Vēsturiski ātrgaitas Ethernet saskarnes sākotnēji noteica pakalpojumu sniedzēju blīvuma un spektrālās efektivitātes prasības. Optiskie moduļi sākas lieli — parasti pa vienai kartei. Vairāku paaudžu laikā katrs ātrums ir apvienots vienā no divām pakotnēm: SFP un QSFP. Un, tā kā pieprasījums ievērojami palielinās, izmaksas un enerģijas patēriņš arī pakāpeniski samazinās.
Tiek prognozēts, ka piecu gadu pieauguma temps 400GbE bez vara kabeļa un AOC būs 20 reizes ātrāks nekā 100GbE (skatiet attēlu zemāk: 100GbE un 400GbE pirmo piecu gadu salīdzinājums). Šī iespēja veicina bezprecedenta ieguldījumus nozarē, ko veic jau izveidoti uzņēmumi un jaunizveidoti uzņēmumi.
400 GbEuz ātrās joslas
10GbE bija desmit gadi, lai attīstītos no XENPAK uz SFP+. 100GbE izvietoja CFP, CPAK un CFP2 un pēc tam 5 gadu laikā pārcēlās uz QSFP28. 100GbE cieta arī no CFP4 kļūmēm, taču arī ieguva galveno mācību, ka optika ir jāsinhronizē ar citiem platformu, tīklu un uzņēmumu mērķiem. Ja nē, tā ir laika un naudas izšķiešana. CFP4 izmērs ir pievilcīgs, taču tas traucē atpakaļejošu saderību un neatbilst visiem trim mērķiem.
Tīkla operatoriem, mikroshēmu ražotājiem, optisko ierīču pārdevējiem, maršrutētāju un slēdžu pārdevējiem un daudziem citiem optiskās ekosistēmas dalībniekiem ir ļoti svarīgi nodrošināt 400 GbE lielu jaudu un zemas izmaksas. Proti, viens no 400GbE veiksmīgas ieviešanas iemesliem bija ātruma un PMD konverģence starp IEEE, OIF un vairāku avotu protokola (MSA) dalībniekiem. Diemžēl nozarei sākotnēji bija divi pievienojami iepakojuma modeļi, kas noveda pie pārbūves un ražošanas. Šī dublēšanās var samazināt tirgus spēju paplašināt kopīgus risinājumus.
Divu raiduztvērēja iekapsulēšanas režīmu trūkumi
Galvenie faktori veiksmīgai 400GbE ieviešanai ir izmaksas, ieguldījumu aizsardzība un piegādes ķēde. Ja izmaksas ir kritiskas, ir svarīgi nepārspīlēt funkcionalitāti. Sākotnējais 100GbE standarts bija balstīts uz vienmoda šķiedru 10 km. Vēlāk nozare izstrādāja nelielus attālumus, lai optimizētu jaudu un samazinātu izmaksas. 400GbE gūs labumu no ātrāka pilna pieejamības diapazona un mazākiem izmēriem — no sākotnējā 1 m līdz 10 km 2019. gadā līdz 100 km 2020. gadā.
Vēl viens izmaksu virzītājspēks ir apjomradītu ietaupījumu sasniegšana. Diemžēl abu moduļu iekapsulēšanas formātu esamība neļauj tirgum pilnībā izmantot citas konsekvences priekšrocības. Lean ražošana ir būtiska apjomradītiem ietaupījumiem, jo pieprasījums nosaka produkciju un tādējādi arī izmaksas. Tādējādi koplietošanas ražošanas līnija ir galvenais, un lielas ekosistēmas ar desmitiem uzņēmumu gūs labumu no standartizācijas. Ekosistēmā ietilpst ražošanas iekārtu, testēšanas iekārtu, programmatūras projektēšanas rīku, savienotāju un būru, termisko risinājumu, atbilstības un sertifikācijas iekārtu izstrādātāji. Ņemot vērā agrīnās cerības un 400GbE straujo izaugsmi, ir svarīgi ātri panākt vienotību.
Kāpēc atgriezeniskā saderība ir tik svarīga?
Pēdējo desmit gadu laikā izmaksu attiecība starp lieldatoru platformām un optiskajām ierīcēm ir ievērojami mainījusies uz optiskajām ierīcēm, un šī tendence tikai paātrināsies līdz ar 400 GbE ienākšanu. Paaudžu savietojamība palīdz kompensēt šo tendenci. Līdz 2019. gada beigām tiks izvietoti vairāk nekā 24 miljoni QSFP moduļu, investējot vairāk nekā 8 miljardu ASV dolāru apmērā. Pat ieviešot 400GbE, pieprasījums pēc 100GbE QSFP turpinās strauji augt, pateicoties 100GbE serveru parādīšanās un palielinātam joslas platumam visā tīklā uzņēmumiem un pakalpojumu sniedzējiem.
Nepietiek ar jaunu ierīču pievienošanu un ātrāku darbību tajā pašā tīklā; ir jāapsver vairāki atgriezeniskās saderības aspekti, tostarp esošo moduļu atkārtota izmantošana un notiekošais ieguldījums 100GbE. Tāpēc var ieviest tikai jaunus portus, kas atbalsta esošos moduļus. Otrkārt, jaunāko maršrutētāju un slēdžu izvietošanas izmaksu, jaudas un nospieduma priekšrocības bija agrākas nekā nepieciešamība pēc 400 GbE funkcionalitātes. Tas ļauj operatoriem sagatavoties nākotnes izaugsmei un gūt labumu no jaunas aparatūras, nekavējoties neieguldot pirmās paaudzes 400GbE optikā. Visbeidzot, ir jāaizsargā ieguldījumi uzstādītajos maršrutētājos un slēdžos, kas ir saderīgi ar dzesēšanas arhitektūru (piemēram, no augšas uz leju vai no vienas puses uz otru). QSFP-DD atrisina šo problēmu, atdalot moduļus un radiatorus, ļaujot resursdatora sistēmu pēc vajadzības pielāgot.
