Historisk set blev højhastigheds-Ethernet-grænseflader oprindeligt drevet af tætheds- og spektraleffektivitetskravene fra tjenesteudbydere. Optiske moduler starter stort - normalt et kort ad gangen. Over flere generationer er hver hastighed blevet slået sammen til en af to pakker: SFP og QSFP. Og efterhånden som efterspørgslen stiger betydeligt, falder omkostningerne og strømforbruget også gradvist.
Den femårige vækstrate for 400GbE uden kobberkabel og AOC forventes også at være 20 gange hurtigere end for 100GbE (se figuren nedenfor: sammenligning af de første fem år af 100GbE og 400GbE). Denne mulighed driver hidtil usete industriinvesteringer fra etablerede virksomheder og startups.
400 GbEpå overhalingsbanen
10GbE tog ti år at udvikle sig fra XENPAK til SFP+. 100GbE implementerede CFP, CPAK og CFP2 og flyttede derefter til QSFP28 inden for 5 år. 100GbE led også af CFP4's fejltrin, men lærte også en vigtig lektie om, at optik skal synkroniseres med andre mål for platforme, netværk og virksomheder. Hvis ikke, er det spild af tid og penge. Størrelsen på CFP4 er attraktiv, men den bryder bagudkompatibiliteten og opfylder ikke alle tre mål.
At opnå høj kapacitet og lave omkostninger for 400GbE er afgørende for netværksoperatører, chipproducenter, optiske leverandører, router- og switchleverandører og mange andre medlemmer af det optiske økosystem. En af årsagerne til den vellykkede udrulning af 400GbE var især konvergensen af rate og PMD blandt medlemmer af IEEE, OIF og multi-source protocol (MSA). Desværre havde industrien oprindeligt to pluggbare emballagemodeller, hvilket førte til ombygning og fremstilling. Denne dobbeltarbejde kan reducere markedets mulighed for at udvide fælles løsninger.
Ulemper ved de to transceiverindkapslingstilstande
Nøglefaktorer for den succesfulde lancering af 400GbE omfatter omkostninger, investeringsbeskyttelse og forsyningskæde. Når omkostningerne er kritiske, er det vigtigt ikke at overbygge funktionaliteten. Den originale 100GbE-standard var baseret på single-mode fiber 10 km. Senere udviklede industrien korte afstande for at optimere strømmen og reducere omkostningerne. 400GbE vil drage fordel af et hurtigere komplet udvalg af tilgængelighed og mindre størrelser - fra de første 1 m til 10 km i 2019 til 100 km i 2020.
En anden omkostningsdriver er at opnå stordriftsfordele. Desværre forhindrer eksistensen af begge modulindkapslingsformater markedet i at drage fuld fordel af de andre fordele ved konsistens. Lean manufacturing er afgørende for stordriftsfordele, da efterspørgsel driver output og dermed omkostninger. Således er delt produktionslinje nøglen, og store økosystemer med snesevis af virksomheder vil nyde godt af standardisering. Økosystemet omfatter udviklere af produktionsudstyr, testudstyr, softwaredesignværktøjer, stik og bure, termiske løsninger, compliance- og certificeringsudstyr. I betragtning af de tidlige forventninger og hurtige vækst af 400GbE, er det vigtigt at opnå fællestræk hurtigt.
Hvorfor er bagudkompatibilitet så vigtig?
I løbet af det seneste årti har omkostningsforholdet mellem mainframe-platforme og optiske enheder ændret sig betydeligt mod optiske enheder, en tendens, der kun vil accelerere med ankomsten af 400GbE. Kompatibilitet mellem generationer hjælper med at opveje denne tendens. Ved udgangen af 2019 vil mere end 24 millioner QSFP-moduler blive implementeret med en investering på mere end $8 milliarder. Selv med introduktionen af 400GbE, vil efterspørgslen efter 100GbE QSFP fortsætte med at vokse kraftigt, takket være fremkomsten af 100GbE-servere og øget båndbredde på tværs af netværket for virksomheder og tjenesteudbydere.
Det er ikke nok at tilføje nye enheder og køre hurtigere på det samme netværk; flere aspekter af bagudkompatibilitet skal overvejes, herunder genbrug af eksisterende moduler og den løbende investering i 100GbE. Derfor kan kun nye porte, der understøtter eksisterende moduler, implementeres. For det andet er omkostningerne, kraften og fodaftryksfordelene ved at implementere de nyeste routere og switches før behovet for 400GbE-funktionalitet. Dette giver operatørerne mulighed for at forberede sig på fremtidig vækst og drage fordel af ny hardware uden at skulle investere i den første generation af 400GbE optik. Endelig er der behov for at beskytte investeringer i installerede routere og switches, der er kompatible med kølearkitekturen (for eksempel fra top til bund eller fra side til side). QSFP-DD løser dette problem ved at adskille moduler og radiatorer, hvilket gør det muligt at tilpasse værtssystemet efter behov.
