تقنية إيثرنت 800 جيجا

نبذة

800G Ethernet هو معيار Ethernet عالي النطاق يمكنه نقل معدلات بيانات تبلغ 800 جيجابت في الثانية (جيجابت في الثانية). إنه يمثل أحدث التطورات في تقنية Ethernet وهو مصمم لتلبية الطلب المتزايد على نقل البيانات والقدرة على التعامل مع كميات كبيرة من البيانات.

توفر معايير اتحاد إيثرنت 25G و50G مواصفات تنفيذ 800G استنادًا إلى تقنية 8 Lanex100Gb/s، مما يتيح للمتبنين نشر تقنية Ethernet المتقدمة القابلة للتشغيل البيني ذات النطاق الترددي العالي.

يتم استخدام 800G Ethernet بشكل أساسي لمراكز البيانات الكبيرة وبيئات الخدمة السحابية والتطبيقات التي تتطلب نطاقًا تردديًا عاليًا. بالنسبة لهذه السيناريوهات، يمكنها توفير سرعة أعلى وإنتاجية أكبر وأداء أفضل للشبكة، وبالتالي دعم اتصالات البيانات بشكل أسرع وأكثر كفاءة.

معمار

تم تصميم تقنية Ethernet بسرعة 800 جيجابت/ثانية كواجهة تستخدم ثمانية ممرات بسرعة 106 جيجابت/ثانية باستخدام 2xClause 119 PCSs (400G) لتوصيل جهاز MAC واحد يعمل بسرعة 800 جيجابت/ثانية (على الرغم من تعديل وحدات 400G PCS، إلا أن هذا مجرد معدل مرتفع جدًا - مستوى النظرة المفاهيمية). ويوضح الشكل التالي البنية عالية المستوى.

في عملية التنفيذ المحددة، لا تقوم مواصفات 800GBASE-R ببساطة بربط جهازي 400G معًا ولكنها تقدم نظامًا جديدًا للتحكم في الوصول إلى الوسائط (MAC) وطبقة فرعية للترميز المادي (PCS) يمكنها تحقيق ذلك 800غ بأقل تكلفة. نظرًا لأن أجهزة الكمبيوتر الجديدة تحتوي على إعادة استخدام لأجهزة الكمبيوتر السابقة، فإنها تحتفظ بمعيار تصحيح الأخطاء الأمامي RS (544، 514) وتوفر ميزات جيدة للتوافق مع الإصدارات السابقة.

جهاز كمبيوتر شخصى/FEC

من خلال استخدام وحدتي PCS بسرعة 400 جيجابت/ثانية (بما في ذلك FEC) ودعم 32 مسارًا PCS (سرعة كل ممر 25 جيجابت/ثانية) لدعم قدرة 800 جيجابت/ثانية. يوضح الشكل أدناه تدفق بيانات TX PCS ووظائفها. يتم إنشاء ممرات 2 × 16 PCS من مكدسات PCS، ثم يتم تنفيذ تعدد الإرسال 4:1 بت بواسطة PMA إلى PMD لإنشاء ممرات 8x106G PMD.

الشكل أدناه عبارة عن رسم تخطيطي قدمته مجموعة عمل 800G Pluggable MSA في "الورقة البيضاء لـ 800G MSA"، وهو مخطط تنفيذ 800G يمكن إطلاقه بسرعة. من خلال إعادة ضبط اثنين من PMAs 400G، يتم الحصول على 800G PMA، ويتم تحديد 800G PMD منخفض التكلفة، ويتم تحقيق 800G Ethernet استنادًا إلى تقنية 8Gb/s ذات 100 قنوات.

التحديات

يستخدم تطبيق 800G Ethernet الحالي 8 قنوات، ويبلغ معدل نقل كل قناة 100 جيجابت في الثانية. يؤدي هذا إلى مضاعفة سرعة PAM4 (التعديل رباعي المستويات) من الجيل السابق الذي يبلغ 50 جيجابت في الثانية إلى 100 جيجابت في الثانية. سيعمل جهاز الإرسال والاستقبال من الجيل التالي 800G قيد التطوير على جعل معدل كل قناة يصل إلى 200 جيجابت في الثانية، الأمر الذي يجلب تحديات كبيرة لأنه يتطلب زيادة التعديل عالي الترتيب ومعدلات بيانات PAM4.

