QSFP-DD800, percées Ethernet 800G et 1.6T

À mesure que nous entrons dans un monde axé sur les données, l’importance d’Ethernet devient plus importante. Fondamentalement, Ethernet est une technologie qui connecte les ordinateurs pour former un réseau local, à travers lequel les appareils peuvent communiquer avec d'autres appareils. Cependant, au fil du temps, Ethernet a évolué pour devenir un système mondial de communication de données, avec des vitesses allant du 10 Mbit/s initial au 800 G actuel, et même à 1.6 T. Ces énormes progrès ne sont pas sans défis, mais chaque avancée représente un grand bond technologique.

Qu'est-ce que le module émetteur-récepteur optique QSFP-DD800 ?

QSFP-DD800 signifie Quad Small Form-factor Pluggable Double Density, un modèle d'emballage remplaçable à chaud à haute vitesse défini par le QSFP-DD MSA. Il est hautement compatible avec les équipements de réseau à fibre optique existants, facilitant ainsi la mise à niveau et l'expansion du centre de données.

À propos de la distance de transmission

En termes de distance de transmission, QSFP-DD800 les modules optiques prennent en charge une variété d'options de distance, qui peuvent généralement être classées en VR (50 m), SR (100 m), DR/FR/LR (500 m/2 km/10 km), etc.

À propos des types d'interfaces optiques

Les types d'interface optique des modules optiques QSFP-DD800 sont principalement classés en MPO, LC et VSFF (CS/SN/MDC).

800G Ethernet

L'Ethernet 800G est une technologie Ethernet haut débit destinée aux réseaux de transmission de données et de communication, offrant un taux de transfert de données de 800 gigabits par seconde (800 Gbit/s).

L'Ethernet 800G est deux fois plus rapide que la génération précédente d'Ethernet 400G, offoffrant une plus grande bande passante pour gérer les transferts de données à grande échelle, la vidéo haute définition, le cloud computing, l'Internet des objets et d'autres demandes de bande passante élevée. L'Ethernet 800G utilise des techniques de modulation d'ordre élevé, utilisant généralement PAM4 (modulation d'amplitude d'impulsion 4) pour transmettre des données, permettant à chaque symbole de transporter plusieurs bits d'informations, augmentant ainsi le taux de transfert de données. L'Ethernet 800G a des applications importantes dans les réseaux de centres de données, où il peut améliorer la vitesse d'interconnexion entre les serveurs du centre de données, facilitant ainsi le traitement des données à grande échelle et le cloud computing. Atteindre l'Ethernet 800G nécessite généralement du matériel réseau avancé et des modules optiques capables de prendre en charge la transmission de données à haut débit et utilisant généralement une conception à faible consommation pour améliorer l'efficacité énergétique. La normalisation de l'Ethernet 800G est dirigée par l'IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers), qui contribue à garantir l'interopérabilité entre les appareils de différents fabricants.

L'état actuel de l'Ethernet 800G

La mise en œuvre actuelle de l'Ethernet 800G utilise 8 canaux, chacun avec un taux de transmission de 100 Gbit/s. Cela double la vitesse du PAM4 (modulation à quatre niveaux) par rapport à la génération précédente de 50 Gbit/s à 100 Gbit/s. La prochaine génération d'émetteurs-récepteurs 800G en cours de développement augmentera la vitesse de chaque canal à 200 Gbit/s, ce qui pose des défis importants, car cela nécessite d'augmenter simultanément la modulation d'ordre élevé et les débits de données PAM4.

