800Gイーサネットテクノロジー

概要

800G イーサネットは、800 Gbps (ギガビット/秒) のデータ レートを送信できる高帯域幅イーサネット規格です。これはイーサネット テクノロジの最新の進歩を表しており、データ送信と大量のデータの処理能力に対する増大する需要を満たすように設計されています。

25G および 50G イーサネット コンソーシアム標準は、800 レーン×8Gb/s テクノロジーに基づく 100G 実装仕様を提供し、導入者が高度な高帯域幅の相互運用可能なイーサネット テクノロジーを導入できるようにします。

800G イーサネットは主に大規模なデータセンター、クラウド サービス環境、高帯域幅を必要とするアプリケーションに使用されます。これらのシナリオでは、より高速、より優れたスループット、より優れたネットワーク パフォーマンスを提供できるため、より高速で効率的なデータ通信がサポートされます。

アーキテクチャ

800Gb/s イーサネット テクノロジーは、106xClause 2 PCS (119G) を使用して 400 つの 800 Gb/s レーンを使用し、400 Gb/s で動作する単一の MAC を接続するインターフェイスとして設計されています (XNUMXG PCS は変更されていますが、これは単に非常に高い速度です) -レベルの概念図)。次の図は、高レベルのアーキテクチャを示しています。

具体的な実装プロセスでは、800GBASE-R 仕様は 400 つの XNUMXG を単純に接続するのではなく、新しいメディア アクセス コントロール (MAC) と物理コーディング サブレイヤー (PCS) を導入しています。 800G 最小限のコストで。新しい PCS には以前の PCS の再利用が含まれているため、標準の RS (544、514) 前方誤り訂正が保持され、優れた下位互換性機能が提供されます。

PCS/FEC

400 つの 32 Gb/s PCS (FEC を含む) を利用し、25 個の PCS レーン (各レーン速度は 800 Gb/s) をサポートすることで、2 Gb/s の機能をサポートします。次の図は、TX PCS データ フローと機能を示しています。 16×4 PCS レーンが 1 つの PCS スタックから生成され、その後 PMA によって PMD に対して 8:106 ビット多重化が実行されて、XNUMX×XNUMXG PMD レーンが作成されます。

以下の図は、800G Pluggable MSA ワーキング グループが「800G MSA ホワイト ペーパー」で示した概略図です。これは、すぐに開始できる 800G 実装スキームです。 400 つの 800G PMA を再調整することにより、800G PMA が得られ、低コストの 800G PMD が定義され、8 チャネル 100Gb/s テクノロジーに基づく XNUMXG イーサネットが実現されます。

課題

現在の 800G イーサネットの実装では 8 チャネルが使用され、各チャネルの伝送速度は 100Gbps です。これにより、PAM4 (50 レベル変調) の速度が前世代の 100 Gbps から 800 Gbps に倍増します。開発中の次世代 200G トランシーバでは、各チャネルのレートが 4Gbps に達する予定ですが、高次変調と PAMXNUMX データ レートの両方を高める必要があるため、大きな課題が生じます。

高速 SerDes と消費電力

スイッチ チップの全体的な帯域幅の増加をサポートするために、SerDes の速度と電力も増加しています。現在、SerDes の速度は 10Gbit/s から 112Gbit/s に増加しています。ただし、SerDes の消費電力はシステムの総消費電力にとって重要になっています。 102.4T スイッチには 512 個の 200 Gb/s SerDes チャネルがあるため、次世代スイッチ チップでは帯域幅が再び 800 倍になります。これらのシリコン スイッチは、1.6 Gb/s チャネルで 224G および XNUMXT をサポートします。

解決法：

高速 SerDes: 増大するデータ伝送需要を満たすために、高速 SerDes テクノロジーを研究開発します。これには、SerDes の速度の向上、消費電力の削減、信号整合性の向上が含まれます。消費電力の最適化: 消費電力最適化設計手法を採用し、SerDesの消費電力を削減します。これには、高度な CMOS プロセスと低電力回路設計の使用が含まれます。

パルス振幅変調

800G イーサネットの現在の段階では、PAM4 (4 レベル パルス振幅変調) を使用してデータを送信する高次の変調技術が採用されており、各シンボルが複数ビットの情報を伝送するため、データ送信速度が向上します。

高次の変調では、シンボルあたりのビット数が増加し、トレードオフが発生します。off チャネル帯域幅と信号振幅の間。 PAM4 変調は、前世代の製品と下位互換性があります。それ offより高度な変調方式と比較して信号対雑音比 (SNR) が優れているため、遅延の原因となる前方誤り訂正 (FEC) のオーバーヘッドが削減されます。

ソリューション：

より優れたアナログ フロントエンド (AFE): 高次の変調方式をサポートするために、より高性能なアナログ フロントエンドを研究開発します。これには、より正確なクロック回復、より低いジッター、より優れた信号処理能力が含まれる場合があります。高度なイコライゼーション技術: 革新的なデジタル信号処理 (DSP) およびイコライゼーション技術を使用して、チャネル内の歪みやノイズを克服します。これは、PAM4 信号の信頼性の向上に役立ちます。高次の変調方式を検討する: 現在の 4G イーサネットでは PAM800 が広く使用されていますが、将来の標準では PAM6 や PAM8 などの高次の変調方式が採用される可能性があります。これにより、シンボルあたりの送信速度が向上し、より複雑になります。

800G イーサネットのビット誤り率 (BER) を下げるにはどうすればよいですか?

