Historicky byla vysokorychlostní ethernetová rozhraní zpočátku řízena požadavky na hustotu a spektrální účinnost poskytovatelů služeb. Optické moduly začínají ve velkém – obvykle po jedné kartě. Během několika generací byla každá rychlost sloučena do jednoho ze dvou balíčků: SFP a QSFP. A jak se poptávka podstatně zvyšuje, náklady a spotřeba energie také postupně klesají.
Předpokládá se také, že pětileté tempo růstu 400GbE bez měděného kabelu a AOC bude 20krát rychlejší než u 100GbE (viz obrázek níže: srovnání prvních pěti let 100GbE a 400GbE). Tato příležitost pohání bezprecedentní průmyslové investice zavedených společností a startupů.
400 GbEv rychlém pruhu
10GbE trvalo deset let, než se vyvinulo z XENPAK na SFP+. 100GbE nasadilo CFP, CPAK a CFP2 a poté se během 5 let přesunulo na QSFP28. 100GbE také trpělo chybnými kroky CFP4, ale také se naučilo klíčovou lekci, že optika musí být synchronizována s dalšími cíli pro platformy, sítě a podniky. Pokud ne, je to ztráta času a peněz. Velikost CFP4 je atraktivní, ale narušuje zpětnou kompatibilitu a nesplňuje všechny tři cíle.
Dosažení vysoké kapacity a nízkých nákladů na 400GbE je zásadní pro síťové operátory, výrobce čipů, dodavatele optických zařízení, dodavatele směrovačů a přepínačů a mnoho dalších členů optického ekosystému. Jedním z důvodů úspěšného zavedení 400GbE byla zejména konvergence rychlosti a PMD mezi členy IEEE, OIF a multi-source protokol (MSA). Bohužel, průmysl zpočátku měl dva zásuvné modely obalů, což vedlo k přestavbě a výrobě. Tato duplicita může snížit schopnost trhu rozšiřovat společná řešení.
Nevýhody dvou režimů zapouzdření transceiveru
Mezi klíčové faktory pro úspěšné spuštění 400GbE patří náklady, ochrana investic a dodavatelský řetězec. Když je cena kritická, je důležité nepřehnat funkčnost. Původní standard 100GbE byl založen na jednovidovém vláknu 10 km. Později průmysl vyvinul krátké vzdálenosti pro optimalizaci výkonu a snížení nákladů. 400GbE bude těžit z rychlejší plné dostupnosti a menších velikostí – od počátečního 1 m až 10 km v roce 2019 až po 100 km v roce 2020.
Dalším hnacím motorem nákladů je dosahování úspor z rozsahu. Bohužel existence obou formátů zapouzdření modulů brání trhu plně využít další výhody konzistence. Štíhlá výroba je nezbytná pro úspory z rozsahu, protože poptávka pohání výstup a tím i náklady. Sdílená výrobní linka je tedy klíčová a velké ekosystémy s desítkami společností budou mít ze standardizace prospěch. Ekosystém zahrnuje vývojáře výrobních zařízení, testovacích zařízení, nástrojů pro návrh softwaru, konektorů a klecí, tepelných řešení, zařízení pro shodu a certifikaci. Vzhledem k počátečním očekáváním a rychlému růstu 400GbE je důležité rychle dosáhnout shody.
Proč je zpětná kompatibilita tak důležitá?
Za poslední desetiletí se poměr nákladů mezi platformami sálových počítačů a optickými zařízeními výrazně posunul směrem k optickým zařízením, což je trend, který se s příchodem 400GbE teprve zrychlí. Kompatibilita mezi generacemi pomáhá tento trend vyrovnat. Do konce roku 2019 bude nasazeno více než 24 milionů modulů QSFP s investicí více než 8 miliard USD. I po zavedení 400GbE bude poptávka po 100GbE QSFP nadále silně růst, a to díky nástupu 100GbE serverů a zvýšené šířce pásma napříč sítí pro podniky a poskytovatele služeb.
Nestačí přidat nová zařízení a běžet rychleji ve stejné síti; je třeba zvážit několik aspektů zpětné kompatibility, včetně opětovného použití stávajících modulů a pokračující investice do 100GbE. Proto lze implementovat pouze nové porty, které podporují stávající moduly. Za druhé, náklady, výkon a prostorové výhody nasazení nejnovějších směrovačů a přepínačů předcházejí potřebě funkčnosti 400GbE. To umožňuje operátorům připravit se na budoucí růst a těžit z nového hardwaru, aniž by museli okamžitě investovat do první generace 400GbE optiky. Konečně je zde potřeba chránit investice do nainstalovaných routerů a přepínačů, které jsou kompatibilní s architekturou chlazení (například shora dolů nebo ze strany na stranu). QSFP-DD řeší tento problém oddělením modulů a radiátorů, což umožňuje přizpůsobení hostitelského systému podle potřeby.
