Relever les Défis de l'Ethernet 800G : Migration des Centres de Données

Depuis quelques années, la demande de bande passante plus large, de vitesses plus rapides et de performances à faible latence a été stimulée par l'adoption accélérée des infrastructures et services en nuage. Les changements au niveau du câblage et des architectures sont imposés par les améliorations de la technologie des commutateurs et des serveurs. Par conséquent, les besoins de migration des centres de données, notamment en termes de vitesse - y compris la bande passante, la densité des fibres et la vitesse des lignes - augmentent considérablement dans le domaine de l'Ethernet 800G.

Adopter les Changements Ethernet 400G/800G

En termes d'application, les systèmes Breakout sont actuellement encouragés pour les ports de commutation ; typiquement, 400G et 800G sont décomposés en 4×100G ou 8×100G. En ce qui concerne la capacité, la puce de commutation Tomahawk 4 de Broadcom prend actuellement en charge 64 ports 400G et dispose d'une bande passante de 25 Tb/s. Elle pourrait prendre en charge 32 ports 800G à l'avenir. En ce qui concerne la couche physique, l'approbation en 2017 de la norme IEEE 802.3bs a ouvert la voie à l'Ethernet 200G et 400G. L'adoption du 400G s'est donc accélérée rapidement. Il est concevable que l'adoption de l'Ethernet 800G se prolonge dans un avenir proche, avec un taux d'accélération encore plus élevé. En cherchant à améliorer la puissance et le coût par bit, l'industrie collabore actuellement à l'introduction de centres de données 800G et commence à se diriger vers 1,6T et au-delà.

Éléments Essentiels pour la Migration vers un Réseau Ethernet 800G

1. Augmentation de la densité des ports de commutation

Avec les progrès technologiques et l'évolution des demandes du marché, les techniques de conception et de fabrication des SERDES (Serializer/Deserializer) et des ASIC (Application Specific Integrated Circuits) continuent de progresser. La technologie SERDES, qui a pour fonction de convertir des données parallèles en signaux sériels, permet de transmettre des données à grande vitesse en utilisant relativement peu de broches physiques et de ressources de circuit. Cela permet aux commutateurs de prendre en charge un plus grand nombre de ports avec des ressources matérielles limitées. En outre, en tant que circuits intégrés à application spécifique spécialement conçus, les ASIC peuvent fournir des solutions matérielles hautement intégrées. En utilisant les ASIC, les commutateurs peuvent intégrer plusieurs ports ou interfaces sur une seule puce, ce qui réduit l'utilisation de l'espace physique et permet ainsi d'augmenter la densité des ports des commutateurs.

En conséquence, le nombre total de commutateurs requis pour les réseaux 400/800G est réduit, ce qui accroît encore le besoin de nouveaux modules optiques et de câblage structuré.

2. Technologies d'émetteurs-récepteurs optiques

Formats d'émetteurs-récepteurs de nouvelle génération

Le boîtier CFP (C form-factor pluggable) a été publié pour la première fois par l'association CFP MSA pour être utilisé dans les premiers modules optiques de 100G. Avec le développement de la technologie des puces, la MSA a également introduit les normes CFP2, CFP4 et CFP8. Le format CFP8 a été introduit en 2017 pour prendre en charge les premiers émetteurs-récepteurs optiques 400G, qui peuvent prendre en charge 16 canaux de signaux 25G NRZ pour la transmission 400G. Par la suite, il a été progressivement remplacé par le format QSFP-DD (dual-density four-channel) small pluggable format et le format OSFP. Le format OSFP prend en charge huit ensembles de canaux d'émetteurs-récepteurs électriques à grande vitesse, qui peuvent fournir une interface de connexion jusqu'à 400 Gbps (8x50G PAM-4). Aujourd'hui, QSFP-DD et OSFP sont devenus les technologies d'emballage préférées de la plupart des fournisseurs.

Globalement, avec l'amélioration des formats d'émetteurs-récepteurs, la consommation d'énergie des modules optiques diminue tandis que le volume se réduit, ce qui contribue grandement à la migration vers les centres de données 400G/800G. Si vous souhaitez en savoir plus sur les spécifications des différents formats d'émetteurs-récepteurs, consultez ce blog Différences entre QSFP-DD et QSFP+ / QSFP28 / QSFP56 / OSFP / CFP8 / COBO.