高速データ伝送では、信号はチャネルを通過する際にさまざまな干渉や減衰要因の影響を受けます。これらには、信号減衰、ノイズ、クロストーク、その他の信号歪み要因が含まれます。これらの要因により、信号のビット エラー、つまり BER が発生します。データ伝送では、BER が存在すると重大なデータ破損が発生し、データの可用性と整合性が低下する可能性があります。 100G イーサネットなどの以前の高速データ規格では、従来の微調整イコライザーと信号処理技術で BER を低減するのに十分でした。ただし、より高速な 800G イーサネットでは、より高い BER の課題に対処するために、より複雑な方法が必要になります。前方誤り訂正 (FEC) は、BER を削減するために広く使用されています。これには、受信機が送信エラーを検出して修正できるようにするために、データ送信に冗長情報を追加することが含まれます。 FEC アルゴリズムはデータ フレームに冗長ビットを追加し、受信機が損失または損傷したデータ ビットを再構築できるようにします。これは、特に高速ネットワークにおけるデータ伝送の信頼性の向上に役立ちます。

200Gb/s システムなどの開発の後半段階では、より高い BER の課題に対処するために、より複雑な FEC アルゴリズムが必要になります。これらのアルゴリズムには、データ送信の信頼性を確保するために、より冗長なデータとより高度なエラー修正メカニズムの使用が含まれる場合があります。

800G イーサネットのエネルギー効率を向上するにはどうすればよいですか?

800G イーサネットのエネルギー効率の向上は、特に大規模なデータセンターにおいて重要な課題です。光モジュールの設計はより効率的になり、ビットあたりの消費電力が削減されていますが、大規模なデータセンターには通常数万個の光モジュールがあるため、モジュール全体の消費電力は依然として深刻な問題です。光モジュールの消費電力の課題を解決する XNUMX つの方法は、同時パッケージ化された光デバイスを使用することです。この技術は、光モジュールのパッケージ内に光電変換機能を統合し、モジュールごとの消費電力を削減します。同時パッケージ化された光デバイスは、エネルギー効率の向上やパッケージ サイズの縮小など、さまざまな利点を提供できます。

800G イーサネットの利点は何ですか?

• 帯域幅とデータ速度の向上: ビッグデータ、人工知能、クラウド サービスなどのテクノロジーの急速な発展に伴い、データ トラフィックは増加し続けています。最も重要なことは、800G イーサネットはより多くのデータ ストリームとネットワーク接続を同時に処理できることです。さらに、800G イーサネットにより、より高速なデータのアップロード、ダウンロード、送信が実現され、データ処理効率とユーザー エクスペリエンスが向上します。帯域幅とデータ速度の増加に伴い、800G イーサネットは高密度で大規模なデータ伝送をサポートしながら、ネットワークの安定した効率的な動作を保証します。
• ハイパフォーマンス コンピューティング分野: 科学計算や人工知能トレーニングなどのハイパフォーマンス コンピューティング アプリケーションでは、高速なデータ転送と処理能力が必要です。 800G ネットワークにより、データ伝送速度が向上し、ネットワーク パフォーマンスが向上し、ハイパフォーマンス コンピューティング タスクの動作が維持されます。これは、科学研究、ビッグデータ分析、人工知能トレーニングなど、大規模で複雑な計算を処理するアプリケーションにとって非常に重要です。 800G イーサネットの導入により、ハイパフォーマンス コンピューティング分野の革新と発展がさらに促進されます。
• 大規模データセンターのサポート: データセンターは、大量のデータを保存および処理するための重要な場所です。 800G イーサネット テクノロジーの出現により、データ センターのパフォーマンスが大幅に向上し、データ伝送速度と処理能力が加速され、データ センターのスループットの向上と遅延の短縮が可能になります。要約すると、800G イーサネットは現在のネットワーク環境において非常に重要な役割を果たしており、ネットワーク技術の将来の発展傾向を表しています。

400G/800G Ethernet製品の現状

注：上記の表のデータは主に各メーカーの製品紹介ページから引用しています。 official ウェブサイト (2023 年 XNUMX 月)。