Premier défi : Changer les SerDes de silicium

Des puces de commutation réseau plus rapides sont essentielles pour augmenter la vitesse du canal Ethernet 800G. Les puces de commutation réseau sont utilisées pour mettre en œuvre une commutation à faible latence entre les éléments du centre de données, ce qui est crucial pour prendre en charge le calcul haute performance et les transferts de données à grande échelle. Pour prendre en charge l'augmentation de la bande passante globale des puces de commutation, la vitesse, le nombre et la puissance des SerDes augmentent également. Actuellement, les débits SerDes sont passés de 10 Gbit/s à 112 Gbit/s, et le nombre de canaux SerDes autour de la puce est passé de 64 à 512 pour une génération de 51.2 Tbps. Cependant, la consommation électrique de SerDes est devenue une partie importante de la consommation électrique totale du système. La prochaine génération de puces de commutation doublera à nouveau la bande passante, puisque les commutateurs 102.4T disposeront 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:

o SerDes plus rapides : Recherchez et développez des technologies plus rapides pour répondre à la demande croissante de transfert 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.

o Optimisation de la puissance: Adoptez une approche de conception optimisée en termes de puissance pour réduire la consommation électrique de SerDes. Cela inclut l'utilisation de processus CMOS avancés et d'une conception de circuits à faible consommation.

Deuxième défi : modulation d’amplitude d’impulsion

La modulation d'ordre élevé augmente le nombre de bits par symbole ou intervalle unitaire (UI), offrant ainsi un échangeoff entre la bande passante du canal et l'amplitude du signal. Les normes explorent souvent des schémas de modulation d'ordre supérieur pour augmenter les débits de données. La modulation PAM4 est rétrocompatible avec les générations précédentes de produits et, par rapport aux schémas de modulation plus élevés, elle offre un meilleur rapport signal/bruit (SNR), réduisant ainsi la surcharge de correction d'erreur directe (FEC) qui provoque la latence. Cependant, en raison des limitations de la bande passante analogique et de l'égalisation avancée obtenue grâce à des schémas DSP innovants, le PAM4 nécessite un meilleur frontal analogique (AFE).

Solution:

o 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.

o 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.

o Explorez des solutions de modulation plus élevées: 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 mais apportera également une plus grande complexité.

Comment réduire le taux d’erreur sur les bits 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 sur les bits dans le signal, appelées erreurs sur les bits. La présence d'erreurs binaires lors de la transmission des données 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 taux d'erreur sur les bits. Cependant, dans l’Ethernet 800G à plus haut débit, des méthodes plus complexes sont nécessaires pour relever le défi du taux d’erreur binaire plus élevé.

Algorithme de correction d'erreur directe (FEC)

La correction d'erreur directe (FEC) est une technique largement utilisée pour réduire le taux d'erreurs sur les bits. Cela implique l'ajout d'informations redondantes à la transmission de données pour aider le récepteur à détecter et à corriger les erreurs de transmission. Les algorithmes FEC ajoutent des bits redondants aux 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.

L’importance du FEC

La FEC devient particulièrement importante dans les réseaux à haut débit tels que l'Ethernet 800G. En raison des débits de données plus élevés, le taux d’erreurs binaires lors de la transmission est généralement plus élevé. Par conséquent, des algorithmes FEC plus puissants sont nécessaires pour minimiser le taux d’erreur sur les bits et garantir la fiabilité des réseaux à haut débit.

L'échange-Offs et avantages du FEC

Chaque architecture FEC implique des échangesoffs et avantages en termes de gain de codage, de surcharge, de latence et d'efficacité énergétique. Voici quelques architectures FEC courantes et leurs caractéristiques :

Codage Reed-Salomon

Le codage Reed-Solomon est une technique FEC largement utilisée dans le stockage et la communication de données. Il offre de bonnes performances de correction d'erreurs et peut récupérer des trames de données à partir d'erreurs aléatoires. Cependant, cela nécessite une redondance relativement importante, ce qui peut introduire une surcharge importante dans les réseaux à haut débit.

Codage LDPC (contrôle de parité basse densité)

Le codage LDPC est une technique FEC efficace largement utilisée dans les réseaux à haut débit. Il a une faible surcharge de codage et permet de réduire efficacement le taux d’erreurs binaires. Le codage LDPC présente également une faible latence et une faible consommation d'énergie.

Codage BCH

Le codage BCH est une technique FEC adaptée aux communications à haut débit, qui permet d'obtenir un équilibre entre les performances de correction d'erreurs et la surcharge de codage. Il est couramment utilisé dans la communication par fibre optique et le stockage de données à haut débit.

