Fokussierung auf High-Speed-Telekommunikation: Gegenwart und Zukunft des 400G-Ethernet-Marktes

Aktualisierung: 25. Mai 2022 by

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Laut den führenden Cloud Service Providern (CSPs) und verschiedenen Netzwerk-Prognoseberichten wird sich 400G-Ethernet ab 2020 als führende Technologie durchsetzen. IDC (International Data Corporation) und Cignal Ai haben ebenfalls eine ähnliche Situation nachgewiesen. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass 400G-Ethernet die 100G- und 200G-Implementierungen schneller ersetzen wird als 100G das bisherige Ethernet.

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Aufstieg von 400G-Ethernet

Bei den Faktoren, die die Entwicklung von 400G-Ethernet beeinflussen, handelt es sich hauptsächlich um anwendungsbezogene und technologiebezogene Faktoren. Zu den Anwendungstreibern gehören die 5G-Hochgeschwindigkeitsübertragung, die Marktanforderungen für Rechenzentren, Cloud Computing und die hochauflösende Videoübertragung. Zu den Technologietreibern gehören die Entwicklung von Technologien auf dem Markt und die Produktstandardisierung.

Anwendungsbezogene Faktoren

📍 5G: Die Entwicklung von 400G-Ethernet vorantreiben

Eine Analyse von Cisco weist darauf hin, dass die 5G-Technologie eine Edge-Computing-Architektur benötigt, die Cloud-Ressourcen (Datenverarbeitung, Speicher und Netzwerke) näher an Anwendungen, Geräte und Nutzer bringt. Gleichzeitig benötigt das Edge-Computing mehr Bandbreite, Unterstützung für mehr Geräte im Netzwerk und eine höhere Sicherheit zum Schutz und zur Verwaltung der Daten. So kann ein 4G-Funksystem beispielsweise nur bis zu 2.000 aktive Geräte pro Quadratkilometer unterstützen, während 5G bis zu 100.000 aktive Geräte in derselben Reichweite unterstützen könnte. Da die 400G-Technologie mehr Bandbreite bietet, könnten in 5G mehr Geräte und Anwendungen unterstützt werden.

Artikel	4G LTE	5G
Durchschnittliche Datenrate	25 Mb/s	100 Mb/s
Spitzendatenrate	150 Mb/s	10,000 Mb/s
Latenz	50 ms	1 ms
Anschlussdichte	2.000 pro Quadratkilometer	100.000 pro Quadratkilometer

📍 Anforderungen an Rechenzentren und Cloud Computing

Eine Studie von Cisco zeigt, dass Cloud-basierte Rechenzentren 92% der Arbeitslast der nächsten Generation von Rechenzentren übernehmen werden, während die traditionellen Rechenzentren nach 2021 weniger als 8% übernehmen werden. Diese objektiven Anforderungen an höhere Datenraten treiben die 400G-Entwicklung stark voran. Es wird geschätzt, dass 400G die vorherrschende Geschwindigkeit in Switch-Chips und Netzwerkplattformen in den kommenden Jahren sein wird.

📍 Bedarf an hochauflösender Videoübertragung

Grundsätzlich bewegen sich alle Formen von Internetanwendungen in Richtung Video. Es wird geschätzt, dass mehr als 80% des Datenverkehrs aus Video besteht. Video ist eine sehr wichtige Plattform für die Interaktion aller Menschen in der Zukunft, insbesondere für das Videostreaming in Echtzeit, z. B. bei Videokonferenzen mit mehreren Teilnehmern. Hochauflösende Videos (z. B. 4K-Videos) benötigen mehr Bandbreite und geringere Latenzzeiten im Vergleich zu den bisher üblichen Videos mit niedrigerer Auflösung.

📍 Technologiegetriebene Faktoren

Die 400G-Technologie war ursprünglich als IEEE 802.3bs bekannt und wurde im Dezember 2017 offiziell genehmigt. Sie regelt neue Standards wie die Vorwärtsfehlerkorrektur (Forward Error Correction, FEC) zur Verbesserung der Fehlerleistung. Unter Einhaltung dieser Standards haben die ersten 400G-Netzwerkelemente die Tests und den ersten Einsatz erfolgreich abgeschlossen. Derzeit sind einige 400G-Switches von Marken wie Cisco 400G Nexus, Arista 400G 7060X4-Serie, Mellanox Spectrum-2, FS 400G-Switch usw. im Einsatz. 400G-Verbindungsschemata wie 400G-DAC-Kabel und 400G-Transceiver (400G-QSFP-DD-Transceiver, 400G-OSFP-Transceiver, 400G-CFP8-Transceiver usw.) sind ebenfalls auf dem Vormarsch, wobei 400G-QSFP-DD aufgrund seiner hohen Dichte und seines geringen Stromverbrauchs der führende Formfaktor ist. Da die Standardisierung, Kommerzialisierung und Skalierung von 400G-Ethernet immer schneller voranschreitet, wird sich die 400G-Produktserie allmählich vervollkommnen, und im Gegenzug werden mehr 400G-Produkte erscheinen.

