Le 800G arrive : Vers des applications à plus grande vitesse

Avec la mise en service des émetteurs-récepteurs optiques 400G, la connectivité des centres de données passe progressivement à l'Ethernet 800G. Récemment, la conférence OFC 2020 qui a eu lieu à San Diego s'est concentrée sur les technologies permettant les liaisons 800G ainsi que sur les futures fibres optiques, faisant de l'Ethernet 800G un nouveau point central après les réseaux 400G. L'optique 800G est sur le point d'être testée et de devenir une norme. Il reste cependant encore beaucoup de chemin à parcourir pour son déploiement à grande échelle.

Points sur les émetteurs-récepteurs optiques et normes Ethernet 800G

Par rapport aux réseaux Ethernet 200G et 400G, le 800G est relativement nouveau. Mais comme il y a une demande pour équipements de réseau à plus large bande passante et connexions dans les expansions de nuages et centres de données à grande échelle, les modules optiques et les transmissions 800G sont des tendances inévitables pour les trois à cinq prochaines années. Actuellement, il existe plusieurs groupes de travail ayant proposé des spécifications Ethernet 800G ou des spécifications matérielles. Passons en revue les plus importants d'entre eux afin de déterminer leurs points forts.

800GBASE-R permettra de réutiliser le 400GE pour réduire les coûts autant que possible

Jusqu'à présent, l'organisation IEEE n'a pas travaillé sur la norme Ethernet 800G. Mais le consortium 25 Gigabit Ethernet, désormais rebaptisé Ethernet Technology Consortium (ETC), a annoncé la spécification 800GBASE-R pour 800 Gigabit Ethernet (GbE) en avril 2020. Comme l'affirme le ETC, l'objectif de cette spécification 800GBASE-R est de réutiliser autant que possible la logique standard 400GbE pour créer une spécification MAC (contrôle d'accès au média) et PCS (Physical Coding Sublayer) 800 GbE et de réduire le coût pour les utilisateurs implémentant des ports Ethernet multidébits. Il peut être considéré comme une version plus large de l'Ethernet 400G, et introduit de nouveaux MAC et PCS. Toujours basée sur les voies 106,25G existantes, qui ont été introduites avec Ethernet 400G, cette spécification 800GBASER vise à doubler le nombre total de voies de 4 à 8 en PCS. Bien que cela semble être un simple changement de concept, il faudra beaucoup de travail et de compétences techniques pour relier de cette manière les voies supplémentaires.

MSA Pluggable 800G définit les scénarios 800G-SR8 et 800G-FR4

La norme 800GBASE-R définit la couche principale des réseaux 800G et vise à doubler les performances pour alimenter des centres de données de grandes capacités. Outre la couche, la spécification du module émetteur-récepteur optique 800G est un autre point essentiel qui doit être pris en compte. Le groupe MSA (Multi sources Agreement) Pluggable 800G a publié une spécification 800G ciblant la transmission Ethernet 800 Gps agrégée basée sur PAM4 pour les applications de centres de données en septembre 2019.

• 800G-SR8 : un module 8x100G peu coûteux pour les applications de SR, qui couvre la zone de 60 à 100 mètres, à partir d'une solution SMF.

• 800G-FR4 : un FEC neuf est nécessaire pour cette application de module 4x200G.

Cette spécification a également utilisé comme mécanisme d'interface les éventuels modules optiques enfichables, sous les formes QSFP112-DD et OSFP 32, et considère que la forme enfichable reste l'interface idéale pour les opérateurs de centres de données ayant besoin du 800G.

MSA QSFP-DD800 fournit la spécification matériel des émetteurs-récepteurs optique 800G

Un autre groupe MSA composé de Cisco, Broadcom, Juniper, Intel, etc. considère également que le facteur de forme enfichable est un choix idéal pour la connectivité des centres de données. Ce groupe a récemment présenté la première version du connecteur émetteur-récepteur optique enfichable QSFP Double Densité 800G (QSFP-DD800) et les normes du système de boîtier, définissant le facteur de forme de l'émetteur-récepteur optique 800G - QSFP-DD800. Il est indiqué que le QSFP-DD800 supporte 8 interfaces électriques à haut débit se connectant à l'hôte, chaque voie est à 100G/s. Il est également compatible avec les anciens modules QSFP-DD ou QSFP, notamment QSFP+, QSFP28, QSFP56 et 400G QSFP-DD, ce qui offre aux opérateurs de réseau des avantages commerciaux et opérationnels considérables lors du déploiement d‘un réseau 800G.

