ハイパースケール データセンターがより多くの帯域幅を求め、スパイン ネットワークに 400 ギガビット イーサネット (GbE) リンクの導入を開始するにつれて、新しい 800 GbE 標準に向けた動きがすでに始まっています。業界はすでに、25.6 Tb スイッチとラインカードをサポートする QSFP-DD800 および OSFP フォームファクターに 2×400 GbE (800G の合計) を導入しています。の イーサネット技術コンソーシアム (ETC) は、400 GbE PCS/FEC のデュアル インスタンスに基づいた 800 GbE 標準を定義しました。さらに、800G プラガブル トランシーバ モジュールは、800G プラガブル MSA、QSFP-DD MSA、および OSFP MSA によって指定されています。

コヒーレント 400ZR オプティクスは、イーサネットをコヒーレント リンク上で直接転送することにより、DCI (データ センター インターコネクト) を使用して地域のデータ センターを相互接続することにより、データ センターにおける 400 GbE の主要な推進力となります。現在、波長ごとに独自の 800G コヒーレント光トランシーバーがいくつかすでに入手可能です。ただし、相互運用性を確保するために、Optical Internetworking Forum (OIF) は現在、DCI アプリケーションに対応する 800ZR と、キャンパス アプリケーション向けに最大 10 km の単一波長コヒーレントに対応する 800G-LR を定義する作業を行っています。

では、800G規格の開発状況はどうなっているのでしょうか？現在、IEEE 802.3 は 800 GbE と 1600 GbE を指定するための 802.3df タスクフォースを結成しています。 IEEE 802.3df タスクフォースの開発は、次の 3 つの主要プロジェクトに分類できます。

1. 800/1600 GbE MAC、PCS、および FEC を定義します。 800 GbE をサポートする PMD を定義します。例: 800-KR/CR、800G-SR8 (100 m)、800G-DR8 (500 m)、800G-FR8 (2 km)、800G-LR/LR8 (10 km)、および 800G-ER/ER8 (40 km)。
2. 主な取り組みは、レーンあたり 200G の新しい光 PMD を定義することです。 800G-DR4 (500 m)、800G-FR4 (2 km)、800G-LR4 (10 km) などの PMD を定義します。
3. 主な取り組みは、レーンあたり 200G の電気 IO を定義することです。 200G-KR/CR、1600G-DR8 (500 m)、1600G-FR8 (2 km)、800G-LR (10 km)、800G-ZR (80 km) などの PMD を定義します。

IEEE 800G 標準は、マルチモード ファイバを使用した最長 100 m の 8x100G、最長 500 m の 8x100G パラレル シングルモード ファイバ、および最長 2 km および 10 km のシングルモード ファイバを介した 8x100G 波長分割多重 (WDM) をカバーします。続いて、レーンあたり 200G に基づいたより効率的な PMD が続きます。 IEEE 802.3df が 400G を超える新しいイーサネット標準を開発するには数年かかるため、イーサネット技術コンソーシアムが介入して、既存の 400G イーサネットに厳密に基づいた 800 GbE MAC/PCS 標準を定義しました。 FEC/PCS VL (仮想) レーンの数を単純に 2 倍 (16 から 32) にすることで、8 x 106.25 Gbps で 800 GbE で動作する新しいメディア アクセス コントロール (MAC) が指定されました。 400G IEEE 802.3bs 標準を主に活用することで、イーサネット テクノロジー コンソーシアムは、(将来の IEEE 標準と区別するために 800G-ETC-R と呼ぶ) 新しい 800G 仕様の開発にかなりの時間と労力を節約しました。

次の図は、イーサネット テクノロジー コンソーシアム 800G インターフェイスの高レベル アーキテクチャを示しています。 MAC は 800G までスケールアップされましたが、400G イーサネット標準の前方誤り訂正 (FEC) を備えた物理コーディング サブレイヤが 2 つあり、わずかに変更されているだけです。 MAC は 32 レーンにわたってデータを 2 つの PCS に分散し、25 Gbps データの 16 レーンが各 PCS に分散されます。 800G データ ストリームを確実に受信して処理できるように、修正されたアライメント マーカーが各 PCS データ レーンに挿入されます。 32 個の PCS レーンは物理媒体接続 (PMA) 層で多重化され、8 つの 106.25 Gbps レーンを物理媒体依存 (PMD) 層に供給します。

業界が現在直面している課題は、32 の VL を持つ ETC 800 GbE PCS/FEC を採用するか、800 GbE の場合は 8 VL、1.6 TbE の場合は 16 VL に基づいて、IEEE 802.3df でより効率的な PCS/FEC を定義することです。

IEEE 802.3df タスクは、800 GbE と 1.6 TbE の両方を定義する大仕事であり、これには 13 個の光 PMD、6 個の銅 (Cu) PMD、および 6 個の AUI の定義が含まれます。レーンあたり 100G に基づくすべての PMD は高速トラック プロジェクト (～2023 年) に含まれ、レーンあたり 200G の光学系は後続プロジェクト (～2024 年) に含まれ、レーンあたり 200G の Cu/CR はそれ以降のプロジェクトに含まれる予定です ( ～2026年）。

