800G-Ethernet-Technologie

Überblick

800G Ethernet ist ein Ethernet-Standard mit hoher Bandbreite, der Datenraten von 800 Gbit/s (Gigabit pro Sekunde) übertragen kann. Es stellt den neuesten Fortschritt in der Ethernet-Technologie dar und wurde entwickelt, um den steigenden Anforderungen an die Datenübertragung und der Fähigkeit, große Datenmengen zu verarbeiten, gerecht zu werden.

Die Standards des 25G- und 50G-Ethernet-Konsortiums bieten eine 800G-Implementierungsspezifikation auf Basis der 8-Lanex100Gb/s-Technologie und ermöglichen Anwendern den Einsatz fortschrittlicher interoperabler Ethernet-Technologie mit hoher Bandbreite.

800G-Ethernet wird hauptsächlich für große Rechenzentren, Cloud-Service-Umgebungen und Anwendungen verwendet, die eine hohe Bandbreite erfordern. Für diese Szenarien kann es eine höhere Geschwindigkeit, einen größeren Durchsatz und eine bessere Netzwerkleistung bieten und so eine schnellere und effizientere Datenkommunikation unterstützen.

Architektur

Die 800-Gbit/s-Ethernet-Technologie ist als Schnittstelle konzipiert, die acht 106-Gbit/s-Lanes unter Verwendung von 2xClause 119 PCSs (400G) verwendet, um einen einzelnen MAC mit 800 Gbit/s zu verbinden (obwohl die 400G-PCSs modifiziert sind, ist dies nur ein sehr hoher Wert). konzeptionelle Sicht auf der -Ebene). Die folgende Abbildung zeigt die High-Level-Architektur.

Im spezifischen Implementierungsprozess verbindet die 800GBASE-R-Spezifikation nicht einfach zwei 400Gs miteinander, sondern führt eine neue Media Access Control (MAC) und Physical Coding Sublayer (PCS) ein, die dies erreichen kann 800G mit minimalen Kosten. Da das neue PCS eine Wiederverwendung des vorherigen PCS enthält, behält es die standardmäßige Vorwärtsfehlerkorrektur RS (544, 514) bei und bietet gute Abwärtskompatibilitätsfunktionen.

PCS/FEC

Durch die Verwendung von zwei 400-Gbit/s-PCSs (einschließlich FEC) und der Unterstützung von 32 PCS-Lanes (jede Lane-Geschwindigkeit beträgt 25 Gbit/s) zur Unterstützung der 800-Gbit/s-Fähigkeit. Die folgende Abbildung zeigt den Datenfluss und die Funktionalität von TX PCS. Aus zwei PCS-Stapeln werden 2×16 PCS-Spuren generiert, und dann wird vom PMA ein 4:1-Bit-Multiplexing zum PMD durchgeführt, um 8x106G PMD-Spuren zu erstellen.

Die folgende Abbildung ist ein schematisches Diagramm der 800G Pluggable MSA-Arbeitsgruppe im „800G MSA White Paper“, einem 800G-Implementierungsschema, das schnell eingeführt werden kann. Durch die Neuanpassung von zwei 400G-PMAs wird ein 800G-PMA erhalten, ein kostengünstiges 800G-PMD definiert und ein 800G-Ethernet basierend auf der 8-Kanal-100-Gbit/s-Technologie realisiert.

Herausforderungen

Die aktuelle 800G-Ethernet-Implementierung verwendet 8 Kanäle, die Übertragungsrate jedes Kanals beträgt 100 Gbit/s. Dadurch wird die PAM4-Geschwindigkeit (vierstufige Modulation) von 50 Gbit/s der vorherigen Generation auf 100 Gbit/s verdoppelt. Mit dem in der Entwicklung befindlichen 800G-Transceiver der nächsten Generation wird die Rate jedes Kanals 200 Gbit/s erreichen, was erhebliche Herausforderungen mit sich bringt, da sowohl die Modulation höherer Ordnung als auch die PAM4-Datenraten erhöht werden müssen.

