800G 以太网路新标准
随着超大规模数据中心寻求更多带宽并开始在其Spine网络中部署 400 GbE 链接,已经开始转向新的 800 GbE 标准。业界已经在 QSFP-DD800 和 OSFP 外形尺寸中部署 2 个 400 GbE(总计 800G),以支持 25.6 Tb 交换机和线路卡。这 以太网路技术联盟 (ETC) 定义了基于 400 GbE PCS/FEC 双实例的 800 GbE 标准。此外,800G可插拔收发器模块已由800G可插拔MSA、QSFP-DD MSA和OSFP MSA指定。
相干 400ZR 光学组件是数据中心 400 GbE 的关键驱动力,透过直接在相干链路上传输以太网,使用 DCI(数据中心互连)互连区域数据中心。当前,已有一些专有的每波长 800G 相干光收发器可供使用。然而,为了实现互通性,光互联网论坛 (OIF) 当前正在努力定义 800ZR 来解决 DCI 应用问题,并定义 800G-LR 来解决园区应用中长达 10 公里的单波长相干问题。
ETC 800 GbE 标准和新的 IEEE 802.3 800/1600 GbE 标准
那麽,800G标准制定进度如何?当前,IEEE 802.3 已成立 802.3df 工作小组来指定 800 GbE 和 1600 GbE。 IEEE 802.3df 工作小组的发展可分为三个主要项目:
- 定义 800/1600 GbE MAC、PCS 和 FEC。定义支持 800 GbE 的 PMD,例如 800-KR/CR、800G-SR8 (100 m)、800G-DR8 (500 m)、800G-FR8 (2 km)、800G-LR/LR8 (10 km)、和800G -ER/ER8(40 公里)。
- 主要工作将是定义新的每信道 200G 光学 PMD。定义 PMD,例如 800G-DR4 (500 m)、800G-FR4 (2 km) 和 800G-LR4 (10 km)。
- 主要工作是定义每信道 200G 电气 IO。定义PMD,例如200G-KR/CR、1600G-DR8(500 m)、1600G-FR8(2 km)、800G-LR(10 km)和800G-ZR(80 km)。
IEEE 800G 标准函盖使用多模光纤的8x100G,传输距离长达100 m,8x100G 并行单模光纤,传输距离长达500 m,以及使用单模光纤的8x100G 波分复用(WDM),传输距离长达2 km 和10 km。其次是基于每信道 200G 的更有效率 PMD。 IEEE 802.3df 需要数年时间来开发 400G 以上的新以太网路标准,因此以太网路技术联盟介入,在现有 400G 以太网路的基础上定义了 800 GbE MAC/PCS 标准。只需将 FEC/PCS VL(虚拟)信道数量增加一倍(从 16 条增至 32 条),就可以指定新的媒体存取控制 (MAC) 为 8 x 106.25 Gbps,并以 800 GbE 运行。透过主要利用 400G IEEE 802.3bs 标准,以太网路技术联盟在开发新的 800G 规范(他们称之为 800G-ETC-R)(以区别於任何未来的 IEEE 标准)时节省了大量时间和精力。
下图显示了以太网路技术联盟800G介面的高端架构。 MAC 已扩展到 800G,但 400G 以太网路标准中的两个具有前向纠错 (FEC) 功能的实体编码子层仅稍作修改。 MAC 透过 32 个信道将数据分发到两个 PCS,将 16 个信道的 25 Gbps 数据分发到每个 PCS。修改后的对齐标记被插入到每个PCS数据信道中,以确保可以接收和处理800G数据流。然后,32 个 PCS 信道在实体媒体附加 (PMA) 层中进行复用,以将 8 个 106.25 Gbps 信道馈送到实体媒体相关 (PMD) 层。
业界现在面临的挑战是采用具有 32 个 VL 的 ETC 800 GbE PCS/FEC,或者在 IEEE 802.3df 中基于 800 GbE 的 8 个 VL 和 1.6 TbE 的 16 个 VL 定义更高效的 PCS/FEC。
IEEE 802.3df 任务是一项重大任务,定义了 800 GbE 和 1.6 TbE,其中包括定义 13 个光学 PMD、6 个铜 (Cu) PMD 和 6 个 AUI。所有基于每信道100G 的PMD 将在快速信道项目(~2023 年)中,每信道200G 光学组件将在后续项目中(~2024 年),而每信道200G Cu/CR 将在后续项目中(~2024年)。~2026)。
Ethernet Rate | Assumed Signaling Rate | AUI (lanes) |
BP (lanes) |
Copper Cable (pairs) |
MMF 50m (pairs) |
MMF 100m (pairs) |
SMF 500m (pairs) |
SMF 2km (pairs) |
SMF 10km | SMF 40km |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
200 Gb/s | 200 Gb/s | 1 | 1 | 1 | 1 | |||||
400 Gb/s | 400 Gb/s | 2 | 2 | 2 | ||||||
800 Gb/s | 100 Gb/s | 8 | 8 | 8 | 8 | 8 | 8 | 8 | ||
200 Gb/s | 4 | 4 | 4 | 1) 4 2) 4 λs |
||||||
TBD | Over single SMF in each direction | Over single SMF in each direction | ||||||||
1.6 Tb/s | 100 Gb/s | 16 | ||||||||
200 Gb/s | 8 | 8 | 8 | 8 |
800G 可插拔模块选项
