Technologie Ethernet 800G

Vue d'ensemble

Ethernet 800G est une norme Ethernet à large bande passante qui peut transmettre des débits de données de 800 Gbit/s (gigabits par seconde). Il représente la dernière avancée en matière de technologie Ethernet et est conçu pour répondre à la demande croissante de transmission de données et à la capacité de gérer de grandes quantités de données.

Les normes du Consortium Ethernet 25G et 50G fournissent une spécification de mise en œuvre 800G basée sur la technologie 8 voies 100Gb/s, permettant aux utilisateurs de déployer une technologie Ethernet interopérable à large bande passante avancée.

L'Ethernet 800G est principalement utilisé pour les grands centres de données, les environnements de services cloud et les applications nécessitant une bande passante élevée. Pour ces scénarios, il peut fournir une vitesse plus élevée, un débit plus élevé et de meilleures performances réseau, prenant ainsi en charge une communication de données plus rapide et plus efficace.

Architecture

La technologie Ethernet 800 Gb/s est conçue comme une interface qui utilise huit voies de 106 Gb/s utilisant 2xClause 119 PCS (400G) pour connecter un seul MAC fonctionnant à 800 Gb/s (bien que les PCS 400G soient modifiés, il s'agit simplement d'un débit très élevé). vue conceptuelle au niveau de la vue). La figure suivante montre l'architecture de haut niveau.

Dans le processus de mise en œuvre spécifique, la spécification 800GBASE-R ne consiste pas simplement à assembler deux 400G, mais introduit un nouveau contrôle d'accès au support (MAC) et une sous-couche de codage physique (PCS) qui peuvent atteindre 800G avec un coût minime. Étant donné que le nouveau PCS contient une réutilisation du PCS précédent, il conserve la correction d'erreur directe standard RS (544, 514) et offre de bonnes fonctionnalités de compatibilité descendante.

PCS/FEC

En utilisant deux PCS de 400 Gb/s (y compris FEC) et en prenant en charge 32 voies PCS (la vitesse de chaque voie est de 25 Gb/s) pour prendre en charge une capacité de 800 Gb/s. La figure ci-dessous montre le flux de données et les fonctionnalités du TX PCS. 2 × 16 voies PCS sont générées à partir de deux piles PCS, puis un multiplexage 4: 1 bits est effectué par le PMA vers le PMD pour créer 8 voies PMD de 106 G.

La figure ci-dessous est un diagramme schématique donné par le groupe de travail 800G Pluggable MSA dans le « Livre blanc 800G MSA », un schéma de mise en œuvre 800G qui peut être rapidement lancé. En réajustant deux PMA 400G, un PMA 800G est obtenu, un PMD 800G à faible coût est défini et un Ethernet 800G basé sur la technologie 8Gb/s à 100 canaux est réalisé.

Applications de l'Ethernet 800G

L'Ethernet 800G transforme les industries en prenant en charge les applications gourmandes en données, notamment :

• IA et apprentissage automatique : connecte les clusters GPU pour former des modèles à grande échelle, réduisant ainsi la latence et accélérant le traitement des données.
• Cloud Computing : améliore les centres de données hyperscale avec un débit plus élevé, prenant en charge des plateformes telles qu'AWS et Azure.
• Stockage ultra-haute densité : permet un transfert rapide des données pour l'analyse de Big Data et les applications IoT.
• 5G et Edge Computing : Fournit la bande passante pour les réseaux mobiles à haut débit et le traitement des données de pointe, favorisant les villes intelligentes et les transports intelligents.
• Télécommunications : Prend en charge des charges clients plus élevées, garantissant une connectivité fiable.

Fondements techniques de l'Ethernet 800G

L'Ethernet 800G atteint des vitesses remarquables grâce à une architecture avancée exploitant huit voies à 106.25 Gbit/s, doublant ainsi la capacité de l'Ethernet 400G. Ses principaux composants techniques sont les suivants :

Contrôle d'accès au support (MAC) et sous-couche de codage physique (PCS)

La spécification Ethernet 800G réutilise deux PCS 400G modifiés (basés sur la norme IEEE 802.3bs) pour gérer huit voies 100G, soit 32 voies PCS avec correction d'erreur directe (FEC) RS(544,514). Cela garantit de faibles taux d'erreur et la compatibilité avec les normes existantes, rendant l'Ethernet 800G rentable et interopérable.