Hochgeschwindigkeits-SerDes und Stromverbrauch

Um die Erhöhung der Gesamtbandbreite des Switch-Chips zu unterstützen, werden auch die Geschwindigkeit und Leistung von SerDes erhöht. Derzeit ist die SerDes-Geschwindigkeit von 10 Gbit/s auf 112 Gbit/s gestiegen. Allerdings ist der SerDes-Stromverbrauch für den Gesamtstromverbrauch des Systems wichtig geworden. Der Switch-Chip der nächsten Generation wird die Bandbreite noch einmal verdoppeln, da der 102.4T-Switch über 512 200-Gbit/s-SerDes-Kanäle verfügen wird. Diese Silizium-Switches unterstützen 800G und 1.6T auf 224-Gbit/s-Kanälen.

Lösung:

SerDes mit höherer Geschwindigkeit: Erforschung und Entwicklung von SerDes-Technologie mit höherer Geschwindigkeit, um den wachsenden Bedarf an Datenübertragung zu decken. Dazu gehören die Erhöhung der Geschwindigkeit, die Reduzierung des Stromverbrauchs und die Verbesserung der Signalintegrität von SerDes. Optimierung des Stromverbrauchs: Verwenden Sie eine Entwurfsmethode zur Optimierung des Stromverbrauchs, um den Stromverbrauch von SerDes zu reduzieren. Dazu gehören die Verwendung fortschrittlicher CMOS-Prozesse und ein stromsparendes Schaltungsdesign.

Pulsamplitudenmodulation

Die aktuelle Phase von 800G-Ethernet verwendet eine Modulationstechnik höherer Ordnung, die PAM4 (4-Level Pulse Amplitude Modulation) zur Datenübertragung verwendet, sodass jedes Symbol mehrere Informationsbits trägt, wodurch die Datenübertragungsrate erhöht wird.

Eine Modulation höherer Ordnung erhöht die Anzahl der Bits pro Symbol und sorgt für einen Handels-off zwischen Kanalbandbreite und Signalamplitude. Die PAM4-Modulation ist abwärtskompatibel mit früheren Produktgenerationen. Es offEs bietet ein besseres Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) im Vergleich zu höheren Modulationsschemata und reduziert so den Overhead der Vorwärtsfehlerkorrektur (FEC), der Latenz verursacht.

Solutions:

Besseres analoges Front-End (AFE): Erforschung und Entwicklung leistungsfähigerer analoger Front-Ends zur Unterstützung von Modulationsschemata höherer Ordnung. Dazu können eine genauere Taktwiederherstellung, geringerer Jitter und bessere Signalverarbeitungsfähigkeiten gehören. Fortschrittliche Entzerrungstechniken: Nutzen Sie innovative digitale Signalverarbeitungs- (DSP) und Entzerrungstechniken, um Verzerrungen und Rauschen im Kanal zu überwinden. Dies trägt dazu bei, die Zuverlässigkeit von PAM4-Signalen zu verbessern. Erkunden Sie höhere Modulationsschemata: Obwohl PAM4 im aktuellen 800G-Ethernet weit verbreitet ist, könnten zukünftige Standards Modulationsschemata höherer Ordnung wie PAM6 oder PAM8 übernehmen. Dadurch wird die Übertragungsrate pro Symbol erhöht und die Komplexität erhöht.

Wie kann die Bitfehlerrate (BER) von 800G-Ethernet reduziert werden?

Bei der Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung wird das Signal beim Durchgang durch den Kanal durch verschiedene Stör- und Dämpfungsfaktoren beeinflusst. Dazu gehören Signaldämpfung, Rauschen, Übersprechen und andere Signalverzerrungsfaktoren. Diese Faktoren verursachen Bitfehler im Signal, dh BER. Bei der Datenübertragung kann das Vorhandensein von BER zu schwerwiegenden Datenbeschädigungen führen und die Verfügbarkeit und Integrität der Daten beeinträchtigen. In früheren Hochgeschwindigkeits-Datenstandards wie 100G Ethernet reichten herkömmliche Feinabstimmungsentzerrer und Signalverarbeitungstechniken aus, um die BER zu reduzieren. Im schnelleren 800G-Ethernet sind jedoch komplexere Methoden erforderlich, um die höheren BER-Herausforderungen zu bewältigen. Zur Reduzierung der BER wird häufig die Vorwärtsfehlerkorrektur (FEC) eingesetzt. Dabei werden bei der Datenübertragung redundante Informationen hinzugefügt, um dem Empfänger dabei zu helfen, Übertragungsfehler zu erkennen und zu korrigieren. FEC-Algorithmen fügen redundante Bits in Datenrahmen hinzu und ermöglichen es dem Empfänger, verlorene oder beschädigte Datenbits zu rekonstruieren. Dies trägt dazu bei, die Zuverlässigkeit der Datenübertragung, insbesondere in Hochgeschwindigkeitsnetzen, zu verbessern.