Kde je to možné, měla by se nová generace snažit zachovat zpětnou kompatibilitu. Rozšíření kompatibility třetí nebo dokonce čtvrté generace je technicky náročné, ale také cenné. Rozhodnutí vyvážit ochranu investic vůči novým požadavkům není nikdy jednoduché. Problémem v letech 2017 a 2018 je potřeba převodů zapouzdřených formulářů při 400GbE, 800GbE a ještě vyšších rychlostech. Obecně se uznává, že konverze zapouzdřených forem by měly být prováděny, když je to absolutně nezbytné kvůli technickým problémům nebo nákladům. Dosažení ochrany investic, vysoké hustoty a celé škály schopností vyžaduje riziko, ale QSFP-DD to vše dokáže vyřešit a umožní odvětví pokročit s úsporami z rozsahu.
Výzvy a řešení QSFP-DD
Zpětná kompatibilita s QSFP-DD vyžaduje řešení různých problémů, včetně velikosti a rozložení komponent, chlazení modulů a systému a elektrických konektorů, které podporují čtyři a osm kanálů pomocí 56G SerDes. Tyto faktory jsou vzájemně propojené a vyžadují zvážení dalších komponent systému, jako je například ASIC s vysokým výkonem. Tyto mechanické problémy se samozřejmě snáze řeší u nových typů modulů, které narušují kompatibilitu s předchozími generacemi.
Jednou z nejviditelnějších technických výzev je chlazení. Očekává se, že počáteční 400GbE PMD bude vyžadovat 12 W, zatímco QSFP28 podporuje pouze asi 4 W, takže je pochopitelné, proč je pro některé obtížné udělat skok. Úspěch původního cíle vehnal ještě větší ambice. Koherentní modul 400ZR/ZR+, který je plánován na rok 2020, může vyžadovat 20W. Neustálé inovace, včetně systémů a designu Cage, ukázaly, že je to možné, a organizace pro normalizaci je brzy schválířešení pro QSFP-DD. Poslední krok v podpoře 20W je dosažen přidáním radiátoru na přední část modulu. Jak je znázorněno na obrázku níže.
Další tepelnou úvahou je, že optické moduly nelze považovat za uzavřený systém; musí fungovat v celkovém návrhu směrovače, přepínače nebo serveru. Ve srovnání s OSFP je důležitou vlastností modulů QSFP to, že jejich menší půdorys umožňuje větší přívod vzduchu. Tento faktor prospívá zbytku systému, jak je jasně vidět na platformě nabízející obě možnosti.
Existuje mnoho dalších oblastí, kde dosažení ochrany investic do QSFP-DD vyžaduje rozsáhlou spolupráci v celém odvětví. Každý krok na cestě od 40G k 400G představuje významný technologický pokrok, z nichž mnohé byly kdysi považovány za nemožné. V této fázi lidé začínají řešit tyto výzvy pro budoucí rychlosti Ethernetu, takže bychom měli být skeptičtí k počátečnímu argumentu, že opakované QSFP dosáhlo svého limitu.
Řízení dodavatelského řetězce se stalo klíčovým rozlišovacím faktorem úspěchu dodavatelů hardwaru a provozovatelů sítí. Vzhledem k tomu, že nasazení rozsáhlých škálovatelných datových center je tak rozsáhlé, je kritická diverzita dodavatelů, a pokud dva modely modulárního zapouzdření přetrvávají, každý dodavatel možná bude muset rozdělit správu dodavatelského řetězce.
Nejlepší tržní možností je dodávat ve velkém za přijatelnou cenu. Jakmile je vzor zapouzdření modulů úspěšně integrován, bude zavedení 400GbE těžit z optimalizace všech přispěvatelů a mnoha konkurentů u dodavatele. Nemůžeme opakovat lekce ze SRP4 jen proto, abychom usilovali o neoprávněné krátkodobé snížení rizik.
Závěr
Spuštění 400GbE začíná v roce 2019 a bude rychle stoupat. Debata o podobě balení optických modulů je z velké části u konce a ať už si dodavatel systému vybral QSFP-DD nebo obojí, pozornost se nyní přesunula k budoucím rychlostem. Z dlouhodobého hlediska bude 400GbE volit především QSFP-DD. Jak průmysl pokračuje v integraci QSFP-DD, objeví se úspory z rozsahu a 400GbE dosáhne svého plného potenciálu.
