400G-Rechenzentrumslösung: Switches, Smart NICs und optische Module

Der Markt für 400G-Rechenzentrumsnetzwerke wächst schnell, wobei Switching-Chips mit größerem Durchsatz, optische Anschlüsse mit höherer Geschwindigkeit und ein explosionsartiges Datenwachstum zusammen das Wachstum von Rechenzentrumsnetzwerken beschleunigen.

Darüber hinaus müssen Rechenzentren mit dem robusten Wachstum von 5G und dem schnellen Wachstum videobasierter Datenübertragungen ihre Kapazität aufrüsten, um die schnell wachsende Nachfrage nach daten- und bandbreitenintensiven Anwendungen zu befriedigen. All diese Faktoren treiben das kontinuierliche Wachstum des Rechenzentrumsverkehrs und die Nachfrage nach 400G-Rechenzentrumsnetzwerklösungen mit hoher Kapazität voran. Da der Anstieg der Kapazitätsanforderungen für datenintensive Anwendungen die aktuelle Hochgeschwindigkeitsübertragungskapazität bei weitem übersteigt, ist 400G bereit, eine sich entwickelnde Technologie mit relativ niedrigeren Betriebskosten und einem geringeren Platzbedarf zu sein, um den dringenden Bedarf an Glasfaserkonnektivität besser zu decken.

Übersicht über 400G-Netzwerke

In den letzten Jahrzehnten haben wir eine Verschiebung der Ethernet-Geschwindigkeiten von 1G, 10G/40G zu 25G/100G erlebt, und die Ethernet-Industrie setzt weiterhin auf Innovationen, um höhere Netzwerkgeschwindigkeiten zu erreichen. Bevor wir behandeln können, worum es bei 400G-Netzwerken geht, müssen wir die verschiedenen Arten verstehen, wie 400G im Gespräch über Rechenzentrumsnetzwerke definiert und verwendet wird.

400G: Die Begriffe 100G und 400G beziehen sich auf die Schnittstellen-Serdesrate, also die Übertragungskapazität eines einzelnen Kanals. Es wird oft verwendet, um die Übertragungsrate einer einzelnen Schnittstelle verbal zu beschreiben, und wird manchmal synonym mit 400 GbE und 400 Gb/s verwendet.

400 GbE: bezieht sich auf die Kapazitätsrate der nächsten Generation, die über eine einzelne Verbindung in einer Ethernet-Schnittstelle übertragen werden kann. Es basiert auf dem IEEE 802.3bs-Zertifizierungsstandard, den die 400-GbE-Physical-Layer, Verwaltungsparameter und MAC-Parameter (Media Access Control) erfüllen müssen.

400 Gb/s: bezieht sich auf die Geschwindigkeit der Datenübertragung und beschreibt normalerweise die maximale Übertragungsrate, die von einem Geräteanschluss unterstützt wird, oder die Übertragungsrate eines optischen Anschlusses.

Funktionsprinzip des 400G-Netzwerks

Wir sind vielleicht mit 100G-Netzwerken vertraut, die vier NRZ-modulierte 25G-Signale auf einer einzigen Schnittstelle verwenden, um 100G-Übertragungen abzuschließen. Die Ethernet-Übertragungsrate wird normalerweise auf zwei Arten erhöht: Erhöhung der Einzelkanal-Übertragungsrate und Erhöhung der Anzahl der Kanäle, während 400G die Einzelkanalübertragung genau verdoppelt und auch die Anzahl der Kanäle verdoppelt, indem acht 50G-Signale durch die PAM4-Modulationstechnologie übertragen werden, um 400G zu erreichen Übertragung (QSFP-DD).

PAM4-Übertragungsprinzip

Vorteile der 400G-Netzwerkbereitstellung

Höhere Übertragungsdichte: Am Beispiel des 100G-Switch beträgt die Portdichte des NVIDIA 100G-Switch SN2700/3700C 32*100G/U, während der 400G-Switch SN4700 32 400G-QSFPDD-Ports in einem 1U-Panel hat, was eine viermal höhere Dichte bei gleicher Höhe darstellt.

Niedrigerer Sendeleistungsverbrauch: Standardization Administration of China genehmigt die Veröffentlichung von Höchstzulässige Werte der Energieeffizienz und Energieeffizienzklassen für Daten Center am 11. Oktober 2021, wodurch die Reduzierung des Übertragungsenergieverbrauchs zu einer der obersten Prioritäten für Rechenzentren wird. Im Vergleich zu 100G hat 400G einen geringeren Energieverbrauch pro Informationsübertragungseinheit, was auch den Anforderungen an Energieeinsparung und Umweltschutz entspricht.

Skalierbarkeit: 100G QSFP28 Ports unterstützen im Allgemeinen zwei Übertragungsmodi: 100G bis 100G und 100G bis 4X25G. Und der 400G-Switch mit NVIDIA SN4700 unterstützt 400G bis 400G, 400G bis 2X200G, 400G bis 4X100G, 400G bis 8X50G und andere Übertragungsmodi, die verschiedene Netzwerkarchitekturen erfüllen können.