Distribution multivoies (MLD)

Les données sont réparties sur 32 voies virtuelles grâce à des marqueurs d'alignement (AM) uniques insérés tous les 163,840 257 blocs de 400 octets. Cela garantit la synchronisation et évite les défauts d'alignement lors de l'interfaçage avec les ports XNUMX G, améliorant ainsi la fiabilité du réseau.

Interfaces puce à module (C2M) et puce à puce (C2C)

Régies par la norme IEEE 802.3ck, ces interfaces fonctionnent à 106.25 Gbit/s par voie, permettant une transmission de données à haut débit avec une perte de signal minimale. Ceci est essentiel pour maintenir les performances dans les environnements à haute densité.

Modules optiques

L'Ethernet 800G s'appuie sur des émetteurs-récepteurs avancés tels que QSFP-DD800 et OSFP, conçus pour une faible consommation d'énergie et une intégrité du signal élevée. Par exemple, les modules QSFP-DD 800G de FiberMall prennent en charge jusqu'à 50 mètres sur fibre multimode (MMF) avec connecteurs MTP/MPO-16, ce qui est idéal pour les applications de centre de données.

Normes et développement Ethernet 800G

La normalisation garantit l'interopérabilité et l'adoption de l'Ethernet 800G. Les étapes clés incluent :

2020 : l'Ethernet Technology Consortium (ETC) a introduit la spécification 800GBASE-R, exploitant la logique 400G pour un MAC et un PCS 800G rentables.

2022 : les premières puces de commutation 51.2T sont sorties, prenant en charge 64 ports à 800 Gbit/s, permettant la mise en œuvre matérielle.

2023 : la norme IEEE 802.3df définit les spécifications de la couche physique pour Ethernet 800G, l'Optical Internetworking Forum (OIF) publiant des normes 224 Gb/s pour les systèmes 800G et 1.6T.

Perspectives d'avenir : Au cours des deux prochaines années, les normes évolueront pour prendre en charge Ethernet 1.6 T et la signalisation 200 G par voie, ouvrant la voie à des réseaux encore plus rapides.

Défis

L'implémentation Ethernet 800G actuelle utilise 8 canaux, chaque canal ayant un débit de transmission de 100 Gbit/s. Cela double PAM4 (modulation à quatre niveaux) : la vitesse de la génération précédente est passée de 50 Gbit/s à 100 Gbit/s. L'émetteur-récepteur 800G de nouvelle génération, en cours de développement, permettra d'atteindre un débit de 200 Gbit/s par canal, ce qui représente un défi majeur, car il nécessite une modulation d'ordre supérieur et une augmentation des débits de données PAM4.

SerDes haut débit et consommation d'énergie

Pour prendre en charge l'augmentation de la bande passante globale de la puce de commutation, la vitesse et la puissance des SerDes augmentent également. Actuellement, la vitesse de SerDes est passée de 10 Gbit/s à 112 Gbit/s. Cependant, la consommation électrique de SerDes est devenue importante dans la consommation électrique totale du système. La puce de commutation de nouvelle génération doublera à nouveau la bande passante car le commutateur 102.4T disposera de 512 canaux SerDes à 200 Gbit/s. Ces commutateurs en silicium prendront en charge 800G et 1.6T sur les canaux 224 Gb/s.

Solution

SerDes à plus grande vitesse : recherchez et développez la technologie SerDes à plus grande vitesse pour répondre à la demande croissante de transmission de données. Cela inclut l'augmentation de la vitesse, la réduction de la consommation d'énergie et l'amélioration de l'intégrité du signal de SerDes. Optimisation de la consommation d'énergie : adoptez une méthode de conception d'optimisation de la consommation d'énergie pour réduire la consommation d'énergie de SerDes. Cela inclut l'utilisation de processus CMOS avancés et d'une conception de circuits à faible consommation.

