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400G交換機興起改變資料中心格局

資料中心運營商及資料中心供應鏈在走向 400G 的道路上堅持到底。

 

更高的以太網速度、雲計算、物聯網以及虛擬資料中心都向資料中心的運營商提出了更多的要求。超大規模資料中心的運營商正在推動著更加廣泛的採用 100G 的鏈路和模塊技術。與此同時,400G 的形狀繫數和光學模塊已經處於全面啟動的關鍵點上,預計將在 2019 年逐步展開。資料中心行業內部的這一轉變將以驚人的速度使久經考驗的 QSFP28(四分之一小形狀繫數可插拔 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。

 

用於網絡交換機的 56G PAM-4 ASIC(專用集成電路)芯片在不斷發展的過程中功能日益強大,用戶包括博通、Innovium、Nephos 和 Barefoot Networks 之類的企業,因此對於下一代光學互連繫統和模塊的需求在持續保持增長。

 

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可提供 32 個 400 Gbps 的端口。或者,如果資料中心的架構需要更高的基數,那麼這些 ASIC 可以在可逆變速箱樣式下運行,從而提供 128 個 100 Gbps 的端口。傳統的 OEM,比如說思科和 Arista,以及智邦科技、QCT 和天弘之類的白盒製造商都在爭先恐後的生產這些速度更高的交換機,其中很多都已經上市。隨著 400G 的交換機已準備就緒,關鍵的一點在於,光纜和銅纜互連繫統也需要符合規格要求,備有現貨以為實際的部署提供支持。

 

400G的主要推動力

 

有哪些因素在推動著新的需求?根據 IDC 的統計,資料中心的儲存要求每年上升超過 50%,預計數字信息截至 2020 年將增至 40 澤位元組,截至 2025 年則將增至 163 澤位元組。對於這種增長,存在著幾個關鍵的貢獻因素,包括一波向雲儲存、開放系統、邊緣計算、機器學習、深度學習以及人工智慧的轉型。

 

虛擬現實才剛剛開始大範圍的受到歡迎,並且,在可以預見的未來,無人駕駛汽車的現實情況是將成為主流,將會為資料中心基礎設施帶來呈指數的壓力。

 

為了滿足帶寬需求,一般超大規模資料中心會每兩年對整體網絡構架進行一次升級,因此計劃報廢是無法避免的情況。

 

資料中心的供應鏈已經加快了發展速度,研發前所未有的功能更加強大、能效更高的可擴展解決方案。目前,100G 的技術可以為以太網鏈路提供速度最快的連接。100G 和 400G 以太網技術的同步實施,在今後的數年內將會繼續增長,而後者最終會占據優勢地位,成為交換芯片和網絡平臺上普遍採用的速度。

 

在發展曲線上保持領先

 

當我們展望未來時,可以看到怎樣一種情況?一系列的資料中心基礎設施解決方案,給人留下如此深刻的印象,其設計可滿足擴張中的超大規模資料中心對於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並且降低了延遲和插入損耗,從而達到最高的效率、速度與密度。

 

現有的銅纜 (DAC) 已經能夠達到 400G 的速度,而能夠實現 400G 交換連接的光端機則正變得日趨完善,準備用於全面發佈。獨立的 100G Lambda 光端機和 400G 光端機當前正處於貝塔取樣階段,很快即將投入市場。由於早期的使用者將需要更高的帶寬來部署這些產品,400G 將從 2019 年的年中到年底間開始升溫,即使供應鏈成本尚未降低下來、價格侵蝕並未開始,情況也將如此。

 

很多的資料中心將會繼續在更長的鏈路傳輸距離上部署 100G CWDM4 光端機,而對於 100G PSM4 的需求正在快速消失,供應商也在退出市場。隨著獨立的 100G Lambda(100G-DR 或 100G-FR)光端機產品已經在 2019 年初開始提供,由於其預期價格較低,因此預計這些產品將搶占 100G CWDM4 的市場,此外,獨立的 Lambda 產品還能夠在分支拓撲結構中實現與 400G 光端機的直接互操作。

 

隨著帶寬遷移到更高的水平,行業將繼續見證 10G 和 40G 技術的逐步淘汰,這些技術已經被光端機、直連線纜 (DAC) 和有源光纜 (AOC) 所取代,後者在一系列資料中心之間以及資料中心內部的通信中支持 100G、200G、400G 及更高的速度。QSFP-DD(四分之一小形狀繫數可插拔雙密度)光端機在這一螺旋式上升的過程中將堅持扮演重要的角色。

 

事物的發展情況

 