Situation actuelle des modules et technologies optiques 800G

Bien que les spécifications nécessaires des modules Ethernet 800G et optiques soient relativement complètes, il est probable qu'elles devront être ultérieurement révisées ou perfectionnées en fonction des applications pratiques. Et cette situation n'affectera pas le développement des modules de fibre optique utilisés dans la connectivité des centres de données à haut débit. La disponibilité de systèmes optiques à grand volume et à faible coût restera le facteur déterminant de la rapidité et flexibilité de toutes transitions. Lorsque la vitesse du réseau dépassera 800 Gbps, le module optique enfichable rencontrera des problèmes de densité et de puissance. Lorsque cela se produit, des technologies alternatives comme le module optique CPO (co-packagée) peuvent être nécessaires.

Mais actuellement, les modules optiques enfichables 800G ne seront pas produits ou mis en service rapidement pour des applications clientes en raison de la complexité de la structure. La nécessité de passer à une vitesse supérieure tout en conservant une haute performance constitue un grand défi pour les dispositifs optiques. Le groupe MSA Pluggable 800G affirme que les différents sous-composants concernés par la MSA sont déjà en cours de développement sous forme de prototypes et que les premiers modules 800G devraient être testés en 2021. Et récemment, l‘entreprise Inphi a annoncé un nouveau DSP (processeur de signal numérique) PAM4 7nm 800G qui est le premier DSP PAM4 800Gbps ou 8x 100Gbps à permettre des modules d'émetteurs-récepteurs optiques 800G dans les facteurs de forme QSFP-DD800 ou OSFP, ce qui rend possible la production d'émetteurs-récepteurs enfichables 800G.

Cependant, pour les réseaux 800G de ligne, l'optique 800G n'est pas inhabituelle pour les opérateurs de réseaux renommés. Et sa fonction principale a été obtenue sur des "cartes de ligne" qui sont des cartes de circuits électroniques complexes, sur lesquelles les fabricants d'optiques peuvent développer leur propre solution de réseau qui ne sont pas compatibles ou interopérables avec les cartes de ligne provenant de fabricants tiers. Par exemple, Ciena WaveLogic 5 Extreme (WL5e) offre une capacité de 800G sur une seule longueur d'onde avec une capacité réglable à partir de 200G. Et dans les applications DCI (Data Center Interconnect), il est capable de prendre en charge 600 Gb/s sur des liaisons de 1 000 km, 400 Gb/s sur des liaisons ultra-longues distances et 200 Gb/s sur des câbles à compensation transpacifique. Et Huawei a également lancé son module optique ultra-rapide 800G réglable, affirmant garantir la largeur de bande dans les réseaux 5G à haute performance, et prenant en charge des débits de ligne réglés de 200 Gbit/s à 800 Gbit/s pour s'adapter à diverses applications.

Mais peu importe le WL5e ou les modules optiques 800G de Huawei, ils doivent tous deux être utilisés avec leur gamme de produits si les utilisateurs doivent appliquer la vitesse 800G pour la transmission de réseaux fédérateurs, réseaux métropolitains et les interconnexions des centres de données. Et le coût sera certainement plus élevé que celui des réseaux 100G, 200G et 400G actuels.

Est-ce que les modules optiques 800G restent encore inaccessibles ?

L'augmentation du trafic et de la bande passante pour les nuages et centres de données non seulement favorisent la développement des émetteurs-récepteurs optiques 800G mais entraînent également des exigences plus élevées en matière de capacité de commutation pour les commutateurs et les routeurs de réseaux. Par conséquent, le choix effectué dans les spécifications 800G prendra en compte à la fois les facteurs de forme de l'émetteur-récepteur et la technologie du côté du commutateur/routeur. Si l'on considère que les solutions 8x100G et 4x200G et la spécification QSFP-DD800 entrent également en vigueur, il est certain que les systèmes optiques 800G seront également mis sur le marché rapidement pour correspondre aux applications à haut débit actuelles.