Systèmes de modulation à plus grande vitesse

Depuis longtemps, les modules optiques 1G, 10G et 25G utilisent la technologie de modulation NRZ (non-return-to-zero). Contrairement à NRZ, PAM4 utilise quatre niveaux de signal et chaque période de symbole peut représenter deux bits. À vitesse de transmission égale, le débit de PAM4 est deux fois supérieur à celui de NRZ, ce qui réduit efficacement la perte du canal de transmission et améliore l'utilisation de la bande passante.

Dans les centres de données 400G/800G, le système de modulation NRZ nécessite un grand nombre de fibres optiques. En outre, la marge temporelle de la puce de l'émetteur-récepteur, la perte du lien de transmission et la taille ne peuvent pas répondre aux exigences de l'Ethernet 400G/800G. Avec le développement du big data et de l'informatique en nuage, PAM4, la technologie de modulation la plus efficace à l'heure actuelle, est devenue une tendance inévitable dans le développement d'interfaces de connexion à haut débit 400G. Actuellement, la norme d'interface 400G de 4*100G PAM4 et 8*50G PMA4 a été formellement proposée par le groupe de travail de l'IEEE et appliquée dans les modules optiques 200G/400G/800G. Dans un avenir proche, le PAM4 deviendra le principal moyen de modulation du signal Ethernet à grande vitesse, avec ses propres avantages (tels que la haute performance, etc.). Dans le sillage de la migration vers Ethernet, la technologie de modulation des signaux continuera à se développer et à innover dans une direction plus complexe.

Pour des informations plus détaillées sur les technologies de modulation, veuillez consulter ce blog: Technologies de modulation NRZ et PAM4.

3. Options de connecteur

Les connecteurs MPO et duplex sont largement utilisés sur les émetteurs-récepteurs 400G et 800G. Les connecteurs MPO sont souvent utilisés pour la transmission de fibres multimodes - le connecteur a une conception à haute densité qui permet de connecter plusieurs fibres simultanément. Dans les schémas MPO, l'Ethernet 400G est généralement transmis par huit fibres optiques, chacune avec un débit de 50Gbps ; l'Ethernet 800G sur 16 fibres optiques, chacune avec un débit de 50Gbps.

Les connecteurs duplex sont généralement utilisés pour la transmission par fibre monomode, et chaque connecteur est connecté à deux fibres optiques. Pour augmenter le nombre et la vitesse des canaux, les connecteurs duplex avec une empreinte plus petite peuvent fournir des options de lignes divisées plus flexibles pour les modules à grande vitesse. Les systèmes de connexion 400G utilisent quatre connecteurs duplex ; 800G huit connecteurs duplex. L'utilisation de connecteurs duplex permet à la fibre monomode d'atteindre une largeur de bande élevée et de transmettre sur de longues distances. En même temps, elle améliore la qualité de transmission du signal grâce à une grande capacité d'isolation.

En bref, les connecteurs MPO et les connecteurs duplex jouent tous deux un rôle important dans l'Ethernet 400G/800G pour la transmission à grande vitesse et la bande passante. Actuellement, le choix de ces deux types de connecteurs n'est pas simplement déterminé par le débit, mais par d'autres facteurs tels que le nombre de canaux de données pris en charge, l'espace occupé et les prix des émetteurs-récepteurs et des commutateurs concernés. En outre, afin de s'adapter aux besoins des différents scénarios, la sélection des connecteurs de modules optiques présente une tendance de plus en plus diversifiée. Dans le futur, d'autres conceptions personnalisées de connecteurs d'émetteurs-récepteurs seront également produites pour les centres de données 800G de plus grande taille. De nouvelles normes seront également proposées par les organisations pour répondre à la demande du marché en matière d'Ethernet 800G.

4. Progrès en matière de câblage

Pour relever les défis de la migration vers l'Ethernet 800G, le câblage en fibre présente des opportunités dans les aspects suivants : Type de fibre OM5 ; multiplexage par répartition en longueur d'onde (WDM) ; composants à très faible perte (ULL) ; réduction du nombre de commutateurs de serveurs (TOR) ; câblage à plus grand nombre de fibres ; bonne combinaison d'applications SMF (Fibre Monomode) et MMF (Multimode).

