Nagu tavaliselt, kasutas IEEE olemasolevaid standardeid, et rajada kiirus 400 Gbps. Praeguse andmeedastuskiiruse peamine omadus ja piirang on olnud üherealine jadakiirus, mis on praeguse elektritehnoloogiaga saavutatav. Kuna uusim 100 Gbps Etherneti standard põhineb neljal paralleelsel 25 Gbps rööbasteel, osutus see 400 Gbps arengu loomulikuks lähtekohaks. Kuid 400 Gbps jaoks oli selgelt vaja meetodit raja andmeedastuskiiruse suurendamiseks 50 Gbps-ni ja kui tööd juba käivad 100 Gbps optiliste ribade saavutamiseks, osutuks nende uute saavutuste kasutamine 400 Gbps Etherneti jaoks suureks eeliseks.

400 Gbps eesmärgi saavutamiseks oli mitmeid viise, võttes arvesse võrgutööstuse erinevaid kompromisse ja nõudeid. Kuna 400 Gbps standard piiras füüsikalist meediat ainult mitmemoodilise ja ühe režiimiga optiliste kiududega, oli ilmne, et lingis olevate kiudude arv on võtmeküsimus. Mitu paralleelset kiudu on teadaolevalt vastuvõetav lahendus kuni 500 m kaugusühenduste jaoks, kuid mitte pikema kaabli pikkuse korral (2–10 km), kui kulud muutuvad liiga suureks. Kuid andmeedastuskiirus 400 Gbps koos 16 x 25 Gbps paralleelsete radadega nõuaks edastamiseks ja vastuvõtmiseks 32 kiudu lingi kohta. 400 Gbps spetsifikatsioonide komplekti väljatöötamisel oli IEEE töörühm kasutanud mitmeid tehnoloogiaid ja meetodeid, et määratleda vastuvõetavad kulutõhusad lahendused nii lühitoimeliste mitmemoodiliste kiudude kui ka pikamaa-ühe režiimi kiudude jaoks, kasutades mitmesugust arvu kiude ja liinitasud. Lisaks täpsustati 400 Gbps standarditel põhinevat 200 Gbps standardite kogumit, mis oleks praktiline üleminek 400 Gbps.

400 Gbps ja 200 Gbps standardid

Kuna 400 Gbps saavutamise põhialuseks oli 50 Gbps ribarada, oli esimene suurem otsus muuta signaali kodeerimise skeemi. Siiani on kõik Etherneti standardid kasutanud binaarse andmevoo kodeeritavaks edastatavaks elektrisignaaliks lihtsat kahetasemelist tagastamise nullist (NRZ) meetodit. Suurema andmeedastuskiiruse saavutamiseks tuli kasutada 4-astmelise impulsi amplituudmodulatsioonina (PAM4) tuntud kodeerimisskeemi, mis kahekordistab sama aja jooksul edastatava andmemahu.

Kui mõelda kahekomponentsetele andmetele, mida tähistab kahe pingega signaal, üks pinge „0“ ja teine pinge „1“, kirjeldab see NRZ kodeerimismeetodit. PAM4 kodeerimise jaoks on signaalil neli pingetaset, mis kodeerib kahte binaarset bitti pingetaseme kohta. Halli kodeerimise nime all tuntud meetod ühendab andmevoo kõige olulisemad bittide (MSB) ja kõige vähem oluliste bittide (LSB) paarid üheks neljast pingetasemest. Halli kodeerimine aitab vähendada pinge amplituudimürast põhjustatud signaali bitivigu. On lihtne mõista, kuidas kahe pingetasandile kaardistatud andmebiti abil saab kahe ajaga sama aja jooksul teavet edastada.

IEEE viis lõpule oma 802,3bs standardi (IEEE Std 802.3bs-2017) 200 Gbps ja 400 Gbps Etherneti jaoks, rakendades PAM4 kodeerimise ja mitme paralleelse raja kombinatsiooni. Spetsifikatsioonid hõlmavad mitmemoodilisi ja ühe režiimiga optiliste kiudude võimalusi vahemikus 70 m kuni 10 km. Järgmine tabel võtab kokku Ethernet PHY variandid 400 Gbps ja 200 Gbps.

