400G的興起改變數據中心格局

  ICCSZ訊 數據中心運營(yíng)商及數據中心供應鏈在走向 400G 的道路上堅持到底。

  更高的以太網(wǎng)速度、云計算、物聯(lián)網(wǎng)以及虛擬數據中心都向數據中心的運營(yíng)商提出了更多的要求。超大規模數據中心的運營(yíng)商正在推動(dòng)著(zhù)更加廣泛的采用 100G 的鏈路和模塊技術(shù)。與此同時(shí)，400G 的形狀系數和光學(xué)模塊已經(jīng)處于全面啟動(dòng)的關(guān)鍵點(diǎn)上，預計將在 2019 年逐步展開(kāi)。數據中心行業(yè)內部的這一轉變將以驚人的速度使久經(jīng)考驗的 QSFP28(四分之一小形狀系數可插拔 28G)模塊密度增加一倍，最高可使帶寬增加三倍，與四個(gè) 100G 的模塊相比，400G 模塊的總功耗甚至更低。

  用于網(wǎng)絡(luò )交換機的 56G PAM-4 ASIC(專(zhuān)用集成電路)芯片在不斷發(fā)展的過(guò)程中功能日益強大，用戶(hù)包括博通、Innovium、Nephos 和 Barefoot Networks 之類(lèi)的企業(yè)，因此對于下一代光學(xué)互連系統和模塊的需求在持續保持增長(cháng)。

  這些新型的 ASIC 可以提供 12.8 Tbps 的帶寬，從而下一代的交換機可提供 32 個(gè) 400 Gbps 的端口?；蛘?，如果數據中心的架構需要更高的基數，那么這些 ASIC 可以在可逆變速箱模式下運行，從而提供 128 個(gè) 100 Gbps 的端口。傳統的 OEM，比如說(shuō)思科和 Arista，以及智邦科技、QCT 和天弘之類(lèi)的白盒制造商都在爭先恐后的生產(chǎn)這些速度更高的交換機，其中很多都已經(jīng)上市。隨著(zhù) 400G 的交換機已準備就緒，關(guān)鍵的一點(diǎn)在于，光纜和銅纜互連系統也需要符合規格要求，備有現貨以為實(shí)際的部署提供支持。

  400G 的主要推動(dòng)力

  有哪些因素在推動(dòng)著(zhù)新的需求?根據 IDC 的統計，數據中心的存儲要求每年上升超過(guò) 50%，預計數字信息截至 2020 年將增至 40 澤字節，截至 2025 年則將增至 163 澤字節。對于這種增長(cháng)，存在著(zhù)幾個(gè)關(guān)鍵的貢獻因素，包括一波向云存儲、開(kāi)放系統、邊緣計算、機器學(xué)習、深度學(xué)習以及人工智能的轉型。

  虛擬現實(shí)才剛剛開(kāi)始大范圍的受到歡迎，并且，在可以預見(jiàn)的未來(lái)，無(wú)人駕駛汽車(chē)的現實(shí)情況是將成為主流，將會(huì )為數據中心基礎設施帶來(lái)呈指數的壓力。

  為了滿(mǎn)足帶寬需求，一般超大規模數據中心會(huì )每?jì)赡陮φw網(wǎng)絡(luò )構架進(jìn)行一次升級，因此計劃報廢是無(wú)法避免的情況。

  數據中心的供應鏈已經(jīng)加快了發(fā)展速度，研發(fā)前所未有的功能更加強大、能效更高的可擴展解決方案。目前，100G 的技術(shù)可以為以太網(wǎng)鏈路提供速度最快的連接。100G 和 400G 以太網(wǎng)技術(shù)的同步實(shí)施，在今后的數年內將會(huì )繼續增長(cháng)，而后者最終會(huì )占據優(yōu)勢地位，成為交換芯片和網(wǎng)絡(luò )平臺上普遍采用的速度。

  在發(fā)展曲線(xiàn)上保持領(lǐng)先

  當我們展望未來(lái)時(shí)，可以看到怎樣一種情況?一系列的數據中心基礎設施解決方案，給人留下如此深刻的印象，其設計可滿(mǎn)足擴張中的超大規模數據中心對于提高帶寬與功率的要求。下一代的解決方案充分利用了銅纜和光纜，具有極高的信號完整性并且降低了延遲和插入損耗，從而達到最高的效率、速度與密度。

