400G的興起改變數(shù)據(jù)中心格局

  ICCSZ訊 數(shù)據(jù)中心運(yùn)營商及數(shù)據(jù)中心供應(yīng)鏈在走向 400G 的道路上堅(jiān)持到底。

  更高的以太網(wǎng)速度、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)以及虛擬數(shù)據(jù)中心都向數(shù)據(jù)中心的運(yùn)營商提出了更多的要求。超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心的運(yùn)營商正在推動著更加廣泛的采用 100G 的鏈路和模塊技術(shù)。與此同時，400G 的形狀系數(shù)和光學(xué)模塊已經(jīng)處于全面啟動的關(guān)鍵點(diǎn)上，預(yù)計(jì)將在 2019 年逐步展開。數(shù)據(jù)中心行業(yè)內(nèi)部的這一轉(zhuǎn)變將以驚人的速度使久經(jīng)考驗(yàn)的 QSFP28(四分之一小形狀系數(shù)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 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(jī)的 56G PAM-4 ASIC(專用集成電路)芯片在不斷發(fā)展的過程中功能日益強(qiáng)大，用戶包括博通、Innovium、Nephos 和 Barefoot Networks 之類的企業(yè)，因此對于下一代光學(xué)互連系統(tǒng)和模塊的需求在持續(xù)保持增長。

  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(jī)可提供 32 個 400 Gbps 的端口?；蛘?，如果數(shù)據(jù)中心的架構(gòu)需要更高的基數(shù)，那么這些 ASIC 可以在可逆變速箱模式下運(yùn)行，從而提供 128 個 100 Gbps 的端口。傳統(tǒng)的 OEM，比如說思科和 Arista，以及智邦科技、QCT 和天弘之類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(jī)，其中很多都已經(jīng)上市。隨著 400G 的交換機(jī)已準(zhǔn)備就緒，關(guān)鍵的一點(diǎn)在于，光纜和銅纜互連系統(tǒng)也需要符合規(guī)格要求，備有現(xiàn)貨以為實(shí)際的部署提供支持。

  400G 的主要推動力

  有哪些因素在推動著新的需求?根據(jù) IDC 的統(tǒng)計(jì)，數(shù)據(jù)中心的存儲要求每年上升超過 50%，預(yù)計(jì)數(shù)字信息截至 2020 年將增至 40 澤字節(jié)，截至 2025 年則將增至 163 澤字節(jié)。對于這種增長，存在著幾個關(guān)鍵的貢獻(xiàn)因素，包括一波向云存儲、開放系統(tǒng)、邊緣計(jì)算、機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)以及人工智能的轉(zhuǎn)型。

  虛擬現(xiàn)實(shí)才剛剛開始大范圍的受到歡迎，并且，在可以預(yù)見的未來，無人駕駛汽車的現(xiàn)實(shí)情況是將成為主流，將會為數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施帶來呈指數(shù)的壓力。

  為了滿足帶寬需求，一般超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心會每兩年對整體網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架進(jìn)行一次升級，因此計(jì)劃報廢是無法避免的情況。

  數(shù)據(jù)中心的供應(yīng)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(qiáng)大、能效更高的可擴(kuò)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(shù)年內(nèi)將會繼續(xù)增長，而后者最終會占據(jù)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)展曲線上保持領(lǐng)先

  當(dāng)我們展望未來時，可以看到怎樣一種情況?一系列的數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施解決方案，給人留下如此深刻的印象，其設(shè)計(jì)可滿足擴(kuò)張中的超大規(guī)模數(shù)據(jù)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(dá)到最高的效率、速度與密度。

  現(xiàn)有的銅纜 (DAC) 已經(jīng)能夠達(dá)到 400G 的速度，而能夠?qū)崿F(xiàn) 400G 交換連接的光端機(jī)則正變得日趨完善，準(zhǔn)備用于全面發(fā)布。獨(dú)立的 100G Lambda 光端機(jī)和 400G 光端機(jī)當(dāng)前正處于貝塔取樣階段，很快即將投入市場。由于早期的使用者將需要更高的帶寬來部署這些產(chǎn)品，400G 將從 2019 年的年中到年底間開始升溫，即使供應(yīng)鏈成本尚未降低下來、價格侵蝕并未開始，情況也將如此。

  很多的數(shù)據(jù)中心將會繼續(xù)在更長的鏈路傳輸距離上部署 100G CWDM4 光端機(jī)，而對于 100G PSM4 的需求正在快速消失，供應(yīng)商也在退出市場。隨著獨(dú)立的 100G Lambda(100G-DR 或 100G-FR)光端機(jī)產(chǎn)品已經(jīng)在 2019 年初開始提供，由于其預(yù)期價格較低，因此預(yù)計(jì)這些產(chǎn)品將搶占 100G CWDM4 的市場，此外，獨(dú)立的 Lambda 產(chǎn)品還能夠在分支拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)與 400G 光端機(jī)的直接互操作。

  隨著帶寬遷移到更高的水平，行業(yè)將繼續(xù)見證 10G 和 40G 技術(shù)的逐步淘汰，這些技術(shù)已經(jīng)被光端機(jī)、直連線纜 (DAC) 和有源光纜 (AOC) 所取代，后者在一系列數(shù)據(jù)中心之間以及數(shù)據(jù)中心內(nèi)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(shù)可插拔雙密度)光端機(jī)在這一螺旋式上升的過程中將堅(jiān)持扮演重要的角色。