Hvor det er muligt, bør den nye generation forsøge at opretholde bagudkompatibilitet. Udvidelse af tredje eller endda fjerde generations kompatibilitet er teknisk krævende, men også værdifuldt. Beslutningen om at balancere investeringsbeskyttelse mod nye krav er aldrig ligetil. Det drejer sig om i 2017 og 2018 behovet for indkapslede formkonverteringer ved 400GbE, 800GbE og endnu højere hastigheder. Det er almindeligt accepteret, at indkapslede formkonverteringer skal foretages, når det er absolut nødvendigt på grund af tekniske problemer eller omkostninger. At opnå investeringsbeskyttelse, høj tæthed og et komplet udvalg af muligheder kræver risiko, men QSFP-DD kan håndtere alt dette, hvilket gør det muligt for industrien at komme videre med stordriftsfordele.
QSFP-DD udfordringer og løsninger
Bagudkompatibilitet med QSFP-DD kræver at håndtere en række udfordringer, herunder komponentstørrelse og layout, modul- og systemkøling og elektriske stik, der understøtter fire og otte kanaler ved hjælp af 56G SerDes. Disse faktorer hænger sammen og kræver overvejelse af andre systemkomponenter, såsom højeffekt ASIC. Selvfølgelig er disse mekaniske udfordringer lettere at løse for nye typer moduler, der bryder kompatibiliteten med tidligere generationer.
En af de mest åbenlyse tekniske udfordringer er køling. Den oprindelige 400GbE PMD forventes at kræve 12W, mens QSFP28 kun understøtter omkring 4W, så det er forståeligt, hvorfor nogle har svært ved at tage springet. Succesen med det oprindelige mål drev endnu større ambitioner. Det sammenhængende 400ZR/ZR+-modul, som er planlagt til 2020, kan kræve 20W. Kontinuerlig innovation, herunder systemer og Cage-design, har vist, at dette er muligt, og standardiseringsorganisationen vil snart godkende disseløsninger til QSFP-DD. Det sidste trin i at understøtte 20W opnås ved at tilføje en radiator foran på modulet. Som vist i figuren nedenfor.
En anden termisk betragtning er, at optiske moduler ikke kan betragtes som et lukket system; de skal fungere i det overordnede design af en router, switch eller server. Sammenlignet med OSFP er en vigtig egenskab ved QSFP-moduler, at deres mindre fodaftryk giver mulighed for større luftindtag. Denne faktor gavner resten af systemet, som det tydeligt kan ses på platformen, der tilbyder begge muligheder.
Der er mange andre områder, hvor opnåelse af investeringsbeskyttelse i QSFP-DD kræver storstilet branchedækkende samarbejde. Hvert trin på rejsen fra 40G til 400G repræsenterer betydelige teknologiske fremskridt, hvoraf mange engang blev anset for umulige. På dette stadium begynder folk at tage fat på disse udfordringer for fremtidige Ethernet-hastigheder, så vi bør være skeptiske over for det indledende argument om, at gentagne QSFP har nået sin grænse.
Styring af forsyningskæden er blevet en vigtig differentieringsfaktor for hardwareleverandørers og netværksoperatørers succes. Fordi udrulningen af skalerbare datacentre i stor skala er så stor, er leverandørdiversitet kritisk, og hvis de to modulære indkapslingsmønstre fortsætter, kan hver leverandør blive nødt til at opdele supply chain management.
Den bedste markedsmulighed er at levere i bulk til acceptable omkostninger. Når modulindkapslingsmønsteret er integreret med succes, vil 400GbE-udrulningen drage fordel af optimeringen af alle bidragydere og flere konkurrenter i leverandøren. Vi kan ikke gentage erfaringerne fra CFP4 blot for at forfølge en uberettiget kortsigtet risikoreduktion.
Konklusion
Lanceringen af 400GbE starter i 2019 og vil stige hurtigt. Debatten om formen for optisk modulpakning er stort set slut, og om systemleverandøren har valgt QSFP-DD eller begge dele, er fokus nu flyttet til fremtidige hastigheder. På sigt vil 400GbE hovedsageligt vælge QSFP-DD. Efterhånden som industrien fortsætter med at integrere QSFP-DD, vil der opstå stordriftsfordele, og 400GbE vil nå sit fulde potentiale.
