浅谈400G接口发展趋势


    新型数据中心是以支撑经济社会数字转型、智能升级、融合创新为导向,以5G、工业互联网、云计算、人工智能等应用需求为牵引,汇聚多元数据资源、运用绿色低碳技术、具备安全可靠能力、提供高效算力服务、赋能千行百业应用的新型基础设施,具有高技术、高算力、高能效、高安全特征。随着新一代信息技术快速发展,数据资源存储、计算和应用需求大幅提升,传统数据中心正加速与网络、云计算融合发展,加快向新型数据中心演进。

    2022年2月,“东数西算”工程正式全面启动,在京津冀、长三角、粤港澳大湾区、成渝、贵州、内蒙古、甘肃、宁夏等8地布局建设全国一体化算力网络国家枢纽节点,意味着新型数据中心正朝着集约化、规模化、绿色化方向发展,能源、算力、数字化成为关键词,数据中心向着绿色低碳、高算力、高技术等方向不断发展与变革。

    基于上述原因以及世界对于超高速率的诉求,大多数使用100Gb/s以太网链路的超尺度数据中心需要转换到400Gb/s以太网链路,以实现更高的吞吐量。未来所有的业务需求,包括超高清的视频流媒体、虚拟现实技术、自动驾驶和物联网大融合等等。其中,虚拟现实技术的大规模发展只是刚刚开始,自动驾驶车辆在可预见的未来成为常态,这些都将对数据中心基础设施造成指数级的压力。

从网络架构来看,基于现有的100G的方案,满足相同规模数据中心的无阻塞网络吞吐,需要添加更多的端口需要更多的机架空间用于服务器和交换机,且需要更多的服务器机架空间,这些解决方案不经济且导致网络架构的复杂性呈几何级提升。从100G迁移到400G是向数据中心注入更多带宽的一种更经济的方式,同时也减少了网络架构的复杂性。另一方面从网络设备本身的发展的规律来看,当接口速率增长为4倍成为400G时,在设备与收发器技术成熟的前提下,一个400G的网络设备包含收发器的成本通常只有4个100G的设备与接口成本的50%左右,从这个角度来看,应用400G具有成本的优势这是业内促进400G商用的重要驱动力。


从设备厂商来看,越来越多的厂商已经发布了400G的核心网络设备。部分网络设备厂商已经推出了400G交换机可以支持QSFP-DD端口,能在1U空间内提供12.8Tbps(32端口)。另一方面从收发器供应链来看,已经有大量的400G收发器厂商推出了基于多种接口与应用的收发器。最重要的是,部分数据中心的用户对于400G的技术已经非常期待。从多家知名厂商的反馈情况来看,认为400G在不远的的未来实现商用在技术上已经可以做到。

IEEE802.3bs的颁布涵盖了数据中心内Spine-Leaf以及核心之间互联以及数据中心间互联的传输距离范围,传输介质以单模以及多模光纤为主,概括如下:

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对于布线基础设施提供商来说,标准光模块接头类型至关重要。在此仅提出两种对比:QSFP-DD和OSFP。QSFP-DD(Quad Small Form Factor Pluggable-DoubleDensity)双密度四通道小型可插拔封装是QSFP-DD MSA小组定义的一种高速可插拔模块的封装,作为400G光模块封装的首选,使数据中心能够根据需要有效地增长和扩展云容量。对QSFP前向和后向兼容,可兼容现有的QSFP28光模块及AOC/DAC等。采用8通道电气接口,每通道速率高达25Gb/s(NRZ调制)或50Gb/s(PAM4调制),提供高达200Gb/s或400Gb/s聚合的解决方案。

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OSFP(Octal SmallFrom Factor Pluggable)是一种新的可插拔封装,具有8个高速电气通道,最初即支持400Gb/s(8x50G),最高支持到800Gb/s。OSFP和QSFP-DD一样向后兼容QSFP+/QSFP28,但是需要额外使用一个OSFP到QSFP的转接适配器来实现。体积是QSFP-DD的体积的两倍多。
从目前来看,QSFP-DD似乎占据上风,良好的兼容性以及对于400G的完美支持,使之成为市场首选。而OSFP由于体积及兼容性原因,可能更适合于未来800G网络。
在当前的市场背景下,超大型数据中心对带宽的需求正在增长,400G光通信模块已成为提高系统性能和降低带宽成本的最佳选择。5G网络的出现,将成为推动400G光模块市场价值的另一个积极因素。UCS(优势)基于对市场变化的超强把握,针对QSFP-DD、OSFP亦或其他新型模块,都开发了对应的物理层连接的完整方案。无论是MPO-12、MPO-8、MPO16,都可以充分满足各种场景应用。