QSFP-DD800, 800G e 1.6T Ethernet Avanços

À medida que entramos num mundo orientado por dados, a importância da Ethernet torna-se mais proeminente. Fundamentalmente, Ethernet é uma tecnologia que conecta computadores para formar uma rede local, através da qual os dispositivos podem se comunicar com outros dispositivos. No entanto, com o tempo, a Ethernet evoluiu para um sistema global de comunicação de dados, com velocidades que variam dos iniciais 10Mbit/s aos atuais 800G, e até 1.6T. Este enorme progresso não é isento de desafios, mas cada avanço representa um grande salto tecnológico.

O que é o Módulo Transceptor Óptico QSFP-DD800?

QSFP-DD800 significa Quad Small Form-factor Pluggable Double Density, um modelo de embalagem hot-swap de alta velocidade definido pelo QSFP-DD MSA. É altamente compatível com equipamentos de rede de fibra óptica existentes, facilitando atualizações e expansão do data center.

Sobre a distância de transmissão

Em termos de distância de transmissão, QSFP-DD800 os módulos ópticos suportam uma variedade de opções de distância, que geralmente podem ser categorizadas em VR (50m), SR (100m), DR/FR/LR (500m/2km/10km), etc.

Sobre tipos de interface óptica

Os tipos de interface óptica dos módulos ópticos QSFP-DD800 são categorizados principalmente em MPO, LC e VSFF (CS/SN/MDC).

800G Ethernet

800G Ethernet é uma tecnologia Ethernet de alta velocidade para transmissão de dados e redes de comunicação, fornecendo uma taxa de transferência de dados de 800 gigabits por segundo (800 Gbps).

A Ethernet 800G é duas vezes mais rápida que a geração anterior de Ethernet 400G, offoferecendo maior largura de banda para lidar com transferências de dados em grande escala, vídeo de alta definição, computação em nuvem, Internet das Coisas e outras demandas de alta largura de banda. A Ethernet 800G usa técnicas de modulação de alta ordem, normalmente usando PAM4 (modulação de amplitude de pulso 4) para transmitir dados, permitindo que cada símbolo carregue vários bits de informação, aumentando assim a taxa de transferência de dados. A Ethernet 800G possui aplicações importantes em redes de data centers, onde pode melhorar a velocidade de interconexão entre servidores dentro do data center, facilitando o processamento de dados em larga escala e a computação em nuvem. Alcançar Ethernet 800G geralmente requer hardware de rede avançado e módulos ópticos que possam suportar transmissão de dados em alta velocidade e normalmente usam design de baixo consumo de energia para melhorar a eficiência energética. A padronização da Ethernet 800G é liderada pelo IEEE (Instituto de Engenheiros Elétricos e Eletrônicos), o que ajuda a garantir a interoperabilidade entre dispositivos de diferentes fabricantes.

O estado atual da Ethernet 800G

A implementação atual da Ethernet 800G utiliza 8 canais, cada um com taxa de transmissão de 100Gbps. Isso dobra a velocidade do PAM4 (modulação de quatro níveis) da geração anterior de 50 Gbps para 100 Gbps. A próxima geração de transceptores 800G em desenvolvimento aumentará a velocidade de cada canal para 200 Gbps, o que traz desafios significativos, pois requer o aumento simultâneo da modulação de alta ordem e das taxas de dados PAM4.

Desafio um: trocar Silicon SerDes

Chips de switch de rede mais rápidos são essenciais para aumentar a velocidade do canal Ethernet 800G. Os chips de switch de rede são usados ​​para implementar comutação de baixa latência entre elementos dentro do data center, o que é crucial para suportar computação de alto desempenho e transferências de dados em grande escala. Para apoiar o aumento na largura de banda geral do chip de switch, a velocidade, o número e a potência do SerDes também estão aumentando. Atualmente, as velocidades SerDes aumentaram de 10 Gbit/s para 112 Gbit/s, e o número de canais SerDes ao redor do chip aumentou de 64 para 512 para uma geração de 51.2 Tbps. No entanto, o consumo de energia do SerDes tornou-se uma parte importante do consumo total de energia do sistema. A próxima geração de chips de switch dobrará a largura de banda novamente, já que os switches 102.4T terão 512 canais SerDes de 200 Gb/s. Esses switches de silício suportarão 800G e 1.6T em canais de 224 Gb/s.

