Comme d'habitude, l'IEEE a exploité les normes existantes pour créer une voie d'accès à 400 Gbps. Une caractéristique essentielle et une limitation des débits de données actuels est le débit en série à une seule voie, réalisable avec la technologie électrique actuelle. La dernière norme Ethernet 100 Gbps reposant sur quatre voies parallèles de 25 Gbps, il s’est avéré un point de départ naturel pour le développement à 400 Gbps. Cependant, une méthode pour augmenter les débits de données de voie à 50 Gbps était clairement nécessaire pour 400 Gbps, et avec les travaux en cours pour réaliser des voies optiques à 100 Gbps, l'utilisation de ces nouvelles performances s'avérerait un grand avantage pour Ethernet à 400 Gbps.

Il y avait plusieurs façons d'atteindre les objectifs de 400 Gbps tout en tenant compte des divers compromis et exigences de l'industrie des réseaux. Avec la norme de 400 Gbps limitant le support physique à la seule fibre optique multimode et monomode, il était évident que le nombre de fibres dans une liaison serait un problème clé. On sait que de multiples fibres parallèles constituent une solution acceptable pour les liaisons à courte portée jusqu’à 500 m, mais pas pour les câbles plus longs (2 à 10 km) où les coûts deviennent excessifs. Toutefois, un débit de données de 400 Gbps avec des voies parallèles de 16 x 25 Gbps nécessiterait 32 fibres par liaison pour la transmission et la réception. Lors de l'élaboration d'un ensemble de spécifications pour 400 Gbps, le groupe de travail IEEE a eu recours à un certain nombre de technologies et de méthodes pour définir des solutions acceptables et rentables pour les fibres multimodes à courte portée et les fibres monomodes à longue portée, utilisant un nombre varié de fibres. et les taux de ligne. En outre, un ensemble de normes à 200 Gbps basées sur les normes à 400 Gbps ont également été spécifiées comme voie de migration pratique vers 400 Gbps.

Les normes 400 Gbps et 200 Gbps

Avec un débit de 50 Gbps comme base fondamentale pour atteindre 400 Gbps, la première décision importante a été de modifier le schéma de codage du signal. Jusqu'à présent, toutes les normes Ethernet utilisaient une méthode simple à deux niveaux sans retour à zéro (NRZ) pour coder un flux de données binaires en un signal électrique transmissible. Pour obtenir un débit de données plus élevé sur la voie, il fallait utiliser un schéma de codage appelé PAM4 (modulation d'amplitude d'impulsion à 4 niveaux), qui doublait effectivement la quantité de données transmises dans le même temps.

Si vous pensez à des données binaires représentées par un signal avec deux tensions, une tension pour un «0» et l'autre tension pour un «1», cela décrit la méthode de codage NRZ. Pour le codage PAM4, le signal a quatre niveaux de tension, ce qui code deux bits binaires par niveau de tension. Une méthode appelée «codage des gris» combine les paires de bits de poids fort (MSB) et de bit de poids faible (LSB) d'un flux de données dans l'un des quatre niveaux de tension. Le codage en gris aide à réduire les erreurs de bits dans le signal causées par le bruit d'amplitude de tension. Il est facile de voir comment, avec deux bits de données mappés sur un niveau de tension, le double des informations peut être transmis dans le même temps.

L'IEEE a complété sa norme 802.3bs (norme IEEE 802.3bs-2017) pour les réseaux Ethernet à 200 Gbps et 400 Gbps en mettant en œuvre une combinaison de codage PAM4 et de plusieurs voies parallèles. Les spécifications couvrent les options de fibre optique multimode et monomode allant de 70 m à 10 km. Le tableau suivant récapitule les variantes Ethernet PHY pour 400 Gbps et 200 Gbps.