SerDes عالية السرعة واستهلاك الطاقة

ولدعم زيادة النطاق الترددي الإجمالي لشريحة التبديل، تتزايد أيضًا سرعة وقوة SerDes. حاليًا، زادت سرعة SerDes من 10 جيجابت/ثانية إلى 112 جيجابت/ثانية. ومع ذلك، أصبح استهلاك طاقة SerDes مهمًا لإجمالي استهلاك الطاقة للنظام. ستعمل شريحة التبديل من الجيل التالي على مضاعفة عرض النطاق الترددي مرة أخرى لأن المحول 102.4T سيحتوي على 512 قناة SerDes بسرعة 200 جيجابت/ثانية. ستدعم محولات السيليكون هذه 800G و1.6T على قنوات 224 جيجابت/ثانية.

حل:

SerDes عالي السرعة: ابحث عن تقنية SerDes عالية السرعة وقم بتطويرها لتلبية الطلب المتزايد على نقل البيانات. يتضمن ذلك زيادة السرعة وتقليل استهلاك الطاقة وتحسين سلامة إشارة SerDes. تحسين استهلاك الطاقة: اعتماد طريقة تصميم تحسين استهلاك الطاقة لتقليل استهلاك الطاقة في SerDes. يتضمن ذلك استخدام عمليات CMOS المتقدمة وتصميم الدوائر منخفضة الطاقة.

تعديل سعة النبض

تستخدم المرحلة الحالية من 800G Ethernet تقنية تعديل عالية الترتيب تستخدم PAM4 (تعديل سعة النبض ذو 4 مستويات) لنقل البيانات بحيث يحمل كل رمز أجزاء متعددة من المعلومات، وبالتالي زيادة معدل نقل البيانات.

يزيد التعديل ذو الترتيب الأعلى من عدد البتات لكل رمز ويوفر تبادلًا تجاريًاoff بين عرض النطاق الترددي للقناة وسعة الإشارة. يعد تعديل PAM4 متوافقًا مع الإصدارات السابقة مع الأجيال السابقة من المنتجات. هو - هي offتوفر نسبة إشارة إلى ضوضاء (SNR) أفضل مقارنةً بأنظمة التعديل الأعلى، مما يقلل الحمل الزائد لتصحيح الخطأ الأمامي (FEC) الذي يسبب الكمون.

الحلول:

واجهة أمامية تناظرية أفضل (AFE): بحث وتطوير واجهات أمامية تناظرية عالية الأداء لدعم مخططات التعديل ذات الترتيب الأعلى. قد يتضمن ذلك استعادة أكثر دقة للساعة وتقليل الارتعاش وقدرات أفضل لمعالجة الإشارات. تقنيات المعادلة المتقدمة: استخدم معالجة الإشارات الرقمية المبتكرة (DSP) وتقنيات المعادلة للتغلب على التشويه والضوضاء في القناة. وهذا يساعد على تحسين موثوقية إشارات PAM4. استكشاف أنظمة تعديل أعلى: على الرغم من استخدام PAM4 على نطاق واسع في شبكة إيثرنت 800G الحالية، إلا أن المعايير المستقبلية قد تعتمد أنظمة تعديل ذات ترتيب أعلى، مثل PAM6 أو PAM8. سيؤدي هذا إلى زيادة معدل الإرسال لكل رمز وزيادة التعقيد.

كيف يمكن تقليل معدل خطأ البت (BER) لشبكة 800G Ethernet؟

في نقل البيانات عالي السرعة، تتأثر الإشارة بعوامل التداخل والتوهين المختلفة عند المرور عبر القناة. وتشمل هذه العوامل توهين الإشارة والضوضاء والتداخل وعوامل تشويه الإشارة الأخرى. تتسبب هذه العوامل في حدوث أخطاء في البتات في الإشارة، مثل BER. في نقل البيانات، قد يؤدي وجود BER إلى تلف خطير في البيانات، مما يقلل من توفر البيانات وسلامتها. في معايير البيانات عالية السرعة السابقة، مثل 100G Ethernet، كانت معادلات الضبط الدقيق التقليدية وتقنيات معالجة الإشارات كافية لتقليل معدل الخطأ في البتات (BER). ومع ذلك، في شبكة إيثرنت 800G عالية السرعة، هناك حاجة إلى أساليب أكثر تعقيدًا للتعامل مع تحديات BER الأعلى. يستخدم تصحيح الأخطاء الأمامي (FEC) على نطاق واسع لتقليل معدل الخطأ في البتات (BER). يتضمن إضافة معلومات زائدة عن الحاجة في نقل البيانات لمساعدة المتلقي على اكتشاف أخطاء الإرسال وتصحيحها. تضيف خوارزميات تصحيح الأخطاء (FEC) بتات زائدة عن الحاجة في إطارات البيانات، مما يمكّن جهاز الاستقبال من إعادة بناء بتات البيانات المفقودة أو التالفة. ويساعد ذلك على تحسين موثوقية نقل البيانات، خاصة في الشبكات عالية السرعة.