QSFP-DD 光端機配備了一個八通道的電氣接口,每個通道的資料傳輸速率能夠達到 50G。QSFP-DD 模塊可實現高達 20 瓦的功率(按照 QSFP-DD MSA 第 5.0 版),在創新性的散熱器功能的幫助下,可以在一系列的傳輸距離內達到 400G 的性能。這一點非常重要,由於先進的 ASIC 消耗的功率更多、發散的熱量也更多,而 QSFP-DD 的形狀繫數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(八進制小形狀繫數可插拔)的形狀繫數更寬、更深,也為 400G 提供支持。QSFP-DD 光端機與 OSFP 相比,一個主要的優勢就是完全向下兼容現有的 QSFP+ 和 QSFP28 光端機。56G PAM-4 技術被廣泛認為是實現 QSFP-DD 和 OSFP 形狀繫數的光端機的關鍵所在。現在正在引入整合了 QSFP-DD 和 OSFP 光學模塊形狀繫數的平臺,在雲應用中為 400G 以太網提供支持。這些新的平臺提供與 100G 端口的向下的兼容性,在資料中心或企業中可以實現交錯的實施方式。

 

在不考慮形狀繫數的情況下,400G 的光端機要求使用 DSP 的“變速箱”,從八條 50G 通道中創建四條 100G 的光信道。這在供應鏈中將成為一個關鍵的組成部分,在光端機供應商的能力方面發揮重要的作用,使其提供相應的產品與產量來應對資料中心消費者提出的巨大需求。隨著光端機供應商對產品差異化的追求,對於能量需求較低的 7 納米 DSP 來說,其在 2019 年的供貨能力將進一步的對這一供應鏈造成干擾。

 

莫仕已經演示過了符合 100G Lambda MSA 要求的 100G FR QSFP28 和 400G DR4 QSFP-DD 產品。下一代網絡設備的技術生態系統將推廣 112G PAM-4,將其作為一個基礎來為大容量的資料中心支持 400G 的解決方案。MSA 的規範強調了在採用每波長 100G 的 PAM-4 技術時,為實現光學接口而在技術設計上遇到的挑戰,以及多供應商的互操作性。PAM-4 技術可實現 100G 的光學通道,傳輸距離為 2 至 10 公里,而對於 400G 的通道來說,在雙工單模光纖上則可達到 2 公里的傳輸距離。PAM-4 平臺可以有效的奠定初步的基礎,以高成本效益的方式完成向 400G 的遷移。該技術平臺聚合起了四條每波長 100G 的通道,可以為分支應用支持 400G 的版本,例如 400G DR4、400G FR4 和 4X100G 等。

 

在400G的演進中領航

 

現代的通信網絡需要更高的帶寬來滿足全球範圍內資料爆炸提出的要求。如此一來,資料中心交換機和光端機市場正在飛速的增長和演化。對於構建 400G 的網絡設備來說,高速光端機、高度靈活而又可以擴展的光傳輸產品、緊湊型連接器以及光纖管理都屬於至關重要的能力,從而服務於大量的電信提供商、企業以及超大規模資料中心。

 

對 400G 及更高速度下的資料中心光纖管理進行評估,這非常重要,而 Molex 光纖聚合設備之類的產品可以提供高效的解決方案,適用於高光纖密度的系統,實現有組織的光纖管理。這類產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起橋梁,彌補連接上的差距。這方面的一個例子就是一處原先配有 LC 雙工光纖設備的資料中心,在 100G 下採用了 CWDM4 光端機,但是該中心現在正在遷移到 400G 下的 DR4,需要並行的光纖基礎設施。

 

超越400G

 

資料中心交換機的 ASIC 供應商已經宣佈,56G PAM-4 12.8Tbps ASIC 現在可以普遍供貨,並且當前正在研發 112G 的 PAM-4 25.6Tbps ASIC,能夠推動 32 端口交換機的發展,每個端口可支持 800 Gbps 的速度。然後,ASIC 的這一功能將產生一系列的挑戰,與信號完整性、熱、功率和損耗等等主題有關,此處略舉數例,同時還會提出這樣一個問題,那就是互連繫統是否可以或者是否應當繼續做到模塊化,並且,如果是這樣的話,那麼哪種形狀繫數實際上可以為此提供支持。

 

隨著資料中心的運營商正在制定計劃從而以高成本效益的方式快速的實現擴展,通過與那些具備當今的資料中心需要的能力、專家經驗及可擴展性的供應商開展緊密的合作,100G 和 400G 基礎設施的設計可以得到優化。實施過程需要良好的安排,從而協調數百或者數千個組件之間的資料傳輸,實現最優的資料中心結構,在未來減輕整體風險並滿足各種動態的需求。

 

來源:資料中心運維管理

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