QSFP-DD800、800G、および 1.6T イーサネットのブレークスルー

データ主導の世界に突入するにつれて、イーサネットの重要性がより顕著になります。 基本的に、イーサネットはコンピュータを接続してローカル ネットワークを形成し、デバイスが他のデバイスと通信できるようにするテクノロジーです。 しかし、時間の経過とともに、イーサネットは世界的なデータ通信システムに進化し、その速度は初期の 10Mbit/s から現在の 800G、さらには 1.6T にまで及びます。 この大きな進歩には課題がないわけではありませんが、それぞれのブレークスルーはテクノロジーの大きな飛躍を表しています。

QSFP-DD800光トランシーバモジュールとは何ですか?

QSFP-DD800 は、Quad Small Form-factor Pluggable Double Density の略で、QSFP-DD MSA によって定義された高速ホットスワップ可能なパッケージング モデルです。 既存の光ファイバーネットワーク機器との互換性が高く、データセンターのアップグレードや拡張が容易になります。

伝送距離について

伝送距離でいうと、 QSFP-DD800 光モジュールはさまざまな距離オプションをサポートしており、一般に VR (50m)、SR (100m)、DR/FR/LR (500m/2km/10km) などに分類できます。

光インターフェイスの種類について

QSFP-DD800 光モジュールの光インターフェイス タイプは、主に MPO、LC、VSFF (CS/SN/MDC) に分類されます。

800Gイーサネット

800G イーサネットは、データ伝送および通信ネットワーク用の高速イーサネット テクノロジーであり、800 ギガビット/秒 (800Gbps) のデータ転送速度を提供します。

800G イーサネットは、前世代の 400G イーサネットの XNUMX 倍の速度です。 off大規模なデータ転送、高解像度ビデオ、クラウド コンピューティング、モノのインターネット、その他の高帯域幅の需要を処理するために、より広い帯域幅が確保されています。 800G イーサネットは高次変調技術を使用し、通常は PAM4 (パルス振幅変調 4) を使用してデータを送信します。これにより、各シンボルが複数ビットの情報を伝送できるようになり、データ転送速度が向上します。 800G イーサネットはデータセンター ネットワークで重要な用途に使用されており、データセンター内のサーバー間の相互接続速度を向上させ、大規模なデータ処理とクラウド コンピューティングを促進します。 800G イーサネットを実現するには、通常、高速データ伝送をサポートできる高度なネットワーク ハードウェアと光モジュールが必要であり、通常はエネルギー効率を向上させるために低電力設計が使用されます。 800G イーサネットの標準化は IEEE (電気電子技術者協会) によって主導されており、異なるメーカーのデバイス間の相互運用性の確保に役立ちます。

800G イーサネットの現状

現在の 800G イーサネットの実装では 8 つのチャネルが使用され、それぞれの伝送速度は 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 トランシーバーでは、各チャネルの速度が 4Gbps に向上しますが、高次変調と PAMXNUMX データ レートを同時に高める必要があるため、大きな課題が生じます。

課題 XNUMX: スイッチ シリコン SerDes

800G イーサネットのチャネル速度を向上するには、より高速なネットワーク スイッチ チップが不可欠です。 ネットワーク スイッチ チップは、データ センター内の要素間の低遅延スイッチングを実装するために使用されます。これは、ハイ パフォーマンス コンピューティングと大規模なデータ転送をサポートするために重要です。 スイッチ チップ全体の帯域幅の増加をサポートするために、SerDe の速度、数、電力も増加しています。 現在、SerDes の速度は 10 Gbit/s から 112 Gbit/s に増加し、チップ周辺の SerDes チャネルの数は 64 Tbps 世代で 512 から 51.2 に増加しました。 ただし、SerDes の電力消費はシステムの総電力消費の重要な部分になっています。 次世代のスイッチ チップでは、102.4T スイッチに 512 の 200 Gb/s SerDes チャネルが搭載されるため、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：

o SerDes の高速化: 増大するデータ転送需要を満たすために、より高速な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。

o 電力の最適化: 電力最適化設計アプローチを採用して、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。

課題 XNUMX: パルス振幅変調

高次変調により、シンボルまたはユニット インターバル (UI) あたりのビット数が増加し、off チャネル帯域幅と信号振幅の間。 標準では、データ レートを向上させるために高次の変調方式が検討されることがよくあります。 PAM4 変調は、前世代の製品との下位互換性があり、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。 ただし、アナログ帯域幅の制限と革新的な DSP スキームによって実現される高度なイコライゼーションのため、PAM4 にはより優れたアナログ フロントエンド (AFE) が必要です。

解決法：

o アナログ フロントエンド (AFE) の改善: 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。

o 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。

o より高度な変調ソリューションを探索する: 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ますが、複雑さも高まります。

800G イーサネットのビットエラー率を下げるには?