Alternativa?

o SerDes mais rápido: Pesquise e desenvolva tecnologias mais rápidas para atender à crescente demanda de transferência de dados. Isto inclui aumentar a velocidade, reduzir o consumo de energia e melhorar a integridade do sinal do SerDes.

o Otimização de energia: Adote uma abordagem de design com otimização 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.

Desafio Dois: Modulação de Amplitude de Pulso

A modulação de alta ordem aumenta o número de bits por símbolo ou intervalo de unidade (UI), fornecendo uma trocaoff entre a largura de banda do canal e a amplitude do sinal. Os padrões frequentemente exploram esquemas de modulação de ordem superior para aumentar as taxas de dados. A modulação PAM4 é compatível com versões anteriores de gerações anteriores de produtos e, em comparação com esquemas de modulação mais elevados, fornece uma melhor relação sinal-ruído (SNR), reduzindo assim a sobrecarga de correção de erro direta (FEC) que causa latência. No entanto, devido às limitações de largura de banda analógica e à equalização avançada alcançada através de esquemas DSP inovadores, o PAM4 requer um melhor front-end analógico (AFE).

Alternativa?

o Melhor front-end analógico (AFE): pesquise e desenvolva front-ends analógicos de alto desempenho para suportar esquemas de modulação de ordem superior. Isso pode incluir recuperação de clock mais precisa, menor jitter e melhores capacidades de processamento de sinal.

o Técnicas avançadas de equalização: Use técnicas inovadoras de processamento de sinal digital (DSP) e equalização para superar distorção e ruído no canal. Isso ajuda a melhorar a confiabilidade dos sinais PAM4.

o Explore soluções de modulação superior: Embora o PAM4 seja amplamente utilizado na Ethernet 800G atual, os padrões futuros podem adotar esquemas de modulação de ordem superior, como PAM6 ou PAM8. Isto aumentará a taxa de transmissão por símbolo, mas também trará maior complexidade.

Como reduzir a taxa de erros de bits 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 bit no sinal, chamados de erros de bit. A presença de erros de bits durante a transmissão de dados pode causar grave corrupção de dados, reduzindo a disponibilidade e integridade dos dados. Nos 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 a taxa de erro de bit. No entanto, na Ethernet 800G de alta velocidade, são necessários métodos mais complexos para lidar com o desafio da maior taxa de erros de bits.

Algoritmo de correção de erro direto (FEC)

A correção direta de erros (FEC) é uma técnica amplamente utilizada para reduzir a taxa de erro de bit. Envolve adicionar informações redundantes à transmissão de dados para ajudar o receptor a detectar e corrigir erros na transmissão. Os algoritmos FEC adicionam bits redundantes aos 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.

A importância da FEC

O FEC torna-se especialmente importante em redes de alta velocidade, como Ethernet 800G. Devido às taxas de dados mais altas, a taxa de erros de bits na transmissão é geralmente maior. Portanto, algoritmos FEC mais poderosos são necessários para minimizar a taxa de erros de bits e garantir a confiabilidade das redes de alta velocidade.

O comércio-Offse vantagens do FEC

Cada arquitetura FEC envolve comérciooffse vantagens em termos de ganho de codificação, sobrecarga, latência e eficiência de energia. Aqui estão algumas arquiteturas FEC comuns e suas características:

Codificação Reed-Solomon

A codificação Reed-Solomon é uma técnica FEC amplamente utilizada em armazenamento e comunicação de dados. Possui bom desempenho de correção de erros e pode recuperar quadros de dados de erros aleatórios. Contudo, requer redundância relativamente grande, o que pode introduzir grande sobrecarga em redes de alta velocidade.

