Поскольку гипермасштабные центры обработки данных нуждаются в большей пропускной способности и начинают развертывать каналы 400 Gigabit Ethernet (GbE) в своих опорных сетях, уже наблюдается движение к новому стандарту 800 GbE. В отрасли уже внедряются 2×400 GbE (в совокупности 800G) в форм-факторах QSFP-DD800 и OSFP с поддержкой коммутаторов и линейных карт емкостью 25,6 Тб. Консорциум Ethernet-технологий (ETC) определила стандарт 800 GbE на основе двойного экземпляра 400 GbE PCS/FEC. Кроме того, подключаемые модули приемопередатчика 800G указаны в 800G Pluggable MSA, QSFP-DD MSA и OSFP MSA.

Когерентная оптика 400ZR является ключевым фактором внедрения 400 GbE в центрах обработки данных путем соединения региональных центров обработки данных с помощью DCI (Data Center Interconnect) путем передачи Ethernet напрямую по когерентным каналам. В настоящее время уже доступны некоторые запатентованные когерентно-оптические приемопередатчики 800G на длину волны. Однако в целях совместимости Оптический межсетевой форум (OIF) в настоящее время работает над определением 800ZR для решения задач DCI и 800G-LR для решения одноволновой когерентной связи на расстоянии до 10 км для кампусных приложений.

Итак, каков статус разработки стандарта 800G? В настоящее время IEEE 802.3 сформировал рабочую группу 802.3df для определения 800 GbE и 1600 GbE. Разработку целевой группы IEEE 802.3df можно разделить на три основных проекта:

1. Определите MAC, PCS и FEC 800/1600 GbE. Определите PMD для поддержки 800 GbE, например 800-KR/CR, 800G-SR8 (100 м), 800G-DR8 (500 м), 800G-FR8 (2 км), 800G-LR/LR8 (10 км), и 800G-ER/ER8 (40 км).
2. Основные усилия будут направлены на определение новых оптических PMD с пропускной способностью 200 Гбит на полосу. Определите PMD, такие как 800G-DR4 (500 м), 800G-FR4 (2 км) и 800G-LR4 (10 км).
3. Основная задача будет заключаться в определении электрических входов-выходов 200G на полосу. Определите PMD, например 200G-KR/CR, 1600G-DR8 (500 м), 1600G-FR8 (2 км), 800G-LR (10 км) и 800G-ZR (80 км).

Стандарты IEEE 800G охватывают 8x100G с использованием многомодового волокна на расстояние до 100 м, 8x100G с параллельным одномодовым волокном на расстояние до 500 м и 8x100G с мультиплексированием с разделением по длине волны (WDM) по одномодовому волокну на расстояние до 2 и 10 км. За ними следуют более эффективные PMD с пропускной способностью 200G на полосу. IEEE 802.3df требуется несколько лет для разработки новых стандартов Ethernet помимо 400G, поэтому Консорциум Ethernet Technology вмешался, чтобы определить стандарт 800 GbE MAC/PCS, основанный на существующем Ethernet 400G. Просто удвоив количество (виртуальных) линий FEC/PCS VL (с 16 до 32), был определен новый контроль доступа к среде передачи (MAC), который составляет восемь по 106,25 Гбит/с и работает на скорости 800 GbE. Используя в основном стандарт 400G IEEE 802.3bs, Консорциум Ethernet Technology сэкономил значительное время и усилия при разработке новой спецификации 800G, которую они назвали 800G-ETC-R (чтобы отличить ее от любого будущего стандарта IEEE).

На следующем рисунке показана высокоуровневая архитектура интерфейса 800G Консорциума технологий Ethernet. MAC был масштабирован до 800G, но существуют два физических подуровня кодирования с прямой коррекцией ошибок (FEC) из стандарта Ethernet 400G, которые были лишь слегка изменены. MAC распределяет данные по 32 каналам на два PCS, по 16 каналам данных со скоростью 25 Гбит/с на каждый PCS. Модифицированные маркеры выравнивания вставляются в каждую полосу данных PCS, чтобы обеспечить возможность приема и обработки потока данных 800G. 32 линии PCS затем мультиплексируются на уровне подключения физической среды (PMA) для подачи восьми линий 106,25 Гбит/с на уровень зависимости от физической среды (PMD).

Задача, стоящая сейчас перед отраслью, состоит в том, чтобы принять ETC 800 GbE PCS/FEC, который имеет 32 VL, или определить более эффективную PCS/FEC в IEEE 802.3df на основе 8 VL для 800 GbE и 16 VL для 1,6 TbE.

Задача IEEE 802.3df представляет собой сложную задачу по определению как 800 GbE, так и 1,6 TbE, которая включает в себя определение 13 оптических PMD, 6 медных (Cu) PMD и 6 AUI. Все PMD на основе 100G на полосу будут включены в ускоренный проект (~2023 г.), оптика 200G на полосу — в последующем проекте (~2024 г.), а 200G на полосу Cu/CR — в более позднем проекте ( ~2026).

Ключевая роль внедрения 800G в центрах обработки данных зависит от доступности подключаемых модулей оптических приемопередатчиков 800G. 800G Pluggable MSA группа выбрала недорогие модули 8x100G и модуль 4x200G. Недорогой модуль 8x100G имеет оптический интерфейс, состоящий из восьми параллельных одномодовых волокон (PSM) длиной от 2 до 100 метров, но стандарт IEEE 802.3df предполагает определить аналогичный PMD с дальностью действия 500 метров. Модуль 4x200G имеет оптический интерфейс, который использует мультиплексирование с разделением по длине волны (WDM) для передачи сигналов со скоростью 200 Гбит/с на четырех различных длинах волн по одному одномодовому волокну длиной от 2 метров до 2 км. Форм-факторы трансивера и электрические интерфейсы не указаны в 800G Pluggable MSA, хотя и QSFP-DD800, и OSFP определили интерфейсы 800G.

