Tecnologia Ethernet 800G

Visão geral

Ethernet 800G é um padrão Ethernet de alta largura de banda que pode transmitir taxas de dados de 800 Gbps (gigabits por segundo). Ele representa o mais recente avanço na tecnologia Ethernet e foi projetado para atender à crescente demanda por transmissão de dados e à capacidade de lidar com grandes quantidades de dados.

Os padrões 25G e 50G Ethernet Consortium fornecem uma especificação de implementação 800G baseada na tecnologia 8 lanex100Gb/s, permitindo que os adotantes implementem tecnologia Ethernet interoperável avançada de alta largura de banda.

A Ethernet 800G é usada principalmente para grandes data centers, ambientes de serviços em nuvem e aplicativos que exigem alta largura de banda. Para estes cenários, pode fornecer maior velocidade, maior rendimento e melhor desempenho da rede, suportando assim uma comunicação de dados mais rápida e eficiente.

Arquitetura

A tecnologia Ethernet de 800 Gb/s foi projetada como uma interface que usa oito pistas de 106 Gb/s usando 2xClause 119 PCSs (400G) para conectar um único MAC operando a 800 Gb/s (embora os PCSs de 400G sejam modificados, isso é apenas um valor muito alto). visão conceitual de nível). A figura a seguir mostra a arquitetura de alto nível.

No processo de implementação específico, a especificação 800GBASE-R não está simplesmente unindo dois 400Gs, mas introduz um novo Controle de Acesso à Mídia (MAC) e uma Subcamada de Codificação Física (PCS) que podem alcançar 800G com custo mínimo. Como o novo PCS contém uma reutilização do PCS anterior, ele mantém a correção de erros direta padrão RS (544, 514) e fornece bons recursos de compatibilidade com versões anteriores.

PCS/FEC

Utilizando dois PCSs de 400 Gb/s (incluindo FEC) e suportando 32 pistas PCS (cada pista tem velocidade de 25 Gb/s) para suportar capacidade de 800 Gb/s. A figura abaixo mostra o fluxo de dados e a funcionalidade do TX PCS. 2x16 pistas PCS são geradas a partir de duas pilhas PCS e, em seguida, a multiplexação de 4:1 bits é realizada pelo PMA para o PMD para criar pistas 8x106G PMD.

A figura abaixo é um diagrama esquemático fornecido pelo grupo de trabalho 800G Pluggable MSA no “800G MSA White Paper”, um esquema de implementação 800G que pode ser lançado rapidamente. Ao reajustar dois PMAs 400G, um PMA 800G é obtido, um PMD 800G de baixo custo é definido e uma Ethernet 800G baseada na tecnologia 8Gb/s de 100 canais é realizada.

Desafios

A implementação atual de Ethernet 800G usa 8 canais, cada taxa de transmissão de canal é de 100 Gbps. Isso dobra a velocidade do PAM4 (modulação de quatro níveis) da geração anterior de 50 Gbps para 100 Gbps. O transceptor 800G de próxima geração em desenvolvimento fará com que a taxa de cada canal atinja 200 Gbps, o que traz desafios significativos porque exige o aumento da modulação de ordem superior e das taxas de dados PAM4.

SerDes de alta velocidade e consumo de energia

Para apoiar o aumento da largura de banda geral do chip switch, a velocidade e a potência do SerDes também estão aumentando. Atualmente, a velocidade do SerDes aumentou de 10 Gbit/s para 112 Gbit/s. No entanto, o consumo de energia do SerDes tornou-se importante para o consumo total de energia do sistema. O chip switch de próxima geração dobrará a largura de banda novamente porque o switch 102.4T terá 512 canais SerDes de 200 Gb/s. Esses switches de silício suportarão 800G e 1.6T em canais de 224 Gb/s.

Alternativa?

SerDes de alta velocidade: pesquise e desenvolva tecnologia SerDes de alta velocidade para atender à crescente demanda de transmissão de dados. Isto inclui aumentar a velocidade, reduzir o consumo de energia e melhorar a integridade do sinal do SerDes. Otimização do consumo de energia: Adote um método de projeto de otimização do consumo de energia para reduzir o consumo de energia do SerDes. Isso inclui o uso de processos CMOS avançados e design de circuito de baixo consumo de energia.

Modulação de amplitude de pulso

A fase atual da Ethernet 800G emprega uma técnica de modulação de ordem superior que usa PAM4 (4-Level Pulse Amplitude Modulation) para transmitir dados de forma que cada símbolo carregue vários bits de informação, aumentando assim a taxa de transmissão de dados.

A modulação de ordem superior aumenta o número de bits por símbolo e fornece uma trocaoff entre a largura de banda do canal e a amplitude do sinal. A modulação PAM4 é compatível com gerações anteriores de produtos. Isto offoferece uma melhor relação sinal-ruído (SNR) em comparação com esquemas de modulação mais altos, reduzindo assim a sobrecarga da correção direta de erros (FEC) que causa latência.