数据中心采用800G的关键部分取决于800G可插拔光收发器模块的可用性。这 800G Pluggable MSA 该小组指定了一个低成本的8x100G模块和一个4x200G模块。低成本 8x100G 模块指定了一个由 8 根平行单模 (PSM) 光纤组成的光学介面,长度从 2 米到 100 米,但 IEEE 802.3df 期望定义一个传输范围为 500 米的类似 PMD。 4x200G 模块指定了一种光介面,该介面使用波分复用 (WDM) 在长度为 2 米至 2 公里的单模光纤上通过四个不同波长传输 200 Gbps 信号。尽管 QSFP-DD800 和 OSFP 都定义了 800G 介面,但 800G 可插拔 MSA 并未指定收发器外形尺寸和电气介面。
除此之外 QSFP-DD MSA 定义了名为 QSFP-DD800 的 800G 模块标准,支持 8x100G 介面。此模块槼格包括八个电气信道以及笼子和连接器系统。 QSFP-DD800 模块也向後兼容於 8 信道 QSFP-DD 和 4 信道 QSFP28。
Optical Standards | Implementation | Tx/Rx Fibers | Reach | Form Factors |
---|---|---|---|---|
800G Pluggable MSA | 8x100G PSM | 8 | 100 m | QSFP-DD800, OSFP, others |
4x200G WDM | 1 | 2 km | QSFP-DD800, OSFP, others | |
IEEE 802.3df | 8x100G PMM | 8 | 100 m | QSFP-DD800, OSFP, others |
IEEE 802.3df | 8x100G PSM | 8 | 500 m | QSFP-DD800, OSFP, others |
IEEE 802.3df | 8x100G WDM | 1 | 2 km/10 km | QSFP-DD800, OSFP, others |
IEEE 802.3df | 4x200G PSM | 4 | 500 m | QSFP-DD800, OSFP, others |
IEEE 802.3df | 4x200G WDM | 1 | 2 km/10 km | QSFP-DD800, OSFP, others |
IEEE 802.3df | 1x800G Coherent | 1 | 10 km | QSFP-DD800, OSFP, others |
4x200G WDM 模块的 800G 可插拔 MSA 规范预计每声道 200G 将成为未来 800G 及以上以太网路速度的首选。该标准还建议在模块中加入额外的 FEC,以确保可靠运作。因此,当前800G的重点是8x100G方案,而4lane方案是未来性价比更高的方案。
随着800G-ETC-R标准和8x100G可插拔模块解决方案成为800G以太网路当前的焦点,数据中心内仍存在布线和连接器的问题。 8x100G 解决方案每条链路需要 16 条光纤。多光纤推接 (MPO) 连接器和电缆包括多种可容纳 16 条光纤的选项。 MPO-16 和 MPO-12 两排(也称为 MPO-24)是显而易见的选择。双 MPO-12 连接器是添加功能,可用于 800G。除了这些 MPO 连接器之外,还有新型超小型连接器,例如 序号 和 多维数据中心 支持灵活的连接端口突破选项。随着 25.6 Tbps 交换机开始在数据中心部署,800G 连接端口分线可从一台交换机实现多达 256 个 100G 连接端口。这些高基数交换机为数据中心提供更高的密度和更高的效率。只有当 51.2 Tbps 交换芯片可用且支持 800G 甚至可能 1.6T 的连接端口开始出现时,这种趋势才会持续下去。
800G 相干光学
使用相干光学技术正在朝着 800G 以太网路迈出又一步。相干光学器件通常用于数据中心互连应用,可以使用高端调制技术在单根光纤上传输更多数据,传输距离更远,从而以更低的功耗实现更好的频谱效率。
光互联论坛(OIF)成功发展 400ZR,400G相干光实现协议,支持80公里至120公里的链路。该标准采用双偏振 DP-16QAM 调制,符号速率为 59.84 Gbaud,并配备可调谐雷射器,用于密集波分复用 (DWDM) 系统。可互通的 400ZR 可插拔光学组件利用嵌入模块中的低功耗数位信号处理器 (DSP),补偿光纤中的信号色散。
现在,OIF正在利用400ZR标准来定义2-10公里(800LR)和80-120公里(800ZR)的800G相干光标准。 800ZR 标准针对数据中心互连应用,包括用于放大 DWDM 链路的可调谐雷射器,而成本较低的 800LR 是更适合校园案例的固定波长标准。这些标准的制定将带来重大的技术挑战。为了在单波长上达到 800G 传输,需要考虑更高端的调制(32QAM 和 64QAM)以及 90 Gbaud 或更高的更高符号率。
展望 800G 之外
随着超大规模数据中心不断努力应对激增的数据流量,800G 以太网路交换机和可插拔光学模块将提供一些缓解。以太网路技术联盟的 800G 标准将有助于提供 800G 以太网路解决方案,直到几年後 IEEE 标准完成。随着 800G 以太网路交换机开始推出市场,8x100G 可插拔光学组件也应以 QSFP-DD800 和 OSFP 外形槼格提供。展望未来,每个信道 200G 信号将为 800G 提供额外的提升,并为 1.6Tb 以太网路奠定基础。
人工智能硬件将持续成长并发挥其重要性
随着人工智能越来越重要并应用于更多应用,对人工智能加速器硬件的须求将持续成长。无论是数据中心的人工智能训练还是网络边缘的人工智能推理,人工智能硬件都将持续发展,处理能力和效率都会不断提高。 OCP 旨在指定支持互通性和灵活性的开放式模块化人工智能基础设施,这无疑地帮助了人工智能解决方案提供者的开发工作。随着新的人工智能加速器硬件的出现,它现在可以快速部署,为许多新的复杂人工智能应用程序的数据提供动力。
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