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、信号にビット エラーが発生し、これをビット エラーと呼びます。 データ送信中にビット エラーが存在すると、重大なデータ破損が発生し、データの可用性と完全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ビット エラー レート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、より高いビット エラー レート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) アルゴリズム

前方誤り訂正 (FEC) は、ビット誤り率を低減するために広く使用されている技術です。 これには、受信側が送信中の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 アルゴリズムは冗長ビットをデータ フレームに追加し、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。

FECの重要性

FEC は、800G イーサネットなどの高速ネットワークでは特に重要になります。 データ レートが高いため、通常、送信時のビット エラー レートが高くなります。 したがって、ビット誤り率を最小限に抑え、高速ネットワークの信頼性を確保するには、より強力な FEC アルゴリズムが必要です。

その取引-OffFECのメリットと特徴

各 FEC アーキテクチャには貿易が関係します。offコーディングゲイン、オーバーヘッド、レイテンシー、電力効率の点で利点があります。 一般的な FEC アーキテクチャとその特徴をいくつか示します。

リードソロモン符号化

リードソロモン符号化は、データの保存と通信で広く使用されている FEC 技術です。 優れたエラー訂正パフォーマンスを備えており、ランダムなエラーからデータ フレームを回復できます。 ただし、比較的大規模な冗長性が必要となるため、高速ネットワークでは大きなオーバーヘッドが発生する可能性があります。

LDPC (低密度パリティチェック) コーディング

LDPC コーディングは、高速ネットワークで広く使用されている効率的な FEC 技術です。 コーディングのオーバーヘッドが低く、ビット誤り率の低減に優れています。 また、LDPC コーディングは遅延と消費電力が低くなります。

BCHコーディング

BCH 符号化は、誤り訂正性能と符号化オーバーヘッドのバランスを実現する、高速通信に適した FEC 技術です。 光ファイバー通信や高速データストレージでよく使用されます。

複雑な FEC アルゴリズム

224 Gb/s システムでは、より高いビット誤り率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改善するには?

光モジュールの各世代の消費電力は、特に 800G や XNUMXG などの高速ネットワークで増加しています。 1.6Tイーサネット。 光モジュールの設計は効率化され、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。

エネルギー効率への挑戦

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。 データセンターのエネルギー消費は、コスト、環境、持続可能性に重要な影響を与えます。 したがって、800G イーサネット デバイスの消費電力を削減することが重要です。

同時パッケージ化された光学部品

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モジュール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することで、各モジュールの消費電力を削減します。 光学部品を同時パッケージ化すると、エネルギー効率の向上やパッケージ サイズの小型化など、さまざまな利点が得られます。

共包装技術のメリット

エネルギー効率の向上

光電子変換機能を光モジュールに統合することで、光学部品を同時パッケージ化することでエネルギー効率を向上させることができます。 この統合により、光信号の変換および伝送のプロセスにおけるエネルギー損失が削減されます。 したがって、ビットあたりの消費電力が削減され、エネルギー効率が向上します。

パッケージサイズの縮小

同時パッケージング技術により、光モジュールのパッケージ サイズも縮小できます。 これは、限られたスペースにさらに多くのデバイスを配置する必要がある大規模なデータセンターにとって特に重要です。 パッケージ サイズが小さくなると、データ センターの拡張性とレイアウトの柔軟性が向上します。

熱管理の改善

消費電力が低いため、一緒にパッケージ化された光学部品の発熱も少なくなります。 これにより、データセンターの熱管理が改善され、冷却需要が削減され、運用コストが削減されます。