Algorithmes FEC complexes

Dans les systèmes à 224 Gbit/s, des algorithmes FEC plus complexes sont nécessaires pour faire face au défi du taux d'erreur binaire plus élevé. 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 ?

La consommation électrique de chaque génération de modules optiques augmente, notamment dans les réseaux à haut débit tels que 800G et Ethernet 1.6T. Bien que la conception des modules optiques soit devenue plus efficace, réduisant la consommation d'énergie par bit, en raison des grands centres de données qui disposent généralement de dizaines de milliers de modules optiques, la consommation d'énergie globale des modules reste un problème sérieux.

Défi de l’efficacité énergétique

Améliorer l'efficacité énergétique de l'Ethernet 800G constitue un défi important, en particulier dans les centres de données à grande échelle. La consommation énergétique des centres de données a des impacts importants sur les coûts, l'environnement et la durabilité. Par conséquent, il est crucial de réduire la consommation électrique des appareils Ethernet 800G.

Optiques co-packagées

Une façon de résoudre le problème de consommation d’énergie des modules optiques consiste à utiliser des optiques co-packagées. Cette technologie réduit la consommation électrique de chaque module en intégrant la fonction de conversion optoélectronique au sein du boîtier du module optique. Les optiques co-packagées peuvent offrir divers avantages, tels qu’une efficacité énergétique plus élevée et des formats de boîtier plus petits.

Avantages de la technologie de co-emballage

Amélioration de l'efficacité énergétique

Les optiques co-packagées peuvent améliorer l'efficacité énergétique en intégrant la fonction de conversion optoélectronique dans le module optique. Cette intégration réduit la perte d'énergie lors du processus de conversion et de transmission du signal optique. Par conséquent, la consommation électrique par bit est réduite, tout en offrant une efficacité énergétique plus élevée.

Réduction de la taille des colis

La technologie de co-packaging peut également réduire la taille du boîtier des modules optiques. Ceci est particulièrement important pour les grands centres de données, car ils nécessitent de placer davantage d’appareils dans un espace limité. Des packages de plus petite taille peuvent améliorer l’évolutivité et la flexibilité de l’agencement des centres de données.

Amélioration de la gestion thermique

En raison de leur faible consommation d'énergie, les optiques co-packagées génèrent moins de chaleur. Cela contribue à améliorer la gestion thermique des centres de données, en réduisant la demande de refroidissement et en abaissant les coûts d'exploitation.

Défi de refroidissement

Cependant, les optiques co-packagées posent également de nouveaux défis, dont le refroidissement. La chaleur générée par les convertisseurs optoélectroniques intégrés à l'intérieur du boîtier doit être efficacement dissipée pour éviter la surchauffe et la dégradation des performances. Par conséquent, la conception de solutions de refroidissement efficaces est essentielle au succès de la technologie de co-packaging.

Ethernet 1.6T

1.6T Ethernet est une technologie Ethernet haut débit destinée aux réseaux de transmission de données et de communication, offrant un taux de transfert de données de 1.6 térabits par seconde (1.6 Tbps). Il représente le dernier développement dans le domaine des réseaux et constitue une mise à niveau de l'Ethernet 800G. L'Ethernet 1.6T est deux fois plus rapide que l'Ethernet 800G, offoffrant une plus grande bande passante. Il convient à la gestion des transferts de données à grande échelle, de la vidéo haute définition, du cloud computing, du calcul haute performance et d'autres demandes de bande passante extrêmement élevée. Ethernet 1.6T utilise des techniques de modulation d'ordre supérieur, utilisant généralement PAM4 (modulation d'amplitude d'impulsion 4) ou des méthodes de modulation d'ordre supérieur pour transmettre des données, afin d'obtenir des taux de transfert de données plus élevés.

