800G和1.6T以太網：創新與挑戰

隨着大數據、5G網絡、雲計算和物聯網（IoT）技術的廣泛應用，市場對帶寬和數據傳輸速率的更高需求日益增長，800G和1.6T網絡速率的升級備受期待。本文將從800G以太網和1.6T網絡在升級方面的所做出的創新舉措及其所面臨的主要挑戰兩個方面，深入探討數據中心未來的發展方向。

以太網速率隨時間變化

網絡升級所要面臨的挑戰：

如何提高800G以太網的速率和容量？

當前的800G以太網技術通過8個獨立的通道來傳輸數據，每個通道的傳輸速率為100G。相較於前者，正在開發的每通道200G速率的800G光模組可以在相同數量的通道下實現更高的總帶寬，這將是800G以太網面臨的又一個重大挑戰。

交換機硅光串行解碼器（Switch Silicon SerDes）

SerDes是串行器和解串器的簡稱，廣泛應用於高速度通信中，尤其是在數據中心、網絡設備和高速接口中，以提高數據傳輸效率並減少所需的連接線數。更快的交換芯片能夠處理更多的數據包，對於提高800G以太網的通道速率至關重要，為了支持交換芯片整體帶寬的增加，SerDes能優化信號完整性、增強錯誤糾正能力，在速度、數量和功率方面有效支持交換芯片在帶寬上的持續增長。SerDes的功耗在系統總功耗中佔據了重要比例，在51.2Tbps的高速數據傳輸時代，串行數據收發器（SerDes）的性能有了顯著提升，其速率從10Gbit/sec提高到了112Gbit/sec，同時，芯片周圍的SerDes通道數量也從64個增加到了512個，進一步提高了整體的數據傳輸能力。而隨着技術的發展，下一代交換芯片的帶寬將再次翻倍，達到102.4T。此時，SerDes的通道數量將增加到512個，每個通道的速率為200Gb/s。此外，支持800G和1.6T的網絡速率的硅交換機可以靈活配置網絡拓撲，優化數據路徑，進一步降低延遲。

脈衝幅度調製（PAM）

高階調製通過在每個符號中編碼更多的比特，或者在每個單位時間間隔（UI）內傳輸更多的比特，並在信道帶寬和信號幅度之間進行了權衡，從而提高數據傳輸的效率。PAM4可以與舊版本的設備和系統兼容使用，與更高的調製方案相比，在傳輸數據時信號的質量更高，干擾和噪聲的影響較小，從而優化信噪比（SNR）和傳輸效率，減少前向糾錯 (FEC) 而增加的額外資源或時間消耗。然而，由於模擬帶寬的限制，實施PAM4需要更高質量的處理信號模擬前端 (AFE)硬件，並通過創新DSP方案實現在信號傳輸過程中對信號失真和干擾的補償，以確保接收到的信號儘可能清晰和準確。 在未來技術發展中，可能會使用能夠在每個符號中編碼更多比特的調製方式，如PAM6或PAM8，以滿足不斷增長的數據傳輸需求。但目前業界可能會在800G以太網或1.6T網絡中保留PAM4的多功能性，同時探索高速數據完整性維護的替代方法。

由於PAM4信號的眼高較小，必須更嚴格地控制噪聲和抖動等干擾因素

如何降低800G以太網的誤碼率？

在大多數高速數據標準中，發射器和接收器中的微調均衡器能夠使信號在接收端得以正確解讀，補償信道中的信號衰減。然而，隨着高傳輸速率對物理極限的突破，設備需要採用更複雜的方法進行傳輸，而前向糾錯（FEC）就是這樣一種解決方案。

前向糾錯（FEC）包括傳輸冗餘數據，以幫助接收器重建受損比特的信號，從隨機錯誤中恢複數據幀。前向糾錯（FEC）的每種架構在編碼增益、開銷、延遲和能效方面都各有利弊，且當整個數據幀丟失時會遇到突發錯誤。在224Gb/s系統中，需要採用更複雜的前向糾錯（FEC）來盡量減少突發錯誤的發生。

不同前向糾錯（FEC）架構的權衡有所不同

如何提高800G以太網的能效？

每一代光模組的功耗都在增加，800G或1.6T以太網數據中心面臨的最大挑戰是功耗問題。隨着光模組設計的成熟，降低了每比特的功耗從而變得更加高效。然而，由於每個數據中心平均有50,000個光模組，光模組的總體功耗仍然是一個令人擔憂的問題。通過在封裝內集成光電轉換功能，共封裝光器件可以降低每個光模組的功耗。但在這一過程中，需要面臨的挑戰是滿足冷卻要求。

在800G以太網中，共封裝光學能夠降低延遲、簡化設計並提高信號質量，通過將光學元件靠近ASIC裸芯片，可以實現更高效的信號處理，減少對額外DSP的需求，從而提高800G以太網的整體性能（如下圖所示）。

可插拔和共封裝光學

800G和1.6T以太網連接的未來趨勢和發展方向

400G以太網的標準和技術進步為下一代的800G以太網奠定了基礎，使得800G以太網的實現成為可能。2022年，首款51.2T交換芯片開始面向市場，該芯片支持高帶寬和64個800G端口，適用於數據中心和高性能計算等領域。而最新一批800G光模組也已經開始驗證。

標準組織發布的IEEE 802.3df和OIF 224G標準將為開發人員提供指導，幫助他們更有效地利用112G和224G的信道來構建800G和1.6T系統。隨着相關技術的快速發展，標準組織需要及時更新標準，以適應新的技術和市場需求，預計在不久的將來，標準組織將完成物理層標準的制定，並推動其在實際應用中的開發和驗證。

800G和1.6T網絡速率發展

飛速（FS）800G以太網光模組

為了數據中心、雲計算和大數據應用的快速發展，飛速（FS） 提供了一系列800G以太網光模組。這些800G以太網光模組能夠提供更低的延遲和更高的吞吐量，適用於需要快速數據傳輸的應用場景，可滿足現代網絡不斷變化的需求。下面是飛速（FS）推出的800G以太網光模組：

結論

由於其成熟的技術、相對較低的成本和廣泛的應用需求，400G以太網目前正在被廣泛採用。儘管800G以太網具有更高的數據傳輸速率，但技術的成熟度、成本、以及市場需求等因素使得它的普及和部署仍需時間，尚未達到大規模應用的階段，而1.6T以太網作為未來的技術方向，目前在標準化、技術實現和市場需求等方面仍存在不確定性。在近幾年內，用戶對網絡速度和響應時間的要求不斷提高，行業在容量、速度和效率方面仍在持續改進。800G和1.6T以太網涉及複雜的技術架構和組件，提前設計和規劃有助於應對未來的技術挑戰。飛速（FS）能夠為客戶提供端到端的網絡解決方案，逐步推出符合行業標準的800G和1.6T以太網產品，推動光模組和網絡設備的創新，助力您在數字時代的網絡升級。