  現有的銅纜 (DAC) 已經(jīng)能夠達到 400G 的速度，而能夠實(shí)現 400G 交換連接的光端機則正變得日趨完善，準備用于全面發(fā)布。獨立的 100G Lambda 光端機和 400G 光端機當前正處于貝塔取樣階段，很快即將投入市場(chǎng)。由于早期的使用者將需要更高的帶寬來(lái)部署這些產(chǎn)品，400G 將從 2019 年的年中到年底間開(kāi)始升溫，即使供應鏈成本尚未降低下來(lái)、價(jià)格侵蝕并未開(kāi)始，情況也將如此。

  很多的數據中心將會(huì )繼續在更長(cháng)的鏈路傳輸距離上部署 100G CWDM4 光端機，而對于 100G PSM4 的需求正在快速消失，供應商也在退出市場(chǎng)。隨著(zhù)獨立的 100G Lambda(100G-DR 或 100G-FR)光端機產(chǎn)品已經(jīng)在 2019 年初開(kāi)始提供，由于其預期價(jià)格較低，因此預計這些產(chǎn)品將搶占 100G CWDM4 的市場(chǎng)，此外，獨立的 Lambda 產(chǎn)品還能夠在分支拓撲結構中實(shí)現與 400G 光端機的直接互操作。

  隨著(zhù)帶寬遷移到更高的水平，行業(yè)將繼續見(jiàn)證 10G 和 40G 技術(shù)的逐步淘汰，這些技術(shù)已經(jīng)被光端機、直連線(xiàn)纜 (DAC) 和有源光纜 (AOC) 所取代，后者在一系列數據中心之間以及數據中心內部的通信中支持 100G、200G、400G 及更高的速度。QSFP-DD(四分之一小形狀系數可插拔雙密度)光端機在這一螺旋式上升的過(guò)程中將堅持扮演重要的角色。

  事物的發(fā)展情況

  QSFP-DD 光端機配備了一個(gè)八通道的電氣接口，每個(gè)通道的數據傳輸速率能夠達到 50G。QSFP-DD 模塊可實(shí)現高達 20 瓦的功率(按照 QSFP-DD MSA 第 5.0 版)，在創(chuàng )新性的散熱器功能的幫助下，可以在一系列的傳輸距離內達到 400G 的性能。這一點(diǎn)非常重要，由于先進(jìn)的 ASIC 消耗的功率更多、發(fā)散的熱量也更多，而 QSFP-DD 的形狀系數則可以通過(guò)行之有效的熱管理策略，高效的耗散掉這些熱量。

  OSFP(八進(jìn)制小形狀系數可插拔)的形狀系數更寬、更深，也為 400G 提供支持。QSFP-DD 光端機與 OSFP 相比，一個(gè)主要的優(yōu)勢就是完全向下兼容現有的 QSFP+ 和 QSFP28 光端機。56G PAM-4 技術(shù)被廣泛認為是實(shí)現 QSFP-DD 和 OSFP 形狀系數的光端機的關(guān)鍵所在?，F在正在引入整合了 QSFP-DD 和 OSFP 光學(xué)模塊形狀系數的平臺，在云應用中為 400G 以太網(wǎng)提供支持。這些新的平臺提供與 100G 端口的向下的兼容性，在數據中心或企業(yè)中可以實(shí)現交錯的實(shí)施方式。

  在不考慮形狀系數的情況下，400G 的光端機要求使用 DSP 的“變速箱”，從八條 50G 通道中創(chuàng )建四條 100G 的光信道。這在供應鏈中將成為一個(gè)關(guān)鍵的組成部分，在光端機供應商的能力方面發(fā)揮重要的作用，使其提供相應的產(chǎn)品與產(chǎn)量來(lái)應對數據中心消費者提出的巨大需求。隨著(zhù)光端機供應商對產(chǎn)品差異化的追求，對于能量需求較低的 7 納米 DSP 來(lái)說(shuō)，其在 2019 年的供貨能力將進(jìn)一步的對這一供應鏈造成干擾。

