À medida que os data centers de hiperescala buscam mais largura de banda e começam a implantar links de 400 Gigabit Ethernet (GbE) em suas redes espinhais, já há movimentos em direção a um novo padrão de 800 GbE. O setor já está implantando 2×400 GbE (um total de 800G) em formatos QSFP-DD800 e OSFP para oferecer suporte a switches e placas de linha de 25,6 TB. Consórcio de Tecnologia Ethernet (ETC) definiu um padrão de 800 GbE baseado em instância dupla de PCS/FEC de 400 GbE. Além disso, módulos transceptores plugáveis de 800G foram especificados pelo MSA Plugável de 800G, pelo MSA QSFP-DD e pelo MSA OSFP.

A óptica coerente 400ZR é um fator-chave para a expansão de 400 GbE em data centers, interconectando data centers regionais usando DCI (Data Center Interconnect) e transportando Ethernet diretamente em links coerentes. Atualmente, já existem alguns transceptores ópticos coerentes proprietários de 800G por comprimento de onda disponíveis. No entanto, para fins de interoperabilidade, o Fórum de Interconexão Óptica (OIF) está trabalhando para definir o 800ZR para atender a aplicações DCI e o 800G-LR para atender a aplicações coerentes de comprimento de onda único de até 10 km para campus.

Então, qual é o status do desenvolvimento do padrão 800G? Atualmente, o IEEE 802.3 formou a força-tarefa 802.3df para especificar 800 GbE e 1600 GbE. O desenvolvimento da força-tarefa IEEE 802.3df pode ser categorizado em três projetos principais:

1. Defina MAC, PCS e FEC de 800/1600 GbE. Defina PMDs compatíveis com 800 GbE, como 800-KR/CR, 800G-SR8 (100 m), 800G-DR8 (500 m), 800G-FR8 (2 km), 800G-LR/LR8 (10 km) e 800G-ER/ER8 (40 km).
2. Um esforço importante será definir novos PMDs ópticos de 200G por faixa. Defina PMDs como 800G-DR4 (500 m), 800G-FR4 (2 km) e 800G-LR4 (10 km).
3. Um esforço importante será definir IOs elétricos de 200G por faixa. Defina PMD como 200G-KR/CR, 1600G-DR8 (500 m), 1600G-FR8 (2 km), 800G-LR (10 km) e 800G-ZR (80 km).

Os padrões IEEE 800G abrangem 8x100G usando fibra multimodo para até 100 m, 8x100G fibra monomodo paralela para até 500 m e 8x100G multiplexação por divisão de comprimento de onda (WDM) sobre fibra monomodo para até 2 km e 10 km. Seguido por PMDs mais eficientes baseados em 200G por faixa. O IEEE 802.3df precisa de vários anos para desenvolver novos padrões Ethernet além de 400G, então o Ethernet Technology Consortium interveio para definir um padrão MAC/PCS de 800 GbE baseado de perto no Ethernet de 400G existente. Simplesmente dobrando o número de faixas FEC/PCS VL (virtuais) (de 16 para 32), um novo controle de acesso à mídia (MAC) foi especificado, com oito por 106,25 Gbps e operando a 800 GbE. Ao aproveitar principalmente o padrão 400G IEEE 802.3bs, o Ethernet Technology Consortium economizou tempo e esforço consideráveis no desenvolvimento da nova especificação 800G, que eles estão chamando de 800G-ETC-R (para diferenciá-la de qualquer futuro padrão IEEE).

A figura a seguir mostra a arquitetura de alto nível de uma interface Ethernet Technology Consortium 800G. O MAC foi ampliado para 800G, mas há duas subcamadas de codificação física com correção de erros antecipada (FEC) do padrão Ethernet 400G que foram apenas ligeiramente modificadas. O MAC distribui dados por 32 pistas para os dois PCSs, 16 pistas de dados de 25 Gbps para cada PCS. Marcadores de alinhamento modificados são inseridos em cada pista de dados do PCS para garantir que um fluxo de dados de 800G possa ser recebido e processado. As 32 pistas do PCS são então multiplexadas na camada Physical Medium Attachment (PMA) para alimentar oito pistas de 106,25 Gbps para a camada Physical Medium Dependent (PMD).

O desafio que a indústria enfrenta agora é adotar o ETC 800 GbE PCS/FEC, que tem 32 VLs, ou definir um PCS/FEC mais eficiente no IEEE 802.3df com base em 8 VLs para 800 GbE e 16 VLs para 1,6 TbE.

A tarefa IEEE 802.3df é um grande empreendimento, pois define 800 GbE e 1,6 TbE, o que inclui a definição de 13 PMDs ópticos, 6 PMDs de cobre (Cu) e 6 AUIs. Todos os PMDs baseados em 100 G por faixa estarão no projeto acelerado (~2023), os ópticos de 200 G por faixa no projeto subsequente (~2024) e os 200 G por faixa Cu/CR estarão em um projeto posterior (~2026).