• Fibre OM5 : La fibre OM5 présente deux avantages majeurs par rapport à ses prédécesseurs : une atténuation plus faible (3 dB/km) que celle des fibres OM3 et OM4 (3.5 dB/km); une largeur de bande de mode effective (EMB) étendue de 850 nm à 953 nm, ce qui est plus propice à l'application de la technologie SWDM.

• WDM : Actuellement, deux types de technologies WDM sont principalement utilisés dans les centres de données : le multiplexage grossier par répartition en longueur d'onde (CWDM) et le multiplexage dense par répartition en longueur d'onde (DWDM). Elles peuvent fournir un plus grand nombre de longueurs d'onde et augmenter la capacité par fibre, ce qui convient aux applications à longue distance et permet de réduire les coûts.

• ULL : cette technologie comprend des composants de haute qualité tels que des connecteurs à faible perte, des prises, des fibres optiques et des séparateurs. Grâce aux composants ULL, l'émetteur-récepteur présente une perte d'insertion et une perte de retour plus faibles, ce qui permet une transmission de signaux plus stable et de meilleure qualité.

à très faible perte (ULL)

Comment Réaliser la Migration vers Ethernet 800G

1. Des infrastructures à plus haut débit

Pour reconfigurer un centre de données pour l'Ethernet 800G, il faut tenir compte des éléments décrits dans les points précédents.

• Densité des ports de commutation : augmentation de la densité des ports par commutateur ou modification de la structure des commutateurs afin de réduire le nombre de niveaux de commutateurs.

• Technologies d'émetteurs-récepteurs : Facteur de forme QSFP-DD et OSFP (compatibilité ascendante avec QSFP+ et QSFP28).

• Câblage en fibre : nouvelles conceptions de câblage, comme la fibre en ruban de 200 microns et enroulable pour minimiser l'encombrement ou une architecture en forme d'épine de feuille qui optimise les chemins directs pour la communication de serveur à serveur.

2. Utiliser l'infrastructure existante

• Cœurs de fibre : utilisation des trunks de sous-unités 8/12/24 fibres existants tandis que la conception basée sur 16 fibres est appliquée dans les nouvelles infrastructures à plus haut débit.

• Instruments de test et vérification : utilisation d'équipements de test portatifs pour tester les performances des canaux (IL et RL inclus).

Défis et Perspectives de la Migration vers Réseaux 800G Ethernet

Vers Ethernet 800G

Avec les progrès technologiques et scientifiques, le format de modulation et les systèmes de transmission par fibre optique ont été améliorés au fil du temps, de sorte que la migration vers les centres de données 800G est progressivement mise à l'ordre du jour. IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) a développé des normes pour la prise en charge de l'Ethernet 800G, telles que IEEE 802.3ck et IEEE P802.3cn. De plus, MSA (Multi-source agreement) a successivement mis en avant les normes MSA 800G Pluggable, MSA 100G Lambda, MSA QSFP-DD800, etc. Ces normes favorisent la mise en œuvre et l'application de l'Ethernet 800G.

Réseau Ethernet à haut débit

Bien que le passage à l'Ethernet 800G en soit encore à un stade relativement précoce, la demande du marché a stimulé l'exploration du 1,6T et 3,2T. À l'heure actuelle, l'Ethernet à plus haut débit ne bénéficie toujours pas du support de la technologie, comme la capacité de liaison et la norme, et doit donc faire face à de nombreux défis. Cependant, les systèmes optiques co-packagés (CPO) et OSFP-XD MSA, qui proposent un nombre de 16 voies, offrent des opportunités pour l'Ethernet à plus haut débit.

Conclusion

Grâce aux progrès technologiques et à la demande du marché, l'Ethernet 800G devrait entrer dans la phase commerciale dans les prochaines années. Dans le sillage du développement continu et de l'innovation technologique, l'Ethernet à haut débit continuera d'améliorer ses performances et son champ d'application, créant ainsi plus de commodité et d'opportunités pour les utilisateurs.