データセンターにおける 800G 導入の重要な部分は、800G プラグイン可能な光トランシーバ モジュールの可用性によって決まります。の 800G Pluggable MSA グループは、低コストの 8x100G モジュールと 4x200G モジュールを指定しました。低コストの 8x100G モジュールは、長さ 2 メートルから 100 メートルの 8 本の並列シングルモード (PSM) ファイバで構成される光インターフェイスを指定しますが、IEEE 802.3df は、到達距離 500 メートルの同様の PMD を定義することを想定しています。 4x200G モジュールは、波長分割多重 (WDM) を使用して、長さ 2 メートル～2 km の 1 本のシングルモード ファイバ上で 4 つの異なる波長で 200 Gbps 信号を送信する光インターフェイスを指定します。 QSFP-DD800 と OSFP の両方で 800G インターフェイスが定義されていますが、トランシーバーのフォーム ファクターと電気インターフェイスは 800G Pluggable MSA では指定されていません。

加えて QSFP-DD MSA は、8x100G インターフェイスをサポートする QSFP-DD800 と呼ばれる 800G モジュール標準を定義しました。このモジュール仕様には、8 つの電気レーンとケージおよびコネクタ システムが含まれています。 QSFP-DD800 モジュールは、8 レーン QSFP-DD および 4 レーン QSFP28 との下位互換性もあります。

4x200G WDM モジュールの 800G Pluggable MSA 仕様は、800G 以上のイーサネット速度ではレーンあたり 200G が将来の好ましい選択肢になることを予期しています。この規格は、信頼性の高い動作を保証するために、モジュールに追加の FEC を実装することも提案しています。したがって、800G の現在の焦点は 8x100G ソリューションであり、将来的にはよりコスト効率の高い 4 レーン ソリューションになります。

800G-ETC-R 標準および 8x100G プラガブル モジュール ソリューションが 800G イーサネットの現在の焦点となっているため、データセンター内のケーブル配線とコネクタの問題が依然として残っています。 8x100G ソリューションでは、リンクごとに 16 本のファイバーが必要です。マルチファイバー プッシュ オン (MPO) コネクタとケーブルには、16 ファイバーに対応する多数のオプションが含まれています。 MPO-16 および MPO-12 Two Row (MPO-24 とも呼ばれます) は明らかな選択肢です。デュアル MPO-12 コネクタが新たに追加され、800G に使用できます。これらの MPO コネクタに加えて、次のような新しい非常に小型のフォーム ファクタ コネクタもあります。 SN そして MDC 柔軟なポート ブレークアウト オプションをサポートします。 25.6 Tbps スイッチがデータセンターに導入され始めると、800G ポート ブレークアウトにより、1 つのスイッチから最大 256 ポートの 100G 接続が可能になります。これらの高基数スイッチは、データセンターの高密度化と効率の向上を実現します。この傾向は、51.2 Tbps スイッチング シリコンが利用可能になり、800G およびおそらく 1.6T をサポートするポートが登場し始めたときにのみ継続します。

コヒーレント光を使用して、800G イーサネットに向けた新たな一歩が踏み出されています。コヒーレント光は通常、データセンターの相互接続アプリケーションに使用され、高次の変調技術を使用して単一のファイバーでより多くのデータを長距離に伝送できるため、消費電力が低くなりスペクトル効率が向上します。

Optical Internetworking Forum (OIF) は開発に成功しました。 400ZR、80 km から最大 120 km までのリンクをサポートする 400G コヒーレント光実装契約。この規格では、高密度波長分割多重 (DWDM) システム用に調整可能なレーザーを使用して、59.84 Gbaud のシンボル レートで二重偏波 DP-16QAM 変調を使用します。相互運用可能な 400ZR プラガブル光学系は、モジュールに組み込まれた低電力デジタル信号プロセッサ (DSP) を利用し、ファイバ内の信号分散を補償します。

現在、OIF は 400ZR 規格を活用して、2 ～ 10 km (800LR) および 80 ～ 120 km (800ZR) の 800G コヒーレント光規格を定義するプロセスを進めています。 800ZR 標準はデータセンターの相互接続アプリケーションを対象としており、増幅された DWDM リンク用の調整可能なレーザーを備えています。一方、低コストの 800LR はキャンパスの使用例により適した固定波長標準です。これらの標準の開発には、重大な技術的課題が伴います。単一波長で 800G 伝送を達成するには、高次変調 (32QAM および 64QAM) と 90 Gbaud 以上のより高いシンボル レートを考慮する必要があります。

ハイパースケール データセンターは、急増するデータ トラフィック量に対応するのに常に苦労していますが、800G イーサネット スイッチとプラグイン可能な光モジュールは、ある程度の軽減をもたらします。 Ethernet Technology Consortium の 800G 標準は、数年後に IEEE 標準が完成するまで、800G Ethernet ソリューションの提供に役立ちます。 800G イーサネット スイッチが市場に出始めると、8x100G プラガブル オプティクスも QSFP-DD800 および OSFP フォーム ファクタで利用できるようになるはずです。さらに将来を見据えると、レーンあたり 200G のシグナリングによって 800G がさらに強化され、1.6Tb イーサネットの基礎が築かれるでしょう。

AI の重要性が高まり、より多くのアプリケーションに適用されるにつれて、AI アクセラレータ ハードウェアの需要は増加し続けるでしょう。データセンターでの AI トレーニングであれ、ネットワーク エッジでの AI 推論であれ、AI ハードウェアは進化し続け、処理能力と効率の両方が向上します。相互運用性と柔軟性をサポートするオープン モジュラー AI インフラストラクチャを指定する OCP の取り組みは、間違いなく AI ソリューション プロバイダーの開発作業に役立ちました。新しい AI アクセラレータ ハードウェアが登場すると、それを迅速に導入して、多くの新しい複雑な AI アプリケーションのデータを処理できるようになります。