Codificação LDPC (verificação de paridade de baixa densidade)

A codificação LDPC é uma técnica FEC eficiente amplamente utilizada em redes de alta velocidade. Possui baixa sobrecarga de codificação e funciona bem na redução da taxa de erro de bit. A codificação LDPC também possui baixa latência e consumo de energia.

Codificação BCH

A codificação BCH é uma técnica FEC adequada para comunicação de alta velocidade, que atinge um equilíbrio entre desempenho de correção de erros e sobrecarga de codificação. É comumente usado em comunicação de fibra óptica e armazenamento de dados em alta velocidade.

Algoritmos FEC Complexos

Em sistemas de 224 Gb/s, são necessários algoritmos FEC mais complexos para lidar com o desafio da maior taxa de erro de bits. 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?

O consumo de energia de cada geração de módulos ópticos está aumentando especialmente em redes de alta velocidade como 800G e Ethernet 1.6T. Embora o design do módulo óptico tenha se tornado mais eficiente, reduzindo o consumo de energia por bit, devido aos grandes data centers que normalmente possuem dezenas de milhares de módulos ópticos, o consumo geral de energia dos módulos ainda é um problema sério.

Desafio de Eficiência Energética

Melhorar a eficiência energética da Ethernet 800G é um desafio importante, especialmente em data centers de grande escala. O consumo de energia dos data centers tem impactos importantes nos custos, no meio ambiente e na sustentabilidade. Portanto, reduzir o consumo de energia dos dispositivos Ethernet 800G é crucial.

Óptica Co-embalada

Uma maneira de resolver o desafio do consumo de energia dos módulos ópticos é usar óptica empacotada. Esta tecnologia reduz o consumo de energia de cada módulo integrando a função de conversão optoeletrônica no pacote do módulo óptico. A óptica co-embalada pode oferecer várias vantagens, como maior eficiência energética e embalagens menores.

Vantagens da tecnologia de co-embalagem

Melhoria da eficiência energética

A óptica co-embalada pode melhorar a eficiência energética integrando a função de conversão optoeletrônica no módulo óptico. Esta integração reduz a perda de energia no processo de conversão e transmissão do sinal óptico. Portanto, o consumo de energia por bit é reduzido, ao mesmo tempo que proporciona maior eficiência energética.

Redução do tamanho do pacote

A tecnologia de co-embalagem também pode reduzir o tamanho do pacote dos módulos ópticos. Isto é especialmente importante para grandes data centers, pois eles precisam de mais dispositivos colocados em um espaço limitado. Tamanhos de pacotes menores podem melhorar a escalabilidade e a flexibilidade de layout dos data centers.

Melhoria no gerenciamento térmico

Devido ao menor consumo de energia, as ópticas integradas geram menos calor. Isto ajuda a melhorar o gerenciamento térmico dos data centers, reduzindo a demanda de resfriamento e diminuindo os custos operacionais.

Desafio de resfriamento

No entanto, a óptica integrada também traz novos desafios, um dos quais é o resfriamento. O calor gerado pelos conversores optoeletrônicos integrados dentro do pacote precisa ser dissipado de forma eficaz para evitar superaquecimento e degradação do desempenho. Portanto, projetar soluções de refrigeração eficientes é essencial para o sucesso da tecnologia de co-embalagem.

Ethernet 1.6T

Ethernet 1.6T é uma tecnologia Ethernet de alta velocidade para transmissão de dados e redes de comunicação, fornecendo uma taxa de transferência de dados de 1.6 terabits por segundo (1.6 Tbps). Representa o mais recente desenvolvimento no campo de redes e é uma atualização da Ethernet 800G. Ethernet 1.6T é duas vezes mais rápida que Ethernet 800G, offoferecendo maior largura de banda. É adequado para lidar com transferências de dados em grande escala, vídeo de alta definição, computação em nuvem, computação de alto desempenho e outras demandas por largura de banda extremamente alta. A Ethernet 1.6T usa técnicas de modulação de ordem superior, normalmente usando PAM4 (modulação de amplitude de pulso 4) ou métodos de modulação de ordem superior para transmitir dados, para obter taxas de transferência de dados mais altas.