  莫仕已經(jīng)演示過(guò)了符合 100G Lambda MSA 要求的 100G FR QSFP28 和 400G DR4 QSFP-DD 產(chǎn)品。下一代網(wǎng)絡(luò )設備的技術(shù)生態(tài)系統將推廣 112G PAM-4，將其作為一個(gè)基礎來(lái)為大容量的數據中心支持 400G 的解決方案。MSA 的規范強調了在采用每波長(cháng) 100G 的 PAM-4 技術(shù)時(shí)，為實(shí)現光學(xué)接口而在技術(shù)設計上遇到的挑戰，以及多供應商的互操作性。PAM-4 技術(shù)可實(shí)現 100G 的光學(xué)通道，傳輸距離為 2 至 10 公里，而對于 400G 的通道來(lái)說(shuō)，在雙工單模光纖上則可達到 2 公里的傳輸距離。PAM-4 平臺可以有效的奠定初步的基礎，以高成本效益的方式完成向 400G 的遷移。該技術(shù)平臺聚合起了四條每波長(cháng) 100G 的通道，可以為分支應用支持 400G 的版本，例如 400G DR4、400G FR4 和 4X100G 等。

  在 400G 的演進(jìn)中領(lǐng)航

  現代的通信網(wǎng)絡(luò )需要更高的帶寬來(lái)滿(mǎn)足全球范圍內數據爆炸提出的要求。如此一來(lái)，數據中心交換機和光端機市場(chǎng)正在飛速的增長(cháng)和演化。對于構建 400G 的網(wǎng)絡(luò )設備來(lái)說(shuō)，高速光端機、高度靈活而又可以擴展的光傳輸產(chǎn)品、緊湊型連接器以及光纖管理都屬于至關(guān)重要的能力，從而服務(wù)于大量的電信提供商、企業(yè)以及超大規模數據中心。

  對 400G 及更高速度下的數據中心光纖管理進(jìn)行評估，這非常重要，而 Molex 光纖聚合設備之類(lèi)的產(chǎn)品可以提供高效的解決方案，適用于高光纖密度的系統，實(shí)現有組織的光纖管理。這類(lèi)產(chǎn)品可以減少或者消除不通的信道，提供一個(gè)無(wú)源的交換位置，極其緊湊而又無(wú)需電源或冷卻。它們還可以在當前的 LC 雙工插拔和下一代的 MPO 高密度連接器解決方案之間架設起橋梁，彌補連接上的差距。這方面的一個(gè)例子就是一處原先配有 LC 雙工光纖設備的數據中心，在 100G 下采用了 CWDM4 光端機，但是該中心現在正在遷移到 400G 下的 DR4，需要并行的光纖基礎設施。

  超越 400G

  數據中心交換機的 ASIC 供應商已經(jīng)宣布，56G PAM-4 12.8Tbps ASIC 現在可以普遍供貨，并且當前正在研發(fā) 112G 的 PAM-4 25.6Tbps ASIC，能夠推動(dòng) 32 端口交換機的發(fā)展，每個(gè)端口可支持 800 Gbps 的速度。然后，ASIC 的這一功能將產(chǎn)生一系列的挑戰，與信號完整性、熱、功率和損耗等等主題有關(guān)，此處略舉數例，同時(shí)還會(huì )提出這樣一個(gè)問(wèn)題，那就是互連系統是否可以或者是否應當繼續做到模塊化，并且，如果是這樣的話(huà)，那么哪種形狀系數實(shí)際上可以為此提供支持。

  隨著(zhù)數據中心的運營(yíng)商正在制定計劃從而以高成本效益的方式快速的實(shí)現擴展，通過(guò)與那些具備當今的數據中心需要的能力、專(zhuān)家經(jīng)驗及可擴展性的供應商開(kāi)展緊密的合作，100G 和 400G 基礎設施的設計可以得到優(yōu)化。實(shí)施過(guò)程需要良好的安排，從而協(xié)調數百或者數千個(gè)組件之間的數據傳輸，實(shí)現最優(yōu)的數據中心結構，在未來(lái)減輕整體風(fēng)險并滿(mǎn)足各種動(dòng)態(tài)的需求。