  事物的發(fā)展情況

  QSFP-DD 光端機(jī)配備了一個八通道的電氣接口，每個通道的數(shù)據(jù)傳輸速率能夠達(dá)到 50G。QSFP-DD 模塊可實(shí)現(xiàn)高達(dá) 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(nèi)達(dá)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(shù)則可以通過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(shù)可插拔)的形狀系數(shù)更寬、更深，也為 400G 提供支持。QSFP-DD 光端機(jī)與 OSFP 相比，一個主要的優(yōu)勢就是完全向下兼容現(xiàn)有的 QSFP+ 和 QSFP28 光端機(jī)。56G PAM-4 技術(shù)被廣泛認(rèn)為是實(shí)現(xiàn) QSFP-DD 和 OSFP 形狀系數(shù)的光端機(jī)的關(guān)鍵所在?，F(xiàn)在正在引入整合了 QSFP-DD 和 OSFP 光學(xué)模塊形狀系數(shù)的平臺，在云應(yīng)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(shù)據(jù)中心或企業(yè)中可以實(shí)現(xiàn)交錯的實(shí)施方式。

  在不考慮形狀系數(shù)的情況下，400G 的光端機(jī)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(yīng)鏈中將成為一個關(guān)鍵的組成部分，在光端機(jī)供應(yīng)商的能力方面發(fā)揮重要的作用，使其提供相應(yīng)的產(chǎn)品與產(chǎn)量來應(yīng)對數(shù)據(jù)中心消費(fèi)者提出的巨大需求。隨著光端機(jī)供應(yīng)商對產(chǎn)品差異化的追求，對于能量需求較低的 7 納米 DSP 來說，其在 2019 年的供貨能力將進(jìn)一步的對這一供應(yīng)鏈造成干擾。

  莫仕已經(jīng)演示過了符合 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(shè)備的技術(shù)生態(tài)系統(tǒng)將推廣 112G PAM-4，將其作為一個基礎(chǔ)來為大容量的數(shù)據(jù)中心支持 400G 的解決方案。MSA 的規(guī)范強(qiáng)調(diào)了在采用每波長 100G 的 PAM-4 技術(shù)時，為實(shí)現(xiàn)光學(xué)接口而在技術(shù)設(shè)計(jì)上遇到的挑戰(zhàn)，以及多供應(yīng)商的互操作性。PAM-4 技術(shù)可實(shí)現(xiàn) 100G 的光學(xué)通道，傳輸距離為 2 至 10 公里，而對于 400G 的通道來說，在雙工單模光纖上則可達(dá)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(chǔ)，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 100G 的通道，可以為分支應(yīng)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(xiàn)代的通信網(wǎng)絡(luò)需要更高的帶寬來滿足全球范圍內(nèi)數(shù)據(jù)爆炸提出的要求。如此一來，數(shù)據(jù)中心交換機(jī)和光端機(jī)市場正在飛速的增長和演化。對于構(gòu)建 400G 的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備來說，高速光端機(jī)、高度靈活而又可以擴(kuò)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(guī)模數(shù)據(jù)中心。

  對 400G 及更高速度下的數(shù)據(jù)中心光纖管理進(jìn)行評估，這非常重要，而 Molex 光纖聚合設(shè)備之類的產(chǎn)品可以提供高效的解決方案，適用于高光纖密度的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)有組織的光纖管理。這類產(chǎn)品可以減少或者消除不通的信道，提供一個無源的交換位置，極其緊湊而又無需電源或冷卻。它們還可以在當(dāng)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(shè)起橋梁，彌補(bǔ)連接上的差距。這方面的一個例子就是一處原先配有 LC 雙工光纖設(shè)備的數(shù)據(jù)中心，在 100G 下采用了 CWDM4 光端機(jī)，但是該中心現(xiàn)在正在遷移到 400G 下的 DR4，需要并行的光纖基礎(chǔ)設(shè)施。

  超越 400G

  數(shù)據(jù)中心交換機(jī)的 ASIC 供應(yīng)商已經(jīng)宣布，56G PAM-4 12.8Tbps ASIC 現(xiàn)在可以普遍供貨，并且當(dāng)前正在研發(fā) 112G 的 PAM-4 25.6Tbps ASIC，能夠推動 32 端口交換機(jī)的發(fā)展，每個端口可支持 800 Gbps 的速度。然后，ASIC 的這一功能將產(chǎn)生一系列的挑戰(zhàn)，與信號完整性、熱、功率和損耗等等主題有關(guān)，此處略舉數(shù)例，同時還會提出這樣一個問題，那就是互連系統(tǒng)是否可以或者是否應(yīng)當(dāng)繼續(xù)做到模塊化，并且，如果是這樣的話，那么哪種形狀系數(shù)實(shí)際上可以為此提供支持。

  隨著數(shù)據(jù)中心的運(yùn)營商正在制定計(jì)劃從而以高成本效益的方式快速的實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展，通過與那些具備當(dāng)今的數(shù)據(jù)中心需要的能力、專家經(jīng)驗(yàn)及可擴(kuò)展性的供應(yīng)商開展緊密的合作，100G 和 400G 基礎(chǔ)設(shè)施的設(shè)計(jì)可以得到優(yōu)化。實(shí)施過程需要良好的安排，從而協(xié)調(diào)數(shù)百或者數(shù)千個組件之間的數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的數(shù)據(jù)中心結(jié)構(gòu)，在未來減輕整體風(fēng)險并滿足各種動態(tài)的需求。