Spetsifikatsioon 400GBASE-SR16 toetab 16 mitmeliigilist kiudu kiirusel 25 Gbps, kasutades NRZ kodeeringut, mis tähendab, et lingi edastus- ja vastuvõtukiudude koguarv on 32. Valik 400GBASE-DR4 toetab vastuolulist 100 Gbps ribakiirust nelja üherežiimilise kiu puhul , kuid võib ulatuda ainult 500 m-ni. Nii duplekskiudvariandid, 400GBASE-FR8 ja 400GBASE-LR8, kasutavad mõlemad lainepikkuse jaotusega multipleksimist (WDM) kaheksa erineva lainepikkusega ribade edastamiseks üherežiimilisel kiul kuni 10 km läbimiseks. 200 Gbps tehnilised kirjeldused vastavad põhimõtteliselt 400 Gbps kirjeldustele, kuid kasutavad nelja või 50 ühemoodilist kiudu ühe kiirusega 50 Gbps.

Ühendatavad moodulid ja kaablid

Uue 400 Gbps Etherneti standardit toetavate seadmete kasutuselevõtmiseks on vaja selgelt uusi pistikmooduleid, pistikuid ja kaableid. 400GBASE-SR16 port vajab 32 kiudühendust ja kaablit ning 400GBASE-DR4 variant kasutab suuremat elektrilist signaalikiirust - 56 Gbps.

Tavaline 100 Gbps QSFP28 pesa toetab nelja 25 Gbps rada, mille elektriline signaalikiirus on 28 Gbps. See on kaheksa kiudu edastamiseks ja vastuvõtmiseks, mida toetavad 12-kiulised MPO (mitmekiulised push-on) pistikud ja kaablid, mida kasutatakse praegu 100 Gbps. On selge, et 12-kiulised MPO-pistikud ja kaablid toetaksid standardi 802.3bs variante 400GBASE-DR4 ja 200GBASE-DR4. Muud variandid, mis kasutavad lülis ainult kahte kiudu, võivad kasutada tavalisi dupleks-LC pistikuid ja kaableid. See jätab 32-kiulise MPO uueks arenduseks spetsiaalselt 400 Gbps Etherneti standardile.

12-kiuline MPO-pistik korraldab kiud ühes reas kahe joondamistihvti vahel. 32-kiulise MPO jaoks on kaks rida 16 kiudu, mis muudab uue pistiku kokkusobimatuks 12-kiulise MPO-ga. 32-kiudne MPO-pistik on seetõttu 12-kiulisest MPO-st erineva võtmega, et vältida transiiverite ja kaablite valesti ühendamist.

Kiirema signaalimise, rohkemate radade ja rohkemate kiudude arendamisel on 400 Gbps Etherneti jaoks vaja uusi transiiveri vormitegureid. Alati tuleb väljakutseid ja kompromisse arvestada, kui proovite panna väikestesse moodulitesse rohkem jõudu hajutavaid komponente. Nagu varasemate Etherneti standardite puhul, on 400 Gbps Etherneti jaoks ilmnenud mitmeid optiliste transiiverite vormitegureid:

• CFP8 - suur vormitegur. Madal sadamatihedus. Hea soojusjuhtimine.

• OSFP - kavandatud optimaalseks signaali- ja soojusjõudluseks. Mitteühilduv vormitegur.

• QSFP-DD - „topelttihedusega” QSFP. Tagasi ühilduv 100 GbpS ja 40 Gbps Ethernetiga. Suur sadamatihedus.

• COBO - parda optika moodul, mis ei ole ühendatav transiiver. Suurim sadamatihedus.

Pilveandmekeskuste kasvavate nõudmiste tõttu on Etherneti standardite areng kiiresti jõudnud uskumatu andmeedastuskiiruseni 400 Gbps. Kasutades uusi kodeerimisskeeme ja suuremaid signaalikiirusi, tähistab 400 Gbps Etherneti standard olulist pausi varasematest standarditest ja seab teed tulevikus veelgi suurema kiiruse poole. Uued 400 Gbps ja 200 Gbps standardid hõlmavad mitmemoodilisi ja ühe režiimiga optiliste kiudude võimalusi vahemikus 70 m kuni 10 km. Standardid hõlmavad mitmesuguseid kulutõhusaid lühi- ja pikamaarakendusi ning neid on toetanud mitmed uued transiiveri vormitegurid, kaablid ja pistikud.