Ja iespējams, jaunajai paaudzei jācenšas saglabāt atpakaļejošu saderību. Trešās vai pat ceturtās paaudzes saderības paplašināšana ir tehniski sarežģīta, taču arī vērtīga. Lēmums līdzsvarot ieguldījumu aizsardzību pret jaunajām prasībām nekad nav vienkāršs. 2017. un 2018. gadā problēma ir nepieciešamība pēc iekapsulētas formas pārveidojumiem ar 400 GbE, 800 GbE un pat lielāku ātrumu. Ir vispāratzīts, ka iekapsulētās formas pārveidošana jāveic, ja tas ir absolūti nepieciešams tehnisku problēmu vai izmaksu dēļ. Lai sasniegtu ieguldījumu aizsardzību, augstu blīvumu un pilnu iespēju klāstu, ir nepieciešams risks, taču QSFP-DD var risināt šo visu, ļaujot nozarei virzīties uz priekšu ar apjomradītiem ietaupījumiem.
QSFP-DD izaicinājumi un risinājumi
Lai nodrošinātu atpakaļsaderību ar QSFP-DD, ir jārisina dažādas problēmas, tostarp komponentu izmērs un izkārtojums, moduļu un sistēmas dzesēšana un elektriskie savienotāji, kas atbalsta četrus un astoņus kanālus, izmantojot 56G SerDes. Šie faktori ir savstarpēji saistīti, un tiem ir jāņem vērā citi sistēmas komponenti, piemēram, lieljaudas ASIC. Protams, šos mehāniskos izaicinājumus ir vieglāk atrisināt jauna veida moduļiem, kas pārkāpj saderību ar iepriekšējām paaudzēm.
Viens no acīmredzamākajiem tehniskajiem izaicinājumiem ir dzesēšana. Paredzams, ka sākotnējam 400 GbE PMD būs nepieciešami 12 W, savukārt QSFP28 atbalsta tikai aptuveni 4 W, tāpēc ir saprotams, kāpēc dažiem ir grūti veikt lēcienu. Sākotnējā mērķa panākumi izraisīja vēl lielākas ambīcijas. 400ZR/ZR+ koherentajam modulim, kas plānots 2020. gadā, var būt nepieciešami 20W. Nepārtraukti jauninājumi, tostarp sistēmas un Cage dizains, ir parādījuši, ka tas ir iespējams, un standartu organizācija drīzumā apstiprinās šosQSFP-DD risinājumi. Pēdējais solis 20 W atbalstam tiek sasniegts, moduļa priekšpusē pievienojot radiatoru. Kā parādīts attēlā zemāk.
Vēl viens termisks apsvērums ir tāds, ka optiskos moduļus nevar uzskatīt par slēgtu sistēmu; tiem jādarbojas maršrutētāja, slēdža vai servera kopējā dizainā. Salīdzinot ar OSFP, svarīga QSFP moduļu iezīme ir tā, ka to mazākais nospiedums nodrošina lielāku gaisa ieplūdi. Šis faktors dod labumu pārējai sistēmai, kā to var skaidri redzēt platformā, kas piedāvā abas iespējas.
Ir daudzas citas jomas, kurās, lai panāktu ieguldījumu aizsardzību QSFP-DD, ir nepieciešama liela mēroga sadarbība nozares mērogā. Katrs solis ceļā no 40 G līdz 400 G ir ievērojams tehnoloģiskais progress, no kuriem daudzi kādreiz tika uzskatīti par neiespējamiem. Šajā posmā cilvēki sāk risināt šīs problēmas saistībā ar turpmākajiem Ethernet ātrumiem, tāpēc mums vajadzētu būt skeptiskiem attiecībā uz sākotnējo argumentu, ka atkārtota QSFP ir sasniegusi savu robežu.
Piegādes ķēdes pārvaldība ir kļuvusi par galveno atšķirīgo faktoru aparatūras piegādātāju un tīkla operatoru panākumiem. Tā kā liela mēroga mērogojamu datu centru izvietošana ir tik liela, pārdevēju dažādība ir ļoti svarīga, un, ja saglabājas divi moduļu iekapsulēšanas modeļi, katram pārdevējam var nākties sadalīt piegādes ķēdes pārvaldību.
Labākais tirgus risinājums ir piegādāt vairumā par pieņemamu cenu. Kad moduļa iekapsulēšanas modelis ir veiksmīgi integrēts, 400 GbE izlaišana gūs labumu no visu piegādātāja atbalstītāju un vairāku konkurentu optimizācijas. Mēs nevaram atkārtot KZP4 mācības, lai tikai nepamatoti īstermiņā samazinātu risku.
Secinājums
400GbE palaišana sākas 2019. gadā un strauji pieaugs. Debates par optiskā moduļa iepakojuma formu lielākoties ir beigušās, un neatkarīgi no tā, vai sistēmas piegādātājs ir izvēlējies QSFP-DD vai abus, uzmanība tagad ir pievērsta nākotnes ātrumiem. Ilgtermiņā 400GbE galvenokārt izvēlēsies QSFP-DD. Nozarei turpinot integrēt QSFP-DD, parādīsies apjomradīti ietaupījumi un 400GbE pilnībā sasniegs savu potenciālu.