La spécification 400GBASE-SR16 prend en charge 16 fibres multimodes à 25 Gbps utilisant le codage NRZ, ce qui signifie que le nombre total de fibres émises et reçues dans une liaison sera de 32. L'option 400GBASE-DR4 prend en charge la controversée vitesse de voie de 100 Gbps sur quatre fibres monomodes. , mais ne peut atteindre que 500 m. Les variantes à fibre duplex 400GBASE-FR8 et 400GBASE-LR8 utilisent toutes deux le multiplexage par longueur d'onde (WDM) pour transmettre huit voies sur huit longueurs d'onde différentes sur une fibre monomode jusqu'à 10 km. Les spécifications de 200 Gbps suivent essentiellement celles de 400 Gbps, mais utilisent quatre voies de 50 Gbps sur une ou quatre fibres monomodes.

Modules et câbles enfichables

Pour déployer des équipements prenant en charge la nouvelle norme Ethernet 400 Gbps, de nouveaux modules, connecteurs et câbles enfichables sont clairement nécessaires. Un port 400GBASE-SR16 nécessite des connecteurs et des câbles à 32 fibres, et la variante 400GBASE-DR4 utilise un taux de signalisation électrique plus élevé de 56 Gbps.

Le connecteur QSFP28 commun à 100 Gbps prend en charge quatre voies de 25 Gbps avec un taux de signalisation électrique de 28 Gbps. Cela correspond à huit fibres pour la transmission et la réception, supportées par des connecteurs MPO à 12 fibres et des câbles actuellement utilisés pour 100 Gbps. De toute évidence, les connecteurs et câbles MPO à 12 fibres prendraient en charge les variantes 400GBASE-DR4 et 200GBASE-DR4 de la norme 802.3bs. Les autres variantes n'utilisant que deux fibres dans une liaison peuvent utiliser les connecteurs et les câbles duplex-LC communs. Cela laisse le MPO 32 fibres comme un nouveau développement spécifiquement pour la norme Ethernet 400 Gbps.

Le connecteur MPO à 12 fibres organise les fibres dans une seule rangée entre deux broches d'alignement. Pour le MPO 32 fibres, il y a deux rangées de 16 fibres, ce qui rend le nouveau connecteur incompatible avec le MPO 12 fibres. Le connecteur MPO à 32 fibres est donc associé différemment au MPO à 12 fibres afin d'éviter que les émetteurs-récepteurs et les câbles ne soient connectés de manière incorrecte.

Avec le développement d'une signalisation plus rapide, d'un nombre accru de voies et de fibres, de nouveaux facteurs de forme d'émetteur-récepteur sont nécessaires pour un réseau Ethernet à 400 Gbps. Il y a toujours des défis et des compromis à prendre en compte lorsque vous essayez de mettre plus de composants qui dissipent plus de puissance dans de petits modules. Comme avec les normes Ethernet précédentes, un certain nombre de facteurs de forme d'émetteur-récepteur optique ont émergé pour Ethernet à 400 Gbps:

• CFP8 - Grand format. Faible densité de port. Bonne gestion thermique.

• OSFP - Conçu pour des performances de signal et thermiques optimales. Facteur de forme non compatible.

• QSFP-DD - Le QSFP «double densité». Rétrocompatible avec Ethernet 100 GbpS et 40 Gbps. Forte densité de port.

• COBO - Module d'optique embarqué, qui n'est pas un émetteur-récepteur enfichable. La plus grande densité de ports.

Sous l'impulsion des exigences croissantes des centres de données en nuage, l'évolution des normes Ethernet a rapidement atteint un débit incroyable de 400 Gbps. En utilisant de nouveaux schémas de codage et des vitesses de signalisation plus élevées, la norme Ethernet à 400 Gbps marque une rupture significative par rapport aux normes antérieures et ouvre la voie à des vitesses encore plus rapides dans le futur. Les nouvelles normes 400 Gbps et 200 Gbps incluent des options de fibre optique multimode et monomode allant de 70 m à 10 km. Les normes couvrent diverses applications rentables à courte et longue portée et ont été prises en charge par un certain nombre de nouveaux facteurs de forme, câbles et connecteurs d'émetteur-récepteur.