Modulation d'amplitude d'impulsion

La phase actuelle de l'Ethernet 800G utilise une technique de modulation d'ordre supérieur qui utilise PAM4 (modulation d'amplitude d'impulsion à 4 niveaux) pour transmettre des données de sorte que chaque symbole transporte plusieurs bits d'information, augmentant ainsi le débit de transmission des données.

La modulation d'ordre supérieur augmente le nombre de bits par symbole et offre un compromis entre la bande passante du canal et l'amplitude du signal. La modulation PAM4 est rétrocompatible avec les générations précédentes de produits. Elle offre un meilleur rapport signal/bruit (SNR) par rapport aux schémas de modulation supérieurs, réduisant ainsi la surcharge de la correction d'erreur directe (FEC) qui provoque la latence.

Solutions:

Meilleur frontal analogique (AFE) : recherchez et développez des frontaux analogiques plus performants pour prendre en charge des schémas de modulation d'ordre supérieur. Cela peut inclure une récupération d'horloge plus précise, une gigue plus faible et de meilleures capacités de traitement du signal. Techniques d'égalisation avancées : utilisez des techniques innovantes de traitement du signal numérique (DSP) et d'égalisation pour surmonter la distorsion et le bruit dans le canal. Cela contribue à améliorer la fiabilité des signaux PAM4. Explorez des schémas de modulation supérieurs : bien que PAM4 soit largement utilisé dans l'Ethernet 800G actuel, les futures normes pourraient adopter des schémas de modulation d'ordre supérieur, tels que PAM6 ou PAM8. Cela augmentera le taux de transmission par symbole et apportera une plus grande complexité.

Surmonter les défis de conception Ethernet 800G

La mise en œuvre de l’Ethernet 800G présente des défis qui nécessitent des solutions innovantes :

L'intégrité du signal

Les signaux haut débit sont sujets à l'atténuation et à la diaphonie. Des techniques d'égalisation avancées, telles que l'égalisation par rétroaction de décision (DFE) et l'égalisation par anticipation (FFE), associées à une conception optimisée des circuits imprimés, garantissent des performances fiables.

Consommation d'énergie

L'Ethernet 800G consomme plus d'énergie que les normes précédentes. Des composants économes en énergie, des dispositifs de coupure d'alimentation et des solutions de refroidissement avancées, comme celles des commutateurs 800G de FiberMall, atténuent ce problème.

Compatibilité des infrastructures

La rétrocompatibilité avec les réseaux 200G/400G est essentielle. La réutilisation de la logique PCS 400G et de normes telles que QSFP-DD800 garantit une intégration transparente.

Prix

Les coûts initiaux élevés peuvent constituer un obstacle. Les composants standardisés et les économies d'échelle, comme ceux proposés par FiberMall, réduisent les dépenses tout en maintenant les performances.

Comment réduire le taux d’erreur binaire (BER) de l’Ethernet 800G ?

Lors de la transmission de données à grande vitesse, le signal est affecté par divers facteurs d'interférence et d'atténuation lors de son passage dans le canal. Ceux-ci incluent l'atténuation du signal, le bruit, la diaphonie et d'autres facteurs de distorsion du signal. Ces facteurs provoquent des erreurs binaires dans le signal, c'est-à-dire le BER. Lors de la transmission de données, la présence de BER peut entraîner une grave corruption des données, réduisant ainsi la disponibilité et l'intégrité des données. Dans les précédentes normes de données à haut débit, telles que l'Ethernet 100G, les égaliseurs de réglage fin conventionnels et les techniques de traitement du signal étaient suffisants pour réduire le BER. Cependant, dans l’Ethernet 800G à plus haut débit, des méthodes plus complexes sont nécessaires pour faire face aux défis plus élevés du BER. La correction d'erreur directe (FEC) est largement utilisée pour réduire le BER. Cela implique l'ajout d'informations redondantes dans la transmission de données pour aider le récepteur à détecter et à corriger les erreurs de transmission. Les algorithmes FEC ajoutent des bits redondants dans les trames de données, permettant au récepteur de reconstruire les bits de données perdus ou endommagés. Cela contribue à améliorer la fiabilité de la transmission des données, en particulier dans les réseaux à haut débit.

