管理。

  最佳的市場(chǎng)選擇是以可接受的成本批量供應。一旦模塊封裝模式成功融合，400GbE的推出將受益于供應商中所有貢獻者和多個(gè)競爭者的優(yōu)化。我們不能重復CFP4的教訓，僅僅為了追求一種毫無(wú)根據的短期風(fēng)險降低。

  總結

  400GbE的推出始于2019年，并將迅速攀升。關(guān)于光學(xué)模塊封裝形式的爭論已經(jīng)基本結束，不管系統供應商已選擇QSFP-DD或選擇提供兩種產(chǎn)品，目前重點(diǎn)已經(jīng)轉向未來(lái)速度。從長(cháng)遠來(lái)看，400GbE將主要選擇QSFP-DD。隨著(zhù)行業(yè)持續融合QSFP-DD，規模經(jīng)濟將體現，400GbE也將發(fā)揮其全部潛力。

  關(guān)于作者Lane Wigley：思科的技術(shù)營(yíng)銷(xiāo)工程師，在網(wǎng)絡(luò )行業(yè)擁有25年的經(jīng)驗，專(zhuān)注于思科的高端路由和光學(xué)產(chǎn)品組合。