À mesure que de nouveaux équipements à 400 Gbit / s deviennent disponibles, vous pouvez vous attendre à les voir rapidement déployés dans les centres de données, les accès des opérateurs et les réseaux de fournisseurs de services dans le monde entier. L'augmentation de la bande passante dont nous avons tant besoin sera d'autant plus importante que le trafic sur le réseau continue d'augmenter d'année en année. Cependant, le développement Ethernet ne s'arrêtera pas là. Les nouveaux groupes de travail Ethernet cherchent déjà des vitesses plus rapides et des facteurs de forme plus économiques et compacts, à même de répondre aux demandes futures de l'industrie.

De 400 Gbps à 800 Gbps

Selon un rapport publié récemment par le groupe Dell'Oro, 400 Gbps devraient représenter 20% des revenus de commutation de centres de données d'ici 2020. Selon le groupe de recherche, des débits plus élevés - 100 Gbps, 200 Gbps, 400 Gbps et 800 Gbps - sont tous devraient générer une croissance significative au cours des cinq prochaines années. Il n’est peut-être pas surprenant que les centres de traitement de l’informatique en nuage jouent un rôle clé dans le prochain saut de vitesse des réseaux (de 100 Gbps à 400 Gbps).

Dans le même temps, un rapport de marché publié par le groupe 650 confirme que 200 Gbps, 400 Gbps et 800 Gbps seront tous livrés dans les cinq prochaines années, ce dernier devant accélérer au cours des dix prochaines années.

«La première vague de 200 Gbps et de 400 Gbps arrivera sur le marché au début de 2018, le marché des commutateurs Ethernet augmentant le nombre de vitesses de port trois ans seulement après les dernières avancées technologiques majeures», déclare Alan Weckel, fondateur et analyste de la technologie chez 650 Groupe. «Les débits de la technologie SerDes annoncée en 2017 seront de 200 Gbps et de 400 Gbps. Le rythme rapide de l'innovation repose non seulement sur des améliorations technologiques impressionnantes, mais également sur les réseaux définis par logiciel (SDN), qui permettent au nuage de mieux utiliser la ressources informatiques et de mise en réseau à leur disposition. "

Test de 400 Gbps, lorgne de 1,6 Tbps

Selon Ronen Isaac de Military Embedded Systems, le secteur teste et ratifie actuellement des technologies qui permettront d'atteindre des débits pouvant atteindre 400 Gbps et plus.

«Entre 2018 et 2020, 50 Gbps et 200 Gbps seront testés et adoptés. Des milliers de serveurs 25 GbE et éventuellement 50 GbE dans des centres de données hyper-scale, tels que des fournisseurs de services cloud, vont faire en sorte que 400 GbE seront nécessaires pour les réseaux métropolitains (MAN) et les réseaux étendus (WAN) », a-t-il déclaré. «Dans un avenir pas si lointain, les tests débuteront à 200 Gbps, 8000 Gbps et à une vitesse étonnante de débits de données de 1 Tbps et de 1,6 Tbps, avec les tests et la ratification des normes attendus d'ici 2020.»

Conclusion

Ethernet passe rapidement de 40 Gbps à 100 Gbps à 400 Gbps, suscitant ainsi un certain nombre d'initiatives et de développements SerDes. En effet, les SerDes à 25 Gbps ont servi de catalyseur pour l’Ethernet à 100 Gbps, l’industrie devant s’appuyer initialement sur les SerDes à 50 Gbps pour une connexion Ethernet à 400 Gbps avant de passer à la technologie SerDes à 100 Gbps.

Parallèlement, la technologie SerDes est en train de passer de NRZ à PAM4, passant de 25 Gbps à 50 Gbps. Cela a entraîné un certain nombre de modifications architecturales, notamment le remplacement de l'analogique classique par ADC + DSP afin de permettre d'atteindre les objectifs de performance et de maintenir une enveloppe puissance / zone similaire.