400ZR：成功為下一代數據中心互連開啟400G

隨着大規模的雲服務與數據中心存儲和處理需求的日益增長，數據中心的系統變得越來越分散，因此，管理的難度也日益增加。除此之外，像高性能計算等應用迫切地需要低延遲、高帶寬的網絡架構來處理服務器之間產生的大量機器至機器的輸入/輸出（I/O）需求。為確保這些應用得以實現，這些分布式數據中心之間的最大傳輸距離必須限制在100km左右。所以這些數據中心必須以集群的方式來連接。為了保證高帶寬與高密度的數據中心的互聯，400ZR應運而生。本文將着重為大家介紹400ZR的定義、影響以及發展趨勢。

400ZR是什麼？

400ZR（又名400G ZR）是由光互聯網絡論壇OIF (Optical Internetworking Forum) 定義的一種規範，該規範採用密集波分復用（DWDM）和高階調製相結合的方案，可以在長達80km的數據中心互連（DCI）鏈路上傳輸400G。其目的是確保基於單載波400G長期而又穩定的實施。這種單載波使用複雜的偏振復用16級正交幅調製（DP-16QAM），其速率大約為60Gbaud。

400G ZR提出了一種獨特而又先進的相干技術驅動大容量數據傳輸的解決方案，尺寸小巧、緊湊，可熱插拔，可與400GE交換端口相匹配。雖然在IA（實施協議）中沒有規定模塊的外形尺寸，但光互聯網絡論壇OIF已經定義了該模塊的尺寸規格以適應400G解決方案。除此之外，多源協議（MSA）機構已經定義了QSFP-DD和OSFP封裝類型的光模組，這些光模組是可以互連的。也就是說，由於OIF和MSA是全行業的組織，所以推向市場的兼容400ZR方案也將具有互操作性。而400ZR解決方案的互操作性也帶來了簡化供應鏈管理和部署的雙重好處。

可熱插拔式相干400ZR方案僅支持400G以太網的互連和多廠商之間的網絡互通。它並不適合傳輸距離超過80km的下一代400G城域網的傳輸。在這種情況下，提出了400ZR+（400G ZR+）標準，它有望根據覆蓋要求和與已建立的城域網基礎設施的兼容性來支持多種不同的信道容量，從而進一步提高模塊化程度。

400ZR將帶來什麼樣的影響？

雖然400ZR技術還處於起步階段，一旦推廣開來，將對很多行業產生重大影響，如以下三個行業：超大規模數據中心、分布式校園網與城域網和電信服務商。

400ZR幫助雲計算和超大規模數據中心適應日益增長的高帶寬需求

數據中心互連和400ZR的發展可以幫助雲計算和超大規模數據中心適應網絡上不斷增長的高帶寬需求。它們可以應對雲服務、物聯網設備和流媒體視頻等應用的指數級增長。隨着時間的推移，400G ZR將為整個網絡不斷增長的應用和用戶做出更大的貢獻。

400ZR將支持分布式數據中心的互聯互通

正如上文所提到的，400ZR技術將支持高帶寬之間的互連，用來連接分布式的數據中心。通過這種連接方式，分布式數據中心可以相互通信，共享數據，平衡工作負載，提供備份，並在需要時擴大數據中心容量。

400ZR將允許電信公司回傳住宅流量

400G ZR標準將允許電信公司回傳住宅流量。當以200Gb/s的速度運行時，400ZR可以使用64Gbaud心裡和QPSK調製方式來增加高損耗傳輸的範圍。對於5G網絡，400G ZR可通過聚合多個25Gb/s鏈路來提供移動回程，更有助於促進新興的5G網絡的市場與應用範圍的擴大。

400ZR+/400ZR-將在400ZR的基礎上提供更多的便利

400ZR除了具有與其它模塊的可互操性之外，預計還會支持其它的操作模式，以增加可尋址應用的範圍，這些操作模式被稱為400ZR+和400ZR-。“+”表示模塊的功耗超過了IA和一些可插拔設備所要求的15W的功耗，使模塊能夠使用更強大的信號處理技術在數百公里的距離上進行傳輸。“-”表示該模塊可以支持300G、200G、100G等低速率模式，為網絡運營商提供更多的靈活性與便利性。

400ZR的熱度將會持續多久？

據2019年OFC首席技術官介紹，預計在2020年OFC上可能會看到400ZR的產品樣本。而在2019年的OFC數據中心峰會上，谷歌、微軟等行業巨頭都宣稱將在未來兩年內部署400ZR。

更重要的是，在2021-2024年，400ZR技術的發展，將會帶來大量光模組的需求。下圖是市場上高速率（100G以上）和低速率（100G以下）DWDM光模組的銷量情況。從表中我們可以看出，2021-2024年，應用於雲計算或者大型數據中心互連的光模組呈增長趨勢。也就是說，從2021年開始，400ZR將引領光模組的需求不斷增長。

此外，隨着2021年第一個100Gbps的串行器/解串器在交換芯片中的實現，在未來1-2年內，光接口所需的傳輸速率將轉向800Gbps。在不改變光模組封裝類型的情況下，OSFP的外形尺寸已經被定義為可以支持8x100GE的速率。與此同時，線路側的相干光學器件也將在同樣的時間內過渡到支持128GBaud 16QAM的調製方式，這使得從目前的400ZR向下一代800ZR的升級變得容易。因此，無論在當前還是未來的網絡發展中，400ZR都是至關重要的。