Uma parte fundamental da adoção do 800G em data centers depende da disponibilidade de módulos transceptores ópticos conectáveis de 800G. MSA conectável 800G O grupo especificou um módulo 8x100G de baixo custo e um módulo 4x200G. O módulo 8x100G de baixo custo especifica uma interface óptica composta por oito fibras monomodo (PSM) paralelas para comprimentos de 2 a 100 metros, mas o IEEE 802.3df espera definir uma PMD semelhante com um alcance de 500 metros. O módulo 4x200G especifica uma interface óptica que usa multiplexação por divisão de comprimento de onda (WDM) para transmitir sinais de 200 Gbps em quatro comprimentos de onda diferentes em uma fibra monomodo de comprimento de 2 metros a 2 km. Os fatores de forma do transceptor e as interfaces elétricas não são especificados pelo MSA plugável 800G, embora tanto o QSFP-DD800 quanto o OSFP tenham definido interfaces 800G.

Além disso, o QSFP-DD MSA definiu um padrão de módulo 800G chamado QSFP-DD800, que suporta uma interface 8x100G. Esta especificação de módulo inclui oito pistas elétricas, bem como o sistema de gaiola e conector. Os módulos QSFP-DD800 também são compatíveis com versões anteriores do QSFP-DD de 8 pistas e do QSFP28 de 4 pistas.

A especificação MSA Plugável 800G para o módulo WDM 4x200G prevê que 200G por via se torne a escolha preferencial para velocidades Ethernet de 800G e superiores. Este padrão também propõe a inclusão de um FEC adicional implementado no módulo para garantir uma operação confiável. Portanto, o foco atual para 800G é uma solução 8x100G, sendo a solução de 4 vias algo que será mais econômico no futuro.

Com o padrão 800G-ETC-R e as soluções de módulos plugáveis 8x100G sendo o foco atual para Ethernet 800G, ainda há a questão do cabeamento e dos conectores dentro do data center. A solução 8x100G requer 16 fibras para cada link. Conectores e cabos multifibra Push-On (MPO) incluem diversas opções que acomodam 16 fibras. MPO-16 e MPO-12 de duas fileiras (também chamado de MPO-24) são escolhas óbvias. Um conector MPO-12 duplo é uma nova adição que pode ser usada para 800G. Além desses conectores MPO, existem novos conectores de fator de forma muito pequeno, como SN e MDC que suportam opções flexíveis de breakout de portas. À medida que switches de 25,6 Tbps começam a ser implantados em data centers, o breakout de portas de 800G permite até 256 portas de conexões de 100G a partir de um único switch. Esses switches de alta densidade oferecem maior densidade e melhor eficiência em data centers. Essa tendência só continuará quando o silício de comutação de 51,2 Tbps estiver disponível e portas com suporte a 800G e possivelmente 1,6T começarem a aparecer.

Mais um passo em direção à Ethernet 800G está sendo dado com o uso da óptica coerente. A óptica coerente é normalmente usada em aplicações de interconexão de data centers, permitindo o transporte de mais dados por uma única fibra óptica por distâncias maiores, utilizando técnicas de modulação de ordem superior, resultando em melhor eficiência espectral com menor consumo de energia.

O Fórum de Interconexão Óptica (OIF) desenvolveu com sucesso 400ZR, um acordo de implementação óptica coerente de 400G que suporta enlaces de 80 km a 120 km. O padrão utiliza modulação DP-16QAM de polarização dupla a uma taxa de símbolos de 59,84 Gbaud com um laser ajustável para sistemas de multiplexação por divisão de comprimento de onda denso (DWDM). A óptica plugável 400ZR interoperável utiliza processadores de sinais digitais (DSPs) de baixa potência incorporados ao módulo, compensando a dispersão do sinal na fibra.

Atualmente, a OIF está em processo de alavancar o padrão 400ZR para definir padrões ópticos coerentes de 800G para 2 a 10 km (800LR) e 80 a 120 km (800ZR). O padrão 800ZR é voltado para aplicações de interconexão de data centers e inclui um laser ajustável para links DWDM amplificados, enquanto o 800LR, de menor custo, é um padrão de comprimento de onda fixo mais adequado para casos de uso em campus. O desenvolvimento desses padrões envolverá desafios técnicos significativos. Para atingir a transmissão de 800G em um único comprimento de onda, modulações de ordem superior (32QAM e 64QAM) e taxas de símbolos mais altas, de 90 Gbaud ou mais, precisam ser consideradas.

Com os data centers de hiperescala lutando continuamente para se manter à frente do crescente volume de tráfego de dados, switches Ethernet 800G e módulos ópticos plugáveis proporcionarão algum alívio. O padrão 800G do Ethernet Technology Consortium ajudará a fornecer soluções Ethernet 800G até que os padrões IEEE sejam concluídos alguns anos depois. À medida que os switches Ethernet 800G começarem a chegar ao mercado, os módulos ópticos plugáveis 8x100G também deverão estar disponíveis nos formatos QSFP-DD800 e OSFP. Olhando para o futuro, a sinalização de 200G por faixa proporcionará um impulso adicional ao 800G e estabelecerá as bases para a Ethernet de 1,6 TB.

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