Kui uus 400 Gbps seade on saadaval, võite oodata selle kiiret kasutuselevõttu andmekeskuste, operaatori juurdepääsu ja teenusepakkujate võrkudes kogu maailmas. Vajalik täiendav ribalaius annab tõuke, kuna võrguliiklus kasvab aasta-aastalt. Kuid Etherneti arendamine ei peatu sellega. Uued Etherneti töörühmad püüdlevad juba suurema kiiruse ja ökonoomsemate, kompaktsemate vormitegurite poole, mis vastavad tuleviku tööstuse nõudmistele.

400 Gbps kuni 800 Gbps

Dell'Oro Groupi hiljuti avaldatud aruandes öeldakse, et 2020. aastaks peaks andmekeskuste kommuteerimise tuludest eeldatavasti olema 400 Gbps, mis moodustab 20 protsenti. Uurimisrühma andmetel on suuremad kiirused - 100 Gbps, 200 Gbps, 400 Gbps ja 800 Gbps kõik prognoosivad järgmise viie aasta jooksul märkimisväärset kasvu. Võib-olla pole üllatav, et eeldatavasti mängivad pilveandmekeskused võtmerolli eelseisvas võrkude kiiruse hüppes (100 Gbps kuni 400 Gbps).

Vahepeal kinnitab 650 grupi avaldatud turuanalüüs, et 200 Gbps, 400 Gbps ja 800 Gbps tarnivad kõik järgmise viie aasta jooksul - viimane peaks eeldatavasti tõusma järgmise kümnendi alguses.

„Esimene 200 Gbps ja 400 Gbps laine jõuab turule 2018. aasta alguses, kuna Etherneti kommutaatoriturg laiendab sadamakiiruste arvu vaid kolm aastat pärast viimast suurt tehnoloogiliste edusammude komplekti,“ ütleb Alan Weckel, asutaja ja tehnoloogiaanalüütik 650 rühm. „2017. aastal väljakuulutatud 50 Gbps SerDes-tehnoloogiast väljuvad nii 200 Gbps kui ka 400 Gbps. Kiiret uuenduste tempot juhivad mitte ainult muljetavaldavad tehnoloogiaparandused, vaid ka tarkvara määratletud võrgud (SDN), mis võimaldavad pilvel paremini kasutada nende käsutuses olevaid arvutus- ja võrguressursse. ”

Testimine 400 Gps / s, silma 1,6 T / s

Sõjaliste manussüsteemide Ronen Isaaci sõnul katsetab ja ratifitseerib tööstus praegu tehnoloogiaid, mis võimaldavad kiirust kuni 400 Gbps ja rohkem.

„Aastatel 2018–2020 testitakse ja võetakse vastu 50 Gbps ja 200 Gbps. Tuhanded 25GbE-serverid ja lõpuks 50GbE-serverid hüpermahukates andmekeskustes, näiteks pilveteenuse pakkujad, juhivad 400GbE vajaduse suurlinnavõrkudesse (MAN) ja laivõrkudesse (WAN-id), ”ütleb ta. "Mitte liiga kauges tulevikus alustatakse testimist kiirusel 200 Gbps, 8000 Gbps ja hämmastavalt hädavajalikul andmeedastuskiirusel 1 Tbps ja 1,6 Tbps koos eeldatava testimise ja standardite ratifitseerimisega aastaks 2020."

Järeldus

Ethernet liigub kiiresti 40Gbps-lt 100Gbps-le 400Gbps-le, stimuleerides sellega mitmeid uusi SerDes-i algatusi ja arendusi. Tõepoolest, 25 Gbps SerDes oli 100 Gbps Etherneti peamine võimaldaja, kusjuures tööstus peaks eeldatavalt kasutama 50 Gbps SerDes 400 Gbps Etherneti jaoks, enne kui minna üle 100 Gbps SerDes tehnoloogiale.

Samal ajal nihkub SerDes-tehnoloogia NRZ-lt PAM4-le, kuna see kiireneb 25Gbps-lt 50Gbps-le. See on ajendanud mitmeid arhitektuurimuudatusi, sealhulgas traditsioonilise analoogi asendamist ADC + DSP-ga, et aidata saavutada jõudluse eesmärke ja säilitada sarnane energia / piirkonna ümbris.