Soluções:

Melhor front-end analógico (AFE): pesquise e desenvolva front-ends analógicos de alto desempenho para oferecer suporte a esquemas de modulação de ordem superior. Isso pode incluir recuperação de clock mais precisa, menor jitter e melhores capacidades de processamento de sinal. Técnicas avançadas de equalização: Utilize técnicas inovadoras de processamento de sinal digital (DSP) e de equalização para superar a distorção e o ruído no canal. Isso ajuda a melhorar a confiabilidade dos sinais PAM4. Explore esquemas de modulação superior: Embora o PAM4 seja amplamente utilizado na atual Ethernet 800G, os padrões futuros poderão adotar esquemas de modulação de ordem superior, como PAM6 ou PAM8. Isto aumentará a taxa de transmissão por símbolo e trará maior complexidade.

Como reduzir a taxa de erro de bits (BER) da Ethernet 800G?

Na transmissão de dados em alta velocidade, o sinal é afetado por vários fatores de interferência e atenuação ao passar pelo canal. Isso inclui atenuação de sinal, ruído, diafonia e outros fatores de distorção de sinal. Esses fatores causam erros de bits no sinal, ou seja, BER. Na transmissão de dados, a presença de BER pode causar grave corrupção de dados, reduzindo a disponibilidade e integridade dos dados. Em padrões anteriores de dados de alta velocidade, como Ethernet 100G, equalizadores convencionais de ajuste fino e técnicas de processamento de sinal eram suficientes para reduzir o BER. No entanto, na Ethernet 800G de alta velocidade, são necessários métodos mais complexos para lidar com os maiores desafios de BER. A correção direta de erros (FEC) é amplamente utilizada para reduzir o BER. Envolve adicionar informações redundantes na transmissão de dados para ajudar o receptor a detectar e corrigir erros de transmissão. Os algoritmos FEC adicionam bits redundantes em quadros de dados, permitindo ao receptor reconstruir bits de dados perdidos ou danificados. Isto ajuda a melhorar a fiabilidade da transmissão de dados, especialmente em redes de alta velocidade.

Nos estágios posteriores de desenvolvimento, como sistemas de 200 Gb/s, algoritmos FEC mais complexos são necessários para lidar com os maiores desafios de BER. Esses algoritmos podem incluir o uso de dados mais redundantes e mecanismos de correção de erros mais sofisticados para garantir a confiabilidade da transmissão de dados.

Como melhorar a eficiência energética da Ethernet 800G?

Melhorar a eficiência energética da Ethernet 800G é um desafio importante, especialmente em data centers de grande escala. Embora o design do módulo óptico tenha se tornado mais eficiente, reduzindo o consumo de energia por bit, o consumo geral de energia dos módulos ainda é um problema sério, já que grandes data centers geralmente possuem dezenas de milhares de módulos ópticos. Uma maneira de resolver o desafio do consumo de energia dos módulos ópticos é usar dispositivos ópticos empacotados. Esta tecnologia integra a função de conversão optoeletrônica na embalagem do módulo óptico, reduzindo o consumo de energia de cada módulo. Dispositivos ópticos co-embalados podem oferecer várias vantagens, incluindo maior eficiência energética e embalagens menores.

Quais são os benefícios da Ethernet 800G?

• Maior largura de banda e velocidade de dados: Com o rápido desenvolvimento de tecnologias como big data, inteligência artificial, serviços em nuvem, etc., o tráfego de dados está aumentando constantemente. Mais importante ainda, a Ethernet 800G pode lidar com mais fluxos de dados e conexões de rede simultaneamente. Além disso, a Ethernet 800G permite upload, download e transmissão de dados mais rápidos, melhorando a eficiência do processamento de dados e a experiência do usuário. Com o aumento da largura de banda e da velocidade dos dados, a Ethernet 800G suporta transmissão de dados em alta densidade e em grande escala, garantindo ao mesmo tempo a operação estável e eficiente da rede.
• Campo de computação de alto desempenho: Em aplicações de computação de alto desempenho, como computação científica e treinamento de inteligência artificial, são necessárias capacidades de transmissão e processamento de dados em alta velocidade. A rede 800G melhora a velocidade de transmissão de dados e maior desempenho da rede, para manter a operação de tarefas de computação de alto desempenho. Isto é muito importante para aplicações que lidam com cálculos complexos em grande escala, como pesquisa científica, análise de big data e treinamento em inteligência artificial. A introdução da Ethernet 800G promoverá ainda mais a inovação e o desenvolvimento do campo da computação de alto desempenho.
• Apoie data centers de grande escala: os data centers são locais importantes para armazenar e processar grandes quantidades de dados. O surgimento da tecnologia Ethernet 800G pode melhorar significativamente o desempenho dos data centers, acelerar a velocidade de transmissão de dados e as capacidades de processamento e fornecer maior rendimento e menor latência para os data centers. Em resumo, a Ethernet 800G desempenha um papel extremamente importante no ambiente de rede atual, representando a tendência futura de desenvolvimento da tecnologia de rede.

O status atual dos produtos Ethernet 400G/800G

Nota: Os dados na tabela acima vêm principalmente das páginas de introdução de produtos de vários fabricantes. offsites oficiais (dezembro de 2023).