400G Ethernet уже не за горами

В прошлом году при Международном институте электросвязи IEEE была организована рабочая группа по проекту 400 Gigabit Ethernet. Задачи группе поставлены вполне стандартные: описать саму технологии и составить требования к оборудованию с поддержкой 400GE. Проект носит кодовое название IEEE P802.3bs 400GE и направлен на изучение возможности и методов увеличения скорости передачи данных в рамках технологии Ethernet до 400 Гбит/c.

Такая скорость передачи вскоре станет очень востребованной среди операторов связи и центров обработки данных, которые уже используют проприетарные решения, такие как супер-каналы 500G от Infinera. Для этих заказчиков планируется определить параметры передачи данных на расстояние 100 метров по ММ волокну, 500 метров, 2 и 10 км по одномодовому волокну.

В данный момент рабочая группа точно определила параметры для многомодовых линий до 100 метров, передача в которых будет основана на каналах 25 Гбит/с с кодированием NRZ (без возврата к нулю). В качестве среды передачи будут использоваться 16 волокон в каждую сторону. Не ахти какое достижение, но начало положено. В таблице 1 приведены планы группы по развитию проекта с несколькими вариантами реализации технологии 400GE.

100 м ММ 1λ x 25G
NRZ
16 волокон
500 м ОМ 2λ x 50G
NRZ
4 волокна
1λ x 100G
PAM-4
4 волокна
2 км ОМ 8λ x 50G
NRZ
1 волокно
8λ x 50G
PAM-4
1 волокно
4λ x 100G
PAM-4
1 волокно
10 км ОМ 8λ x 50G
NRZ
1 волокно
8λ x 50G
PAM-4
1 волокно
4λ x 100G
DMT
1 волокно

Таблица 1. Варианты реализации технологии 400G

Эта таблица показывает различные подходы к организации каналов на разные расстояния, включая разные скорости передачи данных составляющих сигнала, количество волокон и используемых длин волн, а так же различные схемы модуляции: NRZ, PAM-4 или DMT. Для выбора конкретного варианта реализации, он должен быть одобрен 75% участников. Количество предлагаемых решений позволяет предположить, что рабочей группе предстоит нелегкий выбор.

Особенности и проблемы разработки 400GE

До недавнего времени разработка стандартов, в частности 40GE и 100GE, велась в рамках MSA и проприетарных разработок ведущих вендоров. Это в определенной степени замедляет рабочую группу 400GE: процесс стандартизации не может происходить в чисто теоретической среде, отдельно от реалий отрасли, мнения и наработок всех ее участников. Максимальным достижением было бы получить четко функционирующий процесс, в котором участники отрасли могут совместно работать над какой-либо технологией, а итогом стандартизации, по сути, станет описание общего мнения всех участников отрасли. Этот подход можно было бы применить при разработке перспективных технологий.

Рисунок 2 отображает различные оси свободы с параметрами, сочетание которых обеспечивает достижение целевой скорости передачи данных. Для получения оптимального решения для технологии 400GE необходимо рассмотреть множество сочетаний параметров и выбрать наиболее подходящее по надежности, эффективности и итоговой стоимости. При этом, в зависимости от расстояния передачи данных, различные параметры имеют различную весомость.

Движение по оси количества волокон может быть применимо к расстояниям 100-500 метров, тогда как для расстояний до 10 км этот подход окажется неверным. Увеличение количества длин волн может быть использовано для дальних расстояний, но надежность такого подхода падает с увеличением количества длин волн и расстояний. Увеличение скорости только за счет модуляции потребует более сложных технических решений.

Оси свободы 400GE

Рисунок 2. Оси свободы развития 400GE

Из рисунка 2 можно понять, что ведущие разработчики будут стараться двигаться по осям свободы и тем параметрам, по которым они уже добились каких-либо результатов. Так, количество длин волн захотят наращивать компании с наработками в области интегральной фотоники и спектрального уплотнения; за количество волокон будут бороться компании, реализовавшие подход PSM (Parallel Single-Mode) в 40GE; на использовании эффективной модуляции будут настаивать вендоры, которые продвинулись далее сигнализации NRZ, используемой в Ethernet сейчас. Если не объединить усилия этих компаний, то произойдет ситуация с лебедем, раком и щукой. В лучшем случае разработка будет продвигаться медленно, в худшем - на рынке появится несколько несовместимых видов 400GE.

Такая ситуация не нова для IEEE: она уже происходила ранее при работе в рамках MSA. Рисунок 3 содержит прогноз LightCounting, касающийся распространения решений, которые не были стандартизированы IEEE. Видно, что количество этих решений растет со скоростью передачи данных. Стоит отметить, что большая часть аспектов "нестандартных" решений все же описывается в проектах IEEE 802.3 40GbE и 100GbE. При этом, нестандартизованные IEEE решения 10G практически отсутствуют на рынке.

Нестандартизированные решения 40G и 100G

Рисунок 3. Нестандартизованные IEEE решения 40GE и 100GE

C прицелом на будущее

В настоящее время судьба IEEE P802.3bs 400GE не совсем прозрачна. Рабочая группа добилась некоторых успехов в описании архитектуры 400GE и адаптации к действующим в отрасли отрасли. Все разработки должны быть выполнены с применением передовых технологий, что позволит корректировать технологию с появлением новых типов электрической и оптической сигнализаций, методов кодирования. В итоге должна быть достигнута цель обеспечения совместимости: когда технология 400GE будет реализована, порты 400G должны поддерживать все стандартные IEEE 802.3 и нестандартные оптические решения.

Развитие 400GE

Рисунок 4. Развитие скоростей передачи для Ethernet.

Рисунок 4 отображает развитие скоростей передачи данных технологии Ethernet для различных интерфейсов, используемых для организации каналов: SFP+, CFP или QSFP . Все эти интерфейсы имеют различное положение на осях свободы, отображенных на рисунке 2. Нахождение оптимального соотношения параметров не только позволит завершить работу над технологией 400GE, но и придаст отрасли ускорение в сторону разработки каналов со скоростью передачи данных выше 1 ТБит/с.