冷却チャレンジ

ただし、光学部品の同時パッケージ化には新たな課題も伴い、その XNUMX つは冷却です。 パッケージ内の統合された光電コンバータによって生成される熱は、過熱や性能低下を防ぐために効果的に放散される必要があります。 したがって、効率的な冷却ソリューションを設計することは、共同パッケージング技術を成功させるために不可欠です。

1.6Tイーサネット

1.6T イーサネットは、データ伝送および通信ネットワーク用の高速イーサネット テクノロジであり、1.6 秒あたり 1.6 テラビット (800Tbps) のデータ転送速度を提供します。 これはネットワーク分野の最新の開発を表しており、1.6G イーサネットからのアップグレードです。 800T イーサネットは XNUMXG イーサネットの XNUMX 倍の速度です。 offより広い帯域幅を実現します。 大規模なデータ転送、高解像度ビデオ、クラウド コンピューティング、ハイ パフォーマンス コンピューティング、および非常に高い帯域幅に対するその他の要求の処理に適しています。 1.6T イーサネットは高次変調技術を使用し、通常は PAM4 (パルス振幅変調 4) または高次変調方式を使用してデータを送信し、より高いデータ転送速度を実現します。

1.6T イーサネットは、データセンター ネットワークおよびネットワーク バックボーンに重要な用途を持っています。 大規模なデータセンター内のサーバー間の高速相互接続のニーズを満たし、異なるデータセンターとネットワーク ノードを接続するための高速ネットワーク バックボーンもサポートします。

800G イーサネットと 1.6T ネットワークのタイムライン

800G イーサネットの開発は、前世代の 400G イーサネットに基づいています。 ここ数年、IEEE (電気電子学会) や OIF (光インターネットワーキング フォーラム) などの標準化団体が 400G ネットワークの標準を確立し、800G 開発の基礎を築きました。 1.6T ネットワークは 800G イーサネットをさらに発展させたもので、より高速なネットワーク テクノロジを表します。 1.6T ネットワークの開発はまだ初期段階にありますが、広く注目を集めています。

2022: 最初の 51.2T スイッチ チップがリリースされる

2022 年、ネットワーク業界は最初の 51.2T スイッチ チップのリリースという重要なマイルストーンを達成しました。 これらのスイッチ チップは 64Gb/s の 800 ポートをサポートし、800G イーサネットの開発が実用的なハードウェア段階に入ったことを示しています。 同時に、この期間には 800G 光モジュールの最初のバッチの検証作業が開始されました。

2023: 標準リリースと開発検証

2023 年に、標準組織は大きな進歩を遂げました。 まず、IEEE は、802.3G イーサネットの物理層仕様を定義する IEEE 800df 標準の最初のバージョンをリリースしました。 一方、OIF は 224 Gb/s 標準もリリースしました。これは、800 Gb/s および 1.6 Gb/s チャネルを備えた 112G および 224T システムを構築するためのガイダンスを提供します。

今後 XNUMX 年間: 物理層規格の最終決定

今後 800 年間、標準化団体は 1.6G イーサネットの物理層標準を完成させるために熱心に取り組み続けることが予想されます。 これには、ネットワーク デバイスの相互運用性とパフォーマンスを確保するための仕様のさらなる改良とテストが含まれます。 1.6T ネットワークのスケジュールはまだ明確ではありませんが、将来のネットワーク開発の一部とみなされています。 デジタル時代の継続的な発展に伴い、高速化、大容量化への需要は今後も増大しており、XNUMXTネットワークはこれらのニーズを満たすことが期待されています。

800G および 1.6T イーサネットの複数のアプリケーション シナリオ

データセンター

超高密度のデータストレージ

データセンターは、増大するデータ需要を満たすために、大量のストレージ容量と高速データ転送を必要とします。 800G および 1.6T イーサネットを使用してストレージ サーバーを接続し、超高密度のデータ ストレージを実現できます。 たとえば、大規模なソーシャル メディア企業は、これらの高速イーサネット テクノロジを使用して、ユーザーがアップロードする大量の写真やビデオをサポートできます。