В дополнение КСФП-ДД MSA определила стандарт модуля 800G под названием QSFP-DD800, который поддерживает интерфейс 8x100G. Эта спецификация модуля включает восемь электрических линий, а также клетку и систему разъемов. Модули QSFP-DD800 также обратно совместимы с 8-канальным QSFP-DD и 4-канальным QSFP28.

Спецификация 800G Pluggable MSA для модуля 4x200G WDM предполагает, что 200G на линию станет предпочтительным выбором в будущем для скоростей Ethernet 800G и выше. Этот стандарт также предлагает включение дополнительного FEC, реализованного в модуле, для обеспечения надежной работы. Таким образом, в настоящее время в центре внимания 800G находится решение 8x100G, причем 4-полосное решение будет более рентабельным в будущем.

Поскольку стандарт 800G-ETC-R и подключаемые модульные решения 8x100G в настоящее время являются приоритетом для 800G Ethernet, остается проблема с кабелями и разъемами в центре обработки данных. Решение 8x100G требует 16 волокон для каждого канала. Разъемы и кабели Multi-fiber Push On (MPO) включают в себя ряд вариантов, вмещающих 16 волокон. Очевидным выбором являются MPO-16 и MPO-12 Two Row (также называемые MPO-24). Двойной разъем MPO-12 — это новое дополнение, которое можно использовать для 800G. Помимо этих разъемов MPO, существуют новые разъемы очень малого форм-фактора, такие как СН и МДЦ которые поддерживают гибкие варианты разделения портов. Поскольку в центрах обработки данных начинают развертываться коммутаторы со скоростью 25,6 Тбит/с, разветвление портов 800G позволяет использовать до 256 портов соединений 100G с одного коммутатора. Эти коммутаторы с большим основанием обеспечивают более высокую плотность и лучшую эффективность в центрах обработки данных. Эта тенденция продолжится только тогда, когда станет доступен коммутационный чип со скоростью 51.2 Tbps и начнут появляться порты, поддерживающие 800G и, возможно, 1,6T.

Еще один шаг к 800G Ethernet делается с использованием когерентной оптики. Когерентная оптика обычно используется для межсетевых соединений центров обработки данных, где она может передавать больше данных по одному волокну на большие расстояния с использованием методов модуляции более высокого порядка, что приводит к лучшей спектральной эффективности при меньшем энергопотреблении.

Оптический межсетевой форум (OIF) успешно развивался 400ZR, соглашение о внедрении когерентной оптической сети 400G, которое поддерживает линии связи на расстоянии от 80 до 120 км. В стандарте используется модуляция DP-16QAM с двойной поляризацией со скоростью передачи символов 59,84 Гбод с настраиваемым лазером для систем плотного мультиплексирования с разделением по длине волны (DWDM). В совместимой сменной оптике 400ZR используются маломощные цифровые сигнальные процессоры (DSP), встроенные в модуль и компенсирующие дисперсию сигнала в оптоволокне.

Сейчас OIF находится в процессе использования стандарта 400ZR для определения когерентных оптических стандартов 800G для 2–10 км (800LR) и 80–120 км (800ZR). Стандарт 800ZR предназначен для приложений межсетевого соединения в центрах обработки данных и включает в себя настраиваемый лазер для усиленных каналов DWDM, тогда как более дешевый 800LR представляет собой стандарт с фиксированной длиной волны, более подходящий для случаев использования в кампусах. Разработка этих стандартов повлечет за собой серьезные технические проблемы. Чтобы достичь скорости передачи 800G на одной длине волны, необходимо учитывать модуляции более высокого порядка (32QAM и 64QAM) и более высокие скорости передачи символов 90 Гбод или более.

В условиях, когда гипермасштабные центры обработки данных постоянно пытаются опережать растущие объемы трафика данных, коммутаторы 800G Ethernet и подключаемые оптические модули принесут некоторое облегчение. Стандарт 800G Консорциума технологий Ethernet будет способствовать созданию решений Ethernet 800G до тех пор, пока несколько лет спустя не будут разработаны стандарты IEEE. Поскольку коммутаторы Ethernet 800G начинают появляться на рынке, подключаемая оптика 8x100G также должна быть доступна в форм-факторах QSFP-DD800 и OSFP. Заглядывая в будущее, можно сказать, что передача сигналов 200G на полосу обеспечит дополнительный прирост скорости до 800G и заложит основу для Ethernet 1,6 Тбит.

Поскольку ИИ приобретает все большее значение и применяется во все большем количестве приложений, спрос на оборудование для ускорителей ИИ будет продолжать расти. Будь то обучение ИИ в центре обработки данных или вывод ИИ на границе сети, аппаратное обеспечение ИИ будет продолжать развиваться, увеличивая как вычислительную мощность, так и эффективность. Инициатива OCP по созданию открытой модульной инфраструктуры искусственного интеллекта, поддерживающей функциональную совместимость и гибкость, несомненно, помогла поставщикам решений искусственного интеллекта в их усилиях по разработке. По мере появления нового аппаратного ускорителя искусственного интеллекта его теперь можно быстро развернуть для обработки данных многих новых сложных приложений искусственного интеллекта.