في مراحل التطوير اللاحقة، مثل أنظمة 200 جيجابت/ثانية، هناك حاجة إلى خوارزميات FEC أكثر تعقيدًا للتعامل مع تحديات BER الأعلى. قد تتضمن هذه الخوارزميات استخدام بيانات أكثر تكرارًا وآليات أكثر تعقيدًا لتصحيح الأخطاء لضمان موثوقية نقل البيانات.

كيفية تحسين كفاءة استخدام الطاقة لشبكة 800G Ethernet؟

يعد تحسين كفاءة استخدام الطاقة لشبكة 800G Ethernet تحديًا مهمًا، خاصة في مراكز البيانات واسعة النطاق. على الرغم من أن تصميم الوحدة الضوئية أصبح أكثر كفاءة، مما يقلل من استهلاك الطاقة لكل بت، إلا أن استهلاك الطاقة الإجمالي للوحدات لا يزال يمثل مشكلة خطيرة، حيث تحتوي مراكز البيانات الكبيرة عادةً على عشرات الآلاف من الوحدات الضوئية. تتمثل إحدى طرق حل مشكلة استهلاك الطاقة للوحدات الضوئية في استخدام الأجهزة الضوئية المجمعة معًا. تدمج هذه التقنية وظيفة التحويل الإلكتروني البصري ضمن حزمة الوحدة الضوئية، مما يقلل من استهلاك الطاقة لكل وحدة. يمكن أن توفر الأجهزة الضوئية المعبأة بشكل مشترك مزايا مختلفة، بما في ذلك كفاءة أعلى في استخدام الطاقة وأحجام عبوات أصغر.

ما هي فوائد 800G إيثرنت؟

• زيادة عرض النطاق الترددي وسرعة البيانات: مع التطور السريع للتقنيات مثل البيانات الضخمة والذكاء الاصطناعي والخدمات السحابية وما إلى ذلك، تتزايد حركة البيانات باستمرار. والأهم من ذلك، أن شبكة 800G Ethernet يمكنها التعامل مع المزيد من تدفقات البيانات واتصالات الشبكة في وقت واحد. بالإضافة إلى ذلك، تحقق شبكة 800G Ethernet تحميل البيانات وتنزيلها ونقلها بشكل أسرع، مما يحسن كفاءة معالجة البيانات وتجربة المستخدم. مع زيادة عرض النطاق الترددي وسرعة البيانات، تدعم شبكة 800G Ethernet نقل البيانات عالي الكثافة وواسع النطاق، مع ضمان التشغيل المستقر والفعال للشبكة.
• مجال الحوسبة عالية الأداء: في تطبيقات الحوسبة عالية الأداء، مثل الحوسبة العلمية وتدريب الذكاء الاصطناعي، هناك حاجة إلى قدرات نقل البيانات ومعالجتها بسرعة عالية. تعمل شبكة 800G على تحسين سرعة نقل البيانات وأداء أعلى للشبكة، للحفاظ على تشغيل مهام الحوسبة عالية الأداء. وهذا مهم جدًا للتطبيقات التي تتعامل مع الحسابات المعقدة واسعة النطاق، مثل البحث العلمي، وتحليل البيانات الضخمة، والتدريب على الذكاء الاصطناعي. سيؤدي تقديم شبكة 800G Ethernet إلى تعزيز الابتكار والتطوير في مجال الحوسبة عالية الأداء.
• دعم مراكز البيانات واسعة النطاق: تعد مراكز البيانات أماكن رئيسية لتخزين ومعالجة كميات كبيرة من البيانات. يمكن أن يؤدي ظهور تقنية 800G Ethernet إلى تحسين أداء مراكز البيانات بشكل كبير، وتسريع سرعة نقل البيانات وقدرات المعالجة، وتوفير إنتاجية أعلى وزمن وصول أقل لمراكز البيانات. باختصار، تلعب شبكة 800G Ethernet دورًا مهمًا للغاية في بيئة الشبكة الحالية، مما يمثل اتجاه التطوير المستقبلي لتكنولوجيا الشبكة.

الوضع الحالي لمنتجات 400G/800G Ethernet

ملحوظة: البيانات الواردة في الجدول أعلاه تأتي بشكل أساسي من صفحات تقديم المنتج الخاصة بمختلف الشركات المصنعة offالمواقع الإلكترونية (ديسمبر 2023).