A Ethernet 1.6T tem aplicações importantes em redes de data centers e backbone de rede. Ele pode atender às necessidades de interconexão de alta velocidade entre servidores em grandes data centers e também oferecer suporte a um backbone de rede de alta velocidade para conectar diferentes data centers e nós de rede.

Linha do tempo de Ethernet 800G e rede 1.6T

O desenvolvimento da Ethernet 800G é baseado na geração anterior da Ethernet 400G. Nos últimos anos, organizações de normalização como o IEEE (Instituto de Engenheiros Elétricos e Eletrônicos) e o OIF (Optical Internetworking Forum) estabeleceram padrões para redes 400G, estabelecendo as bases para o desenvolvimento de 800G. A rede 1.6T é um desenvolvimento adicional da Ethernet 800G, representando uma tecnologia de rede de alta velocidade. Embora o desenvolvimento da rede 1.6T ainda esteja em seus estágios iniciais, ela atraiu atenção generalizada.

2022: O primeiro chip switch 51.2T é lançado

Em 2022, a indústria de redes alcançou um marco importante, que foi o lançamento do primeiro chip switch 51.2T. Esses chips de switch suportam 64 portas de 800 Gb/s, marcando o desenvolvimento da Ethernet 800G entrando no estágio prático de hardware. Paralelamente, este período também testemunhou o início dos trabalhos de verificação do primeiro lote de módulos ópticos 800G.

2023: Lançamento padrão e verificação de desenvolvimento

Em 2023, as organizações de normalização fizeram progressos significativos. Primeiro, o IEEE lançou a primeira versão do padrão IEEE 802.3df, que define as especificações da camada física para Ethernet 800G. Enquanto isso, a OIF também lançou o padrão 224 Gb/s, que fornece orientação para a construção de sistemas 800G e 1.6T com canais de 112 Gb/s e 224 Gb/s.

Os próximos dois anos: Determinação final dos padrões da camada física

Nos próximos dois anos, espera-se que as organizações de padronização continuem a trabalhar arduamente para finalizar os padrões da camada física para Ethernet 800G. Isto envolverá um maior refinamento e testes das especificações para garantir a interoperabilidade e o desempenho dos dispositivos de rede. Embora o cronograma para a rede 1.6T ainda não esteja claro, ele é considerado parte do desenvolvimento futuro da rede. Com o desenvolvimento contínuo da era digital, a procura por maior velocidade e maior capacidade continuará a crescer, e espera-se que a rede 1.6T satisfaça estas necessidades.

Vários cenários de aplicação de Ethernet 800G e 1.6T

Centro de dados

Armazenamento de dados de ultra-alta densidade

Os data centers precisam de muita capacidade de armazenamento e transmissão rápida de dados para atender à crescente demanda de dados. Ethernet 800G e 1.6T pode ser usada para conectar servidores de armazenamento e obter armazenamento de dados de altíssima densidade. Por exemplo, uma grande empresa de mídia social pode usar essas tecnologias Ethernet de alta velocidade para suportar a enorme quantidade de fotos e vídeos enviados pelos usuários.

Virtualização e conteinerização

As tecnologias de virtualização e conteinerização exigem transmissão rápida de dados para compartilhar recursos entre máquinas virtuais ou contêineres. Ethernet 800G e 1.6T pode ser usada para fornecer migração de máquinas virtuais de alta largura de banda e comunicação de contêiner. Por exemplo, um provedor de serviços em nuvem pode usar essas tecnologias para dar suporte às cargas de trabalho de virtualização dos clientes.

Cloud computing

Recursos de computação elástica

A computação em nuvem oferece a capacidade de recursos de computação elásticos, mas isso requer conexões de rede de alta velocidade. Ethernet 800G e 1.6T pode ser usada para fornecer transmissão rápida de dados entre usuários de computação em nuvem. Por exemplo, uma instituição de investigação científica pode utilizar estas ligações de rede de alta velocidade para executar simulações complexas e tarefas de análise de dados na nuvem.