L'Ethernet 1.6T a des applications importantes dans les réseaux de centres de données et le réseau fédérateur. Il peut répondre aux besoins d'interconnexion à haut débit entre les serveurs au sein de grands centres de données, et également prendre en charge une dorsale de réseau à plus haut débit pour connecter différents centres de données et nœuds de réseau.

Chronologie de l'Ethernet 800G et du réseau 1.6T

Le développement de l'Ethernet 800G est basé sur la génération précédente d'Ethernet 400G. Au cours des dernières années, des organismes de normalisation tels que l'IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) et l'OIF (Optical Internetworking Forum) ont établi des normes pour les réseaux 400G, jetant ainsi les bases du développement du 800G. Le réseau 1.6T est un développement ultérieur de l'Ethernet 800G, représentant une technologie de réseau à plus haut débit. Bien que le développement du réseau 1.6T en soit encore à ses débuts, il a suscité une large attention.

2022 : sortie de la première puce de commutation 51.2T

En 2022, l’industrie des réseaux a franchi une étape importante : la sortie de la première puce de commutation 51.2T. Ces puces de commutation prennent en charge 64 ports de 800 Gb/s, marquant le développement de l'Ethernet 800G entrant dans la phase matérielle pratique. Parallèlement, cette période a également vu le début des travaux de vérification du premier lot de modules optiques 800G.

2023 : Vérification de la version standard et du développement

En 2023, les organismes de normalisation ont réalisé des progrès significatifs. Tout d'abord, l'IEEE a publié la première version de la norme IEEE 802.3df, qui définit les spécifications de la couche physique pour Ethernet 800G. Parallèlement, l'OIF a également publié la norme 224 Gb/s, qui fournit des conseils pour la construction de systèmes 800G et 1.6T avec des canaux de 112 Gb/s et 224 Gb/s.

Les deux prochaines années : détermination finale des normes de couche physique

Au cours des deux prochaines années, les organismes de normalisation devraient continuer à travailler dur pour finaliser les normes de couche physique pour Ethernet 800G. Cela impliquera un affinement et des tests supplémentaires des spécifications pour garantir l'interopérabilité et les performances des périphériques réseau. Bien que le calendrier du réseau 1.6T ne soit pas encore clair, il est considéré comme faisant partie du futur développement du réseau. Avec le développement continu de l'ère numérique, la demande de vitesse plus élevée et de capacité accrue continuera de croître, et le réseau 1.6T devrait répondre à ces besoins.

Scénarios d'application multiples d'Ethernet 800G et 1.6T

Centre de données

Stockage de données ultra haute densité

Les centres de données ont besoin d’une grande capacité de stockage et d’une transmission rapide des données pour répondre à la demande croissante de données. L'Ethernet 800G et 1.6T peut être utilisé pour connecter des serveurs de stockage et obtenir un stockage de données ultra haute densité. Par exemple, une grande entreprise de médias sociaux peut utiliser ces technologies Ethernet haut débit pour prendre en charge la quantité massive de photos et de vidéos téléchargées par les utilisateurs.

Virtualisation et conteneurisation

Les technologies de virtualisation et de conteneurisation nécessitent une transmission rapide des données pour partager les ressources entre les machines virtuelles ou les conteneurs. Les Ethernets 800G et 1.6T peuvent être utilisés pour assurer la migration de machines virtuelles à large bande passante et la communication de conteneurs. Par exemple, un fournisseur de services cloud peut utiliser ces technologies pour prendre en charge les charges de travail de virtualisation des clients.

Cloud computing

Ressources informatiques élastiques

Le cloud computing offre la possibilité de ressources informatiques élastiques, mais cela nécessite des connexions réseau à haut débit. L'Ethernet 800G et 1.6T peut être utilisé pour assurer une transmission rapide des données entre les utilisateurs du cloud computing. Par exemple, un institut de recherche scientifique peut utiliser ces connexions réseau à haut débit pour exécuter des simulations complexes et des tâches d'analyse de données dans le cloud.