Von NVIDIA SN4700-Switches unterstützte Port-Modi

Die Trends des 400G-Netzwerks

Trend 1: QSFP-DD. QSFP-DD ist das erste seiner Art, das ausnahmslos einen durchgängigen gemeinsamen Formfaktor für alle Verbindungskabel, egal ob Kupfer oder Langstreckenfaser, ermöglicht. Die aus 65 Organisationen bestehende QSFP-DD Multi-Source Agreement (MSA)-Gruppe hat außerdem Version 4.0 der Common Management Interface Specification (CMIS) für die externe QSFP-DD-Spezifikation veröffentlicht. Mit zunehmender Verbreitung von 400G wird QSFP-DD die kleinsten 400-Module auf dem Rechenzentrumsmarkt mit der höchsten Port-Bandbreitendichte bereitstellen, und CMIS wird dazu beitragen, dies sicherzustellen QSFP-DD-Module sind abwärtskompatibel mit allen QSFP-basierten Transceivern, einschließlich weit verbreiteter 40G/100G/200G-Produkte. Das QSFP-DD ist weithin für seine leistungsstarke Leistung bekannt und eignet sich am besten für den Einsatz als hochdichtes, steckbares Hochgeschwindigkeitsmodul in 400G-Rechenzentrumsnetzwerken.

Trend 2: Remote Direct Memory Access über Converged Ethernet (RoCE). 400G-Datennetze sind der Schlüssel zur Beschleunigung der Einführung der RoCE-Technologie im Rechenzentrum. RDMA unterstützt Zero-Replication-Netzwerke, die es Netzwerkadaptern ermöglichen, Daten direkt mit dem Anwendungsspeicher zu übertragen, wodurch die Notwendigkeit entfällt, Daten zwischen dem Anwendungsspeicher und den Datenpuffern des Betriebssystems zu replizieren. Insbesondere das RoCEv2-Protokoll unterstützt RDMA über die L3-Grenze hinweg.

Trend 3: Schlau NIC. Das Aufkommen von SmartNIC spielt eine Schlüsselrolle bei 400G, um die neuen massiven Bandbreitenanforderungen von Rechenzentren zu erfüllen. Aktuelle Versionen von SmartNIC offEr verfügt über zwei 25G/50G/100G/200G-Ports oder einen 400G-Port sowie Ethernet-Verbindungen mit 50G-PAM4-SerDes-Funktionen und PCIE 4.0-Hostverbindungen. Wir sehen die SmartNIC als integralen Bestandteil der Verbesserung der Netzwerkprogrammierbarkeit und der Beschleunigung der Anwendungslastumleitung, die für die Steigerung der Rechenzentrumseffizienz entscheidend ist.

Full-Stack-Netzwerklösungen von FiberMall

FiberMall bietet Kunden Full-Stack-Netzwerklösungen basierend auf seinem Verständnis des Entwicklungstrends von Hochgeschwindigkeitsnetzwerken und Durchbrüchen in der optoelektronischen Gerätetechnologie.

FiberMall's 400G-Netzwerklösung für Rechenzentren

Switches

FiberMall offEr verwendet den SN4410/SN4700 auf der Switch-Seite jeweils als Leaf/Spine-Switch, und die Spectrum-3-basierten Switches der SN4000-Serie unterstützen Übertragungsraten von bis zu 400 G zusammen mit fortschrittlicher Netzwerkvirtualisierungstechnologie, hoher Leistung, Einzelkanal-VXLAN-Routing und IPv6/Multiprotokoll Label Switching (MPLS) Segment Routing und robuste Datenpfade mit hoher Bandbreite für RoCE-basierte und GPUDirect-basierte Anwendungen.

NVIDIA-Schalter

SmartNIC

FiberMall offverfügt auf der NIC-Seite über NVIDIA ConnectX SmartNIC mit NVIDIA ASAP2 (Accelerated Switching and Datagram Processing Technology®), das die Netzwerkleistung beschleunigt und gleichzeitig die CPU-Last bei der Übertragung von IP-Datagrammen (Internet Protocol) reduziert, wodurch mehr Prozessorzyklen für die Anwendungsausführung freigesetzt werden. Mit unübertroffener RoCE-Leistung bieten ConnectX-Smartcards effiziente, hochleistungsfähige RDMA-Dienste (Remote Direct Memory Access) für bandbreiten- und latenzempfindliche Anwendungen. Ebenfalls erhältlich ist die NVIDIA Bluefield DPU, die die Leistung von ConnectX mit programmierbaren ARM-Kernen und anderer Hardware kombiniert offLasten, um softwaredefinierten Speicher, Netzwerke, Sicherheit und Workloads zu betreiben.

NVIDIA SmartNIC

Optisches Modul

Für die Netzwerkverbindung kann der Server die von FiberMall verwenden 200G QSFP-DD auf 2x100G QSFP28 NRZ DAC Breakout-Kabel um 48 * 100G NIC-Ports mit einem SN4410 zu verbinden; Für die Switch-Verbindung können Sie das optische Modul FiberMall 400G QSFP-DD SR8 verwenden, um zwei SN4700 zu verbinden.

FiberMall 400G QSFP-DD SR8

FiberMall ist ein führender Anbieter von optischen Netzwerklösungen und ein Elite-Partner von NVIDIA-Netzwerkprodukten, der sich mit NVIDIA zusammenschließt, um eine starke Kombination aus optischer Konnektivität, Netzwerkprodukten und -lösungen zu erreichen. FiberMall ist ein führender Anbieter von optischen Netzwerklösungen und ein Elite-Partner von NVIDIA-Netzwerkprodukten, der sich mit NVIDIA zusammenschließt, um eine starke Kombination aus optischen Konnektivitäts- und Netzwerkprodukten und -lösungen zu erreichen.