In späteren Entwicklungsstadien, beispielsweise bei 200-Gbit/s-Systemen, sind komplexere FEC-Algorithmen erforderlich, um die höheren BER-Herausforderungen zu bewältigen. Diese Algorithmen können die Verwendung redundanterer Daten und ausgefeilterer Fehlerkorrekturmechanismen umfassen, um die Zuverlässigkeit der Datenübertragung sicherzustellen.

Wie kann die Energieeffizienz von 800G-Ethernet verbessert werden?

Die Verbesserung der Energieeffizienz von 800G-Ethernet ist eine wichtige Herausforderung, insbesondere in großen Rechenzentren. Obwohl das Design der optischen Module effizienter geworden ist und den Stromverbrauch pro Bit reduziert, ist der Gesamtstromverbrauch der Module immer noch ein ernstes Problem, da große Rechenzentren normalerweise über Zehntausende optischer Module verfügen. Eine Möglichkeit, das Problem des Stromverbrauchs optischer Module zu lösen, ist die Verwendung gemeinsam verpackter optischer Geräte. Diese Technologie integriert die optoelektronische Umwandlungsfunktion in das Gehäuse des optischen Moduls und reduziert so den Stromverbrauch jedes Moduls. Gemeinsam verpackte optische Geräte können verschiedene Vorteile bieten, darunter eine höhere Energieeffizienz und kleinere Gehäusegrößen.

Was sind die Vorteile von 800G-Ethernet?

• Erhöhte Bandbreite und Datengeschwindigkeit: Mit der rasanten Entwicklung von Technologien wie Big Data, künstlicher Intelligenz, Cloud-Diensten usw. nimmt der Datenverkehr stetig zu. Am wichtigsten ist, dass 800G Ethernet mehr Datenströme und Netzwerkverbindungen gleichzeitig verarbeiten kann. Darüber hinaus ermöglicht 800G Ethernet ein schnelleres Hochladen, Herunterladen und Übertragen von Daten, wodurch die Effizienz der Datenverarbeitung und das Benutzererlebnis verbessert werden. Mit der Erhöhung der Bandbreite und Datengeschwindigkeit unterstützt 800G Ethernet eine Datenübertragung mit hoher Dichte und großem Umfang und gewährleistet gleichzeitig den stabilen und effizienten Betrieb des Netzwerks.
• Hochleistungsrechnerbereich: In Hochleistungsrechneranwendungen wie wissenschaftlichem Rechnen und Training für künstliche Intelligenz sind Hochgeschwindigkeitsdatenübertragungs- und -verarbeitungsfunktionen erforderlich. Das 800G-Netzwerk verbessert die Datenübertragungsgeschwindigkeit und steigert die Netzwerkleistung, um den Betrieb von Hochleistungsrechneraufgaben aufrechtzuerhalten. Dies ist sehr wichtig für Anwendungen, die komplexe Berechnungen in großem Maßstab durchführen, wie z. B. wissenschaftliche Forschung, Big-Data-Analyse und Schulungen zur künstlichen Intelligenz. Die Einführung von 800G-Ethernet wird die Innovation und Entwicklung im Bereich Hochleistungsrechnen weiter vorantreiben.
• Unterstützen Sie große Rechenzentren: Rechenzentren sind wichtige Orte für die Speicherung und Verarbeitung großer Datenmengen. Das Aufkommen der 800G-Ethernet-Technologie kann die Leistung von Rechenzentren deutlich verbessern, die Geschwindigkeit der Datenübertragung und die Verarbeitungskapazitäten beschleunigen und für einen höheren Durchsatz und eine geringere Latenz für Rechenzentren sorgen. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass 800G-Ethernet in der aktuellen Netzwerkumgebung eine äußerst wichtige Rolle spielt und den zukünftigen Entwicklungstrend der Netzwerktechnologie darstellt.

Der aktuelle Status von 400G/800G-Ethernet-Produkten

Hinweis: Die Daten in der obigen Tabelle stammen hauptsächlich von den Produkteinführungsseiten verschiedener Hersteller. offOffizielle Websites (Dezember 2023).