Stockage et sauvegarde dans le cloud

Les services de stockage et de sauvegarde dans le cloud nécessitent une grande capacité et une transmission à haut débit pour garantir la sécurité et la disponibilité des données. Ces technologies Ethernet haut débit peuvent être utilisées pour connecter des périphériques de stockage cloud et des serveurs de sauvegarde de données. Par exemple, une entreprise peut les utiliser pour sauvegarder des données commerciales importantes.

Big données

Transmission et analyse des données

L’analyse du Big Data nécessite de nombreuses capacités de transmission et de traitement des données. L'Ethernet 800G et 1.6T peut être utilisé pour transférer des ensembles de données à grande échelle depuis des sources de données vers des plates-formes d'analyse et accélérer le processus de traitement des données. Par exemple, un organisme de santé peut utiliser ces réseaux à haut débit pour analyser de nombreux dossiers médicaux de patients afin d'améliorer le diagnostic et le traitement.

Flux de données en temps réel

Le traitement des flux de données en temps réel nécessite que les données soient transmises sur le réseau avec une latence extrêmement faible. Ces technologies Ethernet haut débit peuvent être utilisées pour prendre en charge des applications de flux de données en temps réel, telles que la surveillance des transactions financières et la surveillance des villes intelligentes. Par exemple, une institution financière peut les utiliser pour surveiller et analyser une grande quantité de données de transaction afin de détecter d’éventuelles activités frauduleuses.

Calcul haute performance

Recherche scientifique

Le calcul haute performance est utilisé pour résoudre des problèmes complexes dans les domaines scientifiques et techniques. 800G et 1.6T Ethernet peut être utilisé pour connecter des superordinateurs et des centres de données, afin d'aider les scientifiques dans la simulation et le calcul de modèles. Par exemple, une entreprise aérospatiale peut utiliser ces réseaux à haut débit pour simuler les performances et la sécurité des avions.

Formation intelligence artificielle

La formation à l’intelligence artificielle nécessite de nombreuses capacités de transmission de données et de calcul. Ces technologies Ethernet haut débit peuvent être utilisées pour connecter des clusters GPU et le stockage de données, afin de prendre en charge la formation de modèles d'apprentissage profond.

Système de santé

Soins de santé et surveillance à distance

À l’avenir, les soins de santé et la surveillance à distance constitueront une tendance majeure. Les technologies Ethernet 800G et 1.6T prendront en charge des services de soins de santé à distance de haute qualité, notamment la chirurgie et la surveillance des patients à distance.

Génomique et développement de médicaments

Le secteur de la santé a besoin de capacités de traitement de données massives pour la recherche en génomique et le développement de médicaments. L'Ethernet à haut débit sera utilisé pour transmettre de grandes quantités de données sur les gènes et les médicaments, accélérant ainsi la recherche médicale.

Conduite autonome

Cartes haute définition et données de capteurs

Les véhicules autonomes ont besoin de cartes haute résolution et de données de capteurs pour obtenir un positionnement et une perception environnementale précis. Les technologies Ethernet 800G et 1.6T seront utilisées pour transmettre ces données à grande échelle, améliorant ainsi la sécurité et la fiabilité de la conduite autonome.

Communication du véhicule

La communication entre les véhicules et entre les véhicules et les infrastructures sera essentielle à la conduite autonome. L'Ethernet haut débit prendra en charge la communication en temps réel entre les véhicules, contribuant ainsi à éviter les collisions et à améliorer l'efficacité du trafic.

Conclusion

L’émergence de l’Ethernet 800G et 1.6T constitue une innovation technologique majeure. Ils nous permettront de gérer des charges utiles de données plus importantes et de répondre à des exigences de performances plus élevées. Le 400G est déployé à grande échelle, mais il reste encore un long chemin à parcourir avant d'atteindre le débit de données de 800G, et le chemin optimal pour le 1.6T est encore incertain. Dans quelques années seulement, il faudra sans aucun doute une plus grande capacité, une vitesse plus rapide et des améliorations significatives de l’efficacité. Pour préparer l’expansion de ces nouvelles technologies, il est nécessaire de commencer dès aujourd’hui la conception et la planification.