800G e 1.6T Ethernet: Innovazioni e Sfide

La diffusione delle reti 5G, delle applicazioni AI e della tecnologia IoT ha aumentato la domanda di larghezza di banda e velocità di trasmissione dati più elevate. Di conseguenza, sono aumentati l'attesa e l'interesse per le reti 800G Ethernet e 1.6T. In questo articolo verranno illustrate in modo approfondito le principali sfide e innovazioni per le reti 800G Ethernet e 1.6T.

Velocità di Ethernet nel Tempo

Le Sfide dell'Aggiornamento a 800G Ethernet e alla Rete 1.6T:

Come Aumentare la Velocità e la Capacità di 800G Ethernet?

L'attuale implementazione di Ethernet 800G utilizza 8 canali a 100Gbps per canale, raddoppiando la velocità PAM4 da 50Gbps (generazione precedente) a 100Gbps. Il transceiver 800G con 200Gbps per canale è in fase di sviluppo, il che crea una sfida significativa per 800G Ethernet.

Switch Silicon SerDes

I chip di switching di rete più veloci sono fondamentali per migliorare la velocità dei canali in 800G Ethernet. I chip di switching di rete consentono una switching a bassa latenza tra gli elementi del data center. Per supportare l'aumento della larghezza di banda complessiva dei chip di switching, sono aumentate anche la velocità, la quantità e la potenza dei SerDes. La velocità delle SerDes è passata da 10 Gbit/sec a 112 Gbit/sec e il numero di SerDes all'interno del chip è aumentato da 64 a 512 canali nella generazione da 51,2 Tbps. Il consumo energetico delle SerDes è diventato una parte significativa della potenza totale del sistema. I chip di switching di prossima generazione raddoppieranno ancora una volta la larghezza di banda, in quanto gli switch da 102,4 T avranno 512 canali SerDes da 200 Gb/s. Questi switch al silicio supporteranno 800 G e 1,6 T su canali da 224 Gb/s.

Modulazione di Ampiezza dell'Impulso

La modulazione di ordine superiore aumenta il numero di bit per simbolo o il numero di bit per intervallo unitario (UI) e offre un compromesso tra larghezza di banda del canale e ampiezza del segnale. La modulazione PAM4 offre la retrocompatibilità con le generazioni precedenti di prodotti e fornisce un migliore rapporto segnale/rumore (SNR) rispetto agli schemi di modulazione superiori, consentendo di ridurre l'overhead della correzione degli errori in avanti (FEC) che contribuisce alla latenza. Tuttavia, il raggiungimento di PAM4 richiede un front-end analogico (AFE) migliore a causa delle limitazioni della larghezza di banda analogica e un'equalizzazione avanzata implementata attraverso schemi DSP innovativi.

Attualmente, l'industria può mantenere la versatilità del PAM4 nelle reti Ethernet 800G o 1,6T, mentre esplora metodi alternativi per il mantenimento dell'integrità dei dati ad alta velocità. Tuttavia, le future generazioni dello standard potrebbero utilizzare schemi di modulazione più elevati, come PAM6 o PAM8.

I segnali PAM4 hanno altezze dell'occhio più piccole, il che richiede margini di progettazione più stretti per il rumore e il jitter.

Come Ridurre il Tasso di Errore di Bit nella Rete Ethernet 800G?

Nella maggior parte degli standard di dati ad alta velocità, la presenza di equalizzatori di precisione nei trasmettitori e nei ricevitori garantisce che i segnali trasmessi attraverso il canale possano essere interpretati all'altra estremità, compensando l'attenuazione del segnale nel canale. Tuttavia, poiché le velocità più elevate spingono ulteriormente i limiti fisici, sono necessari metodi più sofisticati. Una di queste soluzioni è la correzione degli errori in avanti (FEC).

La correzione degli errori in avanti prevede la trasmissione di dati ridondanti per aiutare il ricevitore a ricostruire il segnale con i bit danneggiati. Gli algoritmi FEC sono in grado di recuperare i frame di dati da errori casuali, ma si imbattono in errori a raffica quando un intero frame viene perso. Ogni architettura FEC presenta compromessi e vantaggi in termini di guadagno di codifica, overhead, latenza ed efficienza energetica. In un sistema da 224Gb/s, sono necessari algoritmi FEC più complessi per ridurre al minimo gli errori di burst.

Le Diverse Architetture FEC hanno Compromessi Variabili

Come Migliorare l'Efficienza Energetica nelle Reti Ethernet 800G?

Il problema più impegnativo per i data center Ethernet da 800g o 1,6T è il consumo energetico. Il consumo di energia dei moduli ottici è aumentato di generazione in generazione. Man mano che i progetti dei moduli ottici maturano, diventano sempre più efficienti, con una conseguente diminuzione del consumo di energia per bit. Tuttavia, a causa dei 50.000 moduli ottici presenti in media in ogni data center, il consumo energetico complessivo dei moduli è ancora un problema. I dispositivi ottici co-packaged possono ridurre il consumo di energia per modulo integrando la conversione optoelettronica all'interno del pacchetto. Tuttavia, i requisiti di raffreddamento rimangono una sfida per questo approccio.

Nell'800G Ethernet, un'innovazione chiave dei dispositivi ottici co-packaged consiste nello spostare i componenti ottici abbastanza vicino al die nudo dello Switch ASIC per eliminare la necessità di un DSP aggiuntivo (come mostrato nel diagramma seguente).

Ottica Collegabile e Co-imballata

Qual è la Tempistica per l'Ethernet 800G e la Rete 1.6T?

L'800G Ethernet è all'orizzonte, sulla base delle fondamenta gettate da IEEE e OIF per il 400G. Nel 2022 è stato rilasciato il primo chip per switch 51.2T, che supporta 64 porte da 800Gb/s, ed è iniziata la convalida del lotto iniziale di moduli ottici 800G.

Quest'anno le organizzazioni di standard rilasceranno la prima versione degli standard IEEE 802.3df e OIF 224Gb/s, fornendo agli sviluppatori una migliore comprensione di come costruire sistemi 800G e 1,6T utilizzando canali da 112Gb/s e 224Gb/s. Nei prossimi due anni, si prevede che le organizzazioni di standard finalizzeranno gli standard di livello fisico e procederanno con lo sviluppo e la convalida effettivi subito dopo.

Tempistica per l'Aggiornamento a Velocità di 800G e 1.6T

FS Moduli 800G Ethernet

Per soddisfare le attuali prospettive di sviluppo del calcolo ad alte prestazioni, FS fornisce una serie di moduli Ethernet 800G. I nostri moduli Ethernet 800G sono progettati e testati per garantire l'affidabilità e soddisfare le esigenze in continua evoluzione delle reti moderne. Di seguito sono riportati i moduli Ethernet 800G di FS:

Conclusione

Attualmente si sta distribuendo su larga scala il 400G e c'è ancora molta strada da fare per la velocità di trasmissione dati dell'800G Ethernet, mentre il percorso ottimale per l'1,6T rimane incerto. Nel giro di pochi anni, saranno indubbiamente necessarie capacità più elevate, velocità più elevate e miglioramenti significativi dell'efficienza. Per essere pronti all'espansione di queste nuove tecnologie, è necessario iniziare a progettare e pianificare fin da oggi. Con una tecnologia avanzata e prestazioni superiori, FS è il vostro partner di fiducia per le soluzioni di rete di nuova generazione. Aggiornate la vostra rete a 800G con FS oggi stesso e rimanete all'avanguardia nell'era digitale.