Auswirkungen von 400G-Ethernet

400G: Ankurbelung des 25G- und 100G-Marktes und Verringerung des Marktanteils von 200G

Im Vergleich zum 10G-Ethernet gewinnt das 25G-Ethernet in der gesamten optischen Übertragungsbranche an Popularität, da die 25Gbps- und 50Gbps-Technologie pro Kanal die grundlegenden Standards für das bestehende 100G-Netz (4x 25Gbps), das kommende 400G-Netzwerk (8x 50Gbps) und das zukünftige 800G-Netzwerk bilden. Daher wird die rasche Entwicklung von 400G-Ethernet die 25G- und 100G-Märkte bis zu einem gewissen Grad fördern. Ebenso deutet das schnelle Auftreten von 400G-Anwendungen darauf hin, dass 200G eine Eintagsfliege ist.

400G-Technologie: Erwartete Verringerung der Gesamtkosten für Betrieb und Wartung des Netzes

Für Zugangs-, Metro- und Rechenzentrums-Verbindungsszenarien, bei denen kurze Übertragungsdistanzen und höhere Bandbreiten erforderlich sind, sind die Glasfaserressourcen relativ knapp. Die 400G-Technologie mit Einzelträger kann die größte Übertragungsbandbreite und die höchste spektrale Effizienz mit der einfachsten Konfiguration bieten, was die Übertragungskosten effektiv reduziert.
In Backbone-Netzwerken und in einigen komplexeren Großstadtnetzen, wo die Übertragungsdistanz länger ist und mehr Netzknoten vorhanden sind, sind die Anforderungen an die Übertragungsleistung strenger. Unter solchen Umständen könnten die Dual-Carrier-Technologie (2x 200G) und ein optimierter Algorithmus zusammenwirken, um den Kanalabstand zu komprimieren. Dadurch kann nicht nur die spektrale Effizienz um 30% verbessert werden (nahe dem Niveau einer 400G-Technologie mit Einzelträger), sondern auch die Übertragungsdistanz von 400G-Ethernet auf mehrere tausend Kilometer ausgedehnt werden, was den Betreibern hilft, schnell 400G-Backbone-Netzwerk mit minimalen Bandbreitenressourcen einzurichten.
Die 400G-Lösung kann auch die Einzelfaser-Kapazität um 40% erhöhen und den Stromverbrauch um 40% senken, wodurch die Netzwerkleistung erheblich verbessert und die Betriebs- und Wartungskosten des Netzwerks gesenkt werden.

Chancen für die Anbieter und Anwender von 400G-Ethernet

Viele Anbieter preisen ihre 400G-Produkte an, um der Zeit voraus zu sein. In Wirklichkeit haben nur wenige Anbieter eine echte Lieferkapazität, und die Qualität der meisten 400G-Produkte kann nicht gewährleistet werden. Um im harten Wettbewerb auf dem Markt zu bestehen, sollten die Anbieter mehr Wert auf die Verbesserung der Produktqualität und eine starke Lieferfähigkeit legen. Dies ist zweifellos von Vorteil für die Nutzer, die bessere Produkte und Dienstleistungen zu relativ niedrigen Preisen erhalten.

Auswirkung von 400G auf Verkabelung und Verbindungen

Bei der Multimode-Verkabelung besteht der größte Unterschied zwischen 100G- und 400G-Modulen in der Zunahme der Gesamtzahl der Fasern. Für Singlemode-Übertragungssysteme sollten die meisten Duplex-LC- und MPO-basierten Architekturen, die bei 100G eingesetzt werden, auch für 400G geeignet sein. Für die Parallel- oder Mehrfaserübertragung bieten Transceiver wie 400GBASE-SR4.2, die mit SWDM (Short Wavelength Division Multiplexing) bei vier Wellenlängen arbeiten, größere Entfernungen über OM5-Fasern als OM4 oder OM3. Mit der OM5-Breitband-Multimode-Faser (WBMMF) können mithilfe der SWDM-Technologie mehrere Signale (Wellenlängen) auf einer Faser übertragen werden. Dies weist darauf hin, dass OM5-Fasern und SWDM-Technologien weiterhin eine verbesserte Unterstützung für 400G-Ethernet bieten werden.

Datenrate	Transceiver	Paare	Nennreichweite
40G	40G-BiDi	1	OM3: 100m OM4: 150m OM5: 200m
40G	40G-SWDM4	1	OM3: 240m OM4: 350m OM5: 440m
100G	100G-BiDi	1	OM3: 70m OM4: 100m OM5: 150m
100G	100G-SWDM4	1	OM3: 75m OM4: 100m OM5: 150m
400G	40GBASE-SR4.2	4	OM3: 70m OM4: 100m OM5: 150m

Sind Sie bereit für 400G-Ethernet?

400G-Ethernet ist ein unvermeidlicher Trend auf dem aktuellen Netzwerkmarkt. Angetrieben durch verschiedene Marktanforderungen und Technologien hat sich 400G-Etherne schneller entwickelt als jede andere Technologie zuvor. Und 400G-Etherne hat auch viele bedeutende Auswirkungen, z. B. die Verringerung des Marktanteils von 200G und die Einsparung von Übertragungskosten in einem gewissen Umfang. Es gibt bereits einige ausgereifte 400G optische Produkte auf dem Markt, z. B. 400G QSFP-DD Transceiver, 400G-DAC-Kabel und 400G DAC Breakout-Kabel. Und die 400G-Technologie wird zweifellos immer fortschrittlicher werden, um die Entwicklung von 400G-Ethernet und 400G-Anwendungen zu fördern.

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