Armazenamento e backup em nuvem

Os serviços de armazenamento e backup em nuvem precisam de grande capacidade e transmissão de alta velocidade para garantir a segurança e disponibilidade dos dados. Essas tecnologias Ethernet de alta velocidade podem ser usadas para conectar dispositivos de armazenamento em nuvem e servidores de backup de dados. Por exemplo, uma empresa pode usá-los para fazer backup de dados comerciais importantes.

Big data

Transmissão e análise de dados

A análise de big data requer muitos recursos de transmissão e processamento de dados. Ethernet 800G e 1.6T pode ser usada para transferir conjuntos de dados em grande escala de fontes de dados para plataformas de análise e acelerar o processo de processamento de dados. Por exemplo, uma organização de saúde pode utilizar estas redes de alta velocidade para analisar muitos registos médicos de pacientes para melhorar o diagnóstico e o tratamento.

Fluxo de dados em tempo real

O processamento de fluxo de dados em tempo real exige que os dados sejam transmitidos na rede com latência extremamente baixa. Essas tecnologias Ethernet de alta velocidade podem ser usadas para suportar aplicações de fluxo de dados em tempo real, como monitoramento de transações financeiras e monitoramento de cidades inteligentes. Por exemplo, uma instituição financeira pode utilizá-los para monitorizar e analisar uma grande quantidade de dados de transações para detectar potenciais atividades fraudulentas.

Computação de alto desempenho

Pesquisa científica

A computação de alto desempenho é usada para resolver problemas complexos nas áreas de ciência e engenharia. 800G e 1.6T A Ethernet pode ser usada para conectar supercomputadores e data centers, para apoiar cientistas em simulação e cálculo de modelos. Por exemplo, uma empresa aeroespacial pode utilizar estas redes de alta velocidade para simular o desempenho e a segurança das aeronaves.

Treinamento em inteligência artificial

O treinamento em inteligência artificial requer muitos recursos de transmissão de dados e computação. Essas tecnologias Ethernet de alta velocidade podem ser usadas para conectar clusters de GPU e armazenamento de dados, para apoiar o treinamento de modelos de aprendizagem profunda.

Assistência médica

Assistência médica e monitoramento remoto

No futuro, a assistência médica e o monitoramento remotos serão uma tendência importante. As tecnologias Ethernet 800G e 1.6T darão suporte a serviços remotos de saúde de alta qualidade, incluindo cirurgia remota e monitoramento de pacientes.

Genômica e desenvolvimento de medicamentos

O setor da saúde necessita de capacidades massivas de processamento de dados para a investigação genómica e o desenvolvimento de medicamentos. A Ethernet de alta velocidade será usada para transmitir grandes quantidades de dados genéticos e de medicamentos, acelerando a pesquisa médica.

Condução autônoma

Mapas de alta definição e dados de sensores

Os veículos autônomos precisam de mapas de alta resolução e dados de sensores para obter posicionamento preciso e percepção ambiental. As tecnologias Ethernet 800G e 1.6T serão utilizadas para transmitir estes dados em grande escala, melhorando a segurança e a fiabilidade da condução autónoma.

Comunicação veicular

A comunicação entre veículos e entre veículos e infraestrutura será crítica para a condução autônoma. A Ethernet de alta velocidade apoiará a comunicação em tempo real entre veículos, ajudando a evitar colisões e a melhorar a eficiência do tráfego.

Conclusão

O surgimento da Ethernet 800G e 1.6T é uma inovação tecnológica significativa. Eles nos permitirão lidar com cargas de dados maiores e atender a requisitos de desempenho mais elevados. O 400G está sendo implantado em grande escala, mas ainda há um longo caminho a percorrer antes de atingir a taxa de dados de 800G, e o caminho ideal para 1.6T ainda é incerto. Em apenas alguns anos, haverá, sem dúvida, necessidade de maior capacidade, velocidade mais rápida e melhorias significativas de eficiência. Para nos prepararmos para a expansão destas novas tecnologias, é necessário começar a projetar e planear a partir de hoje.