仮想化とコンテナ化

仮想化およびコンテナ化テクノロジでは、仮想マシンまたはコンテナ間でリソースを共有するために高速なデータ転送が必要です。 800G および 1.6T イーサネットを使用して、高帯域幅の仮想マシンの移行とコンテナ通信を提供できます。 たとえば、クラウド サービス プロバイダーはこれらのテクノロジーを使用して、顧客の仮想化ワークロードをサポートできます。

クラウド·コンピューティング

柔軟なコンピューティング リソース

クラウド コンピューティングは柔軟なコンピューティング リソースの機能を提供しますが、これには高速ネットワーク接続が必要です。 800G および 1.6T イーサネットを使用して、クラウド コンピューティング ユーザー間の高速データ送信を実現できます。 たとえば、科学研究機関は、これらの高速ネットワーク接続を使用して、複雑なシミュレーションやデータ分析タスクをクラウドで実行できます。

クラウドストレージとバックアップ

クラウド ストレージとバックアップ サービスでは、データのセキュリティと可用性を確保するために、大容量と高速伝送が必要です。 これらの高速イーサネット テクノロジーを使用して、クラウド ストレージ デバイスとデータ バックアップ サーバーを接続できます。 たとえば、企業はこれらを使用して重要なビジネス データをバックアップできます。

ビッグデータ

データの送信と分析

ビッグデータ分析には、多くのデータ送信および処理能力が必要です。 800G および 1.6T イーサネットを使用すると、大規模なデータセットをデータソースから分析プラットフォームに転送し、データ処理プロセスを高速化できます。 たとえば、医療機関はこれらの高速ネットワークを使用して患者の多くの医療記録を分析し、診断と治療を改善できます。

リアルタイムデータストリーム

リアルタイムのデータ ストリーム処理では、ネットワーク内でデータを極めて低い遅延で送信する必要があります。 これらの高速イーサネット テクノロジーを使用すると、金融取引監視やスマート シティ監視などのリアルタイム データ ストリーム アプリケーションをサポートできます。 たとえば、金融機関はこれらを使用して大量の取引データを監視および分析し、潜在的な詐欺行為を検出できます。

高性能コンピューティング

科学研究

ハイパフォーマンス コンピューティングは、科学および工学分野の複雑な問題を解決するために使用されます。 800Gと 1.6T イーサネットを使用してスーパーコンピューターとデータセンターを接続し、科学者によるシミュレーションやモデルの計算をサポートできます。たとえば、航空宇宙会社はこれらの高速ネットワークを使用して、航空機の性能と安全性をシミュレートできます。

人工知能トレーニング

人工知能のトレーニングには、多くのデータ送信と計算能力が必要です。 これらの高速イーサネット テクノロジーを使用して GPU クラスターとデータ ストレージを接続し、深層学習モデルのトレーニングをサポートできます。

ヘルスケア

遠隔医療と監視

将来的には、遠隔医療と遠隔モニタリングが大きなトレンドとなるでしょう。 800G および 1.6T イーサネット テクノロジーは、遠隔手術や患者モニタリングなどの高品質な遠隔医療サービスをサポートします。

ゲノミクスと創薬

ヘルスケア部門は、ゲノミクス研究と医薬品開発のために大規模なデータ処理能力を必要としています。 高速イーサネットは大量の遺伝子や薬剤データの送信に使用され、医学研究を加速します。

自動運転

高精細地図とセンサーデータ

自動運転車は、正確な位置測位と環境認識を実現するために、高解像度の地図とセンサー データを必要とします。 これらの大規模データの送信には 800G および 1.6T イーサネット技術が使用され、自動運転の安全性と信頼性が向上します。

車両通信

自動運転には車両間、および車両とインフラ間の通信が重要となります。 高速イーサネットは車両間のリアルタイム通信をサポートし、衝突の回避と交通効率の向上に役立ちます。

まとめ

800G および 1.6T イーサネットの登場は、重要な技術革新です。 これらにより、より大きなデータ ペイロードを処理し、より高いパフォーマンス要件を満たすことが可能になります。 400G は大規模に導入されていますが、800G のデータ レートに到達するまでにはまだ長い道のりがあり、1.6T の最適なパスはまだ不確かです。 わずか数年以内に、より大容量、より高速な速度、および大幅な効率の向上が必要になることは間違いありません。 こうした新しい技術の普及に備えるために、今日から設計・計画を始める必要があります。