Dans les étapes de développement ultérieures, telles que les systèmes à 200 Gb/s, des algorithmes FEC plus complexes sont nécessaires pour faire face aux défis plus élevés du BER. Ces algorithmes peuvent inclure l'utilisation de données plus redondantes et de mécanismes de correction d'erreurs plus sophistiqués pour garantir la fiabilité de la transmission des données.

Comment améliorer l’efficacité énergétique de l’Ethernet 800G ?

Améliorer l'efficacité énergétique de l'Ethernet 800G constitue un défi important, en particulier dans les centres de données à grande échelle. Bien que la conception des modules optiques soit devenue plus efficace, réduisant la consommation d'énergie par bit, la consommation d'énergie globale des modules reste un problème sérieux, car les grands centres de données disposent généralement de dizaines de milliers de modules optiques. Une façon de résoudre le problème de consommation d’énergie des modules optiques consiste à utiliser des dispositifs optiques co-packagés. Cette technologie intègre la fonction de conversion optoélectronique dans le boîtier du module optique, réduisant ainsi la consommation électrique de chaque module. Les dispositifs optiques co-packagés peuvent offrir divers avantages, notamment une efficacité énergétique plus élevée et des formats de boîtier plus petits.

Quels sont les avantages de l’Ethernet 800G ?

• Augmentation de la bande passante et de la vitesse des données : avec le développement rapide de technologies telles que le big data, l'intelligence artificielle, les services cloud, etc., le trafic de données est en constante augmentation. Plus important encore, l’Ethernet 800G peut gérer simultanément davantage de flux de données et de connexions réseau. De plus, l'Ethernet 800G permet un téléchargement, un téléchargement et une transmission plus rapides des données, améliorant ainsi l'efficacité du traitement des données et l'expérience utilisateur. Avec l'augmentation de la bande passante et de la vitesse des données, l'Ethernet 800G prend en charge la transmission de données à haute densité et à grande échelle, tout en garantissant un fonctionnement stable et efficace du réseau.
• Domaine du calcul haute performance : dans les applications de calcul haute performance, telles que la formation en calcul scientifique et en intelligence artificielle, des capacités de transmission et de traitement de données à grande vitesse sont nécessaires. Le réseau 800G améliore la vitesse de transmission des données et les performances du réseau, afin de maintenir le fonctionnement des tâches informatiques hautes performances. Ceci est très important pour les applications qui gèrent des calculs complexes à grande échelle, telles que la recherche scientifique, l'analyse de Big Data et la formation à l'intelligence artificielle. L'introduction de l'Ethernet 800G favorisera davantage l'innovation et le développement du domaine du calcul haute performance.
• Prendre en charge les centres de données à grande échelle : les centres de données sont des endroits clés pour stocker et traiter de grandes quantités de données. L'émergence de la technologie Ethernet 800G peut améliorer considérablement les performances des centres de données, accélérer la vitesse de transmission des données et les capacités de traitement, et fournir un débit plus élevé et une latence plus faible pour les centres de données. En résumé, l'Ethernet 800G joue un rôle extrêmement important dans l'environnement réseau actuel, représentant la future tendance de développement de la technologie réseau.

L'état actuel des produits Ethernet 400G/800G

Remarque : les données du tableau ci-dessus proviennent principalement des pages de présentation des produits des sites Web officiels de divers fabricants (décembre 2023).

L'Ethernet 800G révolutionne les réseaux haut débit, offrant une bande passante, une évolutivité et une efficacité inégalées pour les centres de données, l'IA et les applications 5G. Avec la maturation des normes comme IEEE 802.3df et la démocratisation du matériel, l'Ethernet 800G va propulser la transformation numérique dans tous les secteurs. Contactez FiberMall dès aujourd'hui pour découvrir nos modules et commutateurs optiques 800G de pointe et construire un réseau d'avenir adapté à vos besoins.