Tecnologie e trend 25G/50G/100G

Le tecnologie 10G e 40G sono maturate e hanno occupato un ampio mercato nell'ultimo decennio. Negli ultimi anni, invece, le tecnologie 25G/50G/100G hanno attirato sempre più attenzione e iniziano a distinguersi nelle future implementazioni di rete. Queste tecnologie Ethernet emergenti non sono semplicemente progettate per stabilire una nuova velocità più elevata, ma rispondono a richieste e sviluppi specifici del mercato. In questo post verranno presentate alcune tecnologie chiave 25G/50G/100G per comprendere meglio le considerazioni che stanno alla base di queste tecnologie.

Tecnologia 25G

Destinato ai data center cloud, lo standard 25G è stato approvato ufficialmente nel 2016, con diversi anni di ritardo rispetto agli standard 10G, 40G e 100G. Il vantaggio principale del 25G risiede nella tecnologia SerDes (Serializer/Deserializer), utilizzata nelle comunicazioni ad alta velocità per convertire i dati seriali in interfacce parallele e viceversa, riducendo al minimo il numero di pin I/O e di interconnessioni.

Figura 1: Lanes SerDes in diverse Gigabit Ethernet

La maggior parte degli switch esegue SerDes con una velocità di clock di circa 10Ghz, supportando una velocità di trasferimento di 10Gb. Negli ultimi anni, la tecnologia SerDes è avanzata fino a 25GHz. Questo sviluppo ha portato a differenze di efficienza e di costi tra l'implementazione a 10G/40G e quella a 25G. Sfruttando la corsia SerDes a 25GHz, il 25G supporta una singola corsia a 25Gbps, pari a 2,5 volte le prestazioni di larghezza di banda del 10G utilizzando una corsia a 10GHz. Quando si passa da 10G a 25G, è possibile evitare il ricablaggio poiché gli switch 25G utilizzano transceiver SFP28 compatibili con le fibre LC di 10G. Inoltre, il 25G è in grado di fornire una densità di porte 4 volte superiore a quella del 40G, che richiede 4 corsie a 10GHz. Il percorso di migrazione 10G-40G-100G è pertanto inevitabilmente proibitivo dal punto di vista dei costi e meno scalabile ed efficiente.

Figura 2: Tecnologia 25G vs tecnologia 40G

Tecnologia 50G

Il 25G ha stimolato l'anticipazione di velocità di trasmissione più elevate nel settore, quindi lo standard 50G è stato lanciato nel 2018 con la stessa architettura dello standard 400G/200G per servire come prossima soluzione ad alta velocità per il collegamento di server e data center. L'implementazione del 50G può riutilizzare i dispositivi 25G nella rete 100G esistente in modo da ridurre i costi. Per questo motivo, il costo del 50G può essere la metà di quello del 40G, ma le prestazioni possono aumentare del 25%. Mentre la tecnologia più importante per raggiungere le alte prestazioni del 50G è la PAM4 (modulazione di ampiezza degli impulsi a quattro livelli).

Figura 3: Collegamento tra switch 100G e server 50G

Il 50G raggiunge i 53,125 Gbit/s dopo la codifica FEC, che non possono essere trasmessi su un'interfaccia elettrica mantenendo l'integrità del segnale. Per questo motivo viene adottato il PAM4 per mappare coppie di bit in un singolo simbolo, ottenendo una velocità di trasmissione complessiva di 26,5625 Gbaud per 50 Gbit/s per corsia. Il PAM4 è ampiamente utilizzato nell'interconnessione dei segnali ad alta velocità, in quanto offre una maggiore efficienza di trasmissione a un costo inferiore rispetto al precedente sistema NRZ (non-return-to-zero). Il PAM4 a 50 Gbaud offre un percorso verso i 100G attraverso un'architettura 1*2*50 Gbaud che richiede un solo laser, ma che consente di decuplicare la velocità di trasmissione da 10G a 100G.

Figura 4: Architettura PMD 50GBASE-LR con PAM4

Tecnologia 100G

Per soddisfare le esigenze di trasmissione ad alta velocità e a lunga distanza, il primo standard 100G è stato approvato nel 2010 e negli anni successivi sono state apportate enormi modifiche. Sembra che il 100G stia gradualmente prendendo il posto del 40G nei data center grazie a un migliore follow-up degli standard, all'unificazione delle soluzioni tecniche e allo sviluppo della catena industriale, in particolare per il vantaggio di una maggiore velocità di trasmissione e di una maggiore distanza, attribuito alla tecnologia DWDM (Dense Wave Division Multiplexing) che utilizza.

Tabella 1: 100G vs 40G

La tecnologia DWDM 100G consente la trasmissione ad alta capacità su una singola lunghezza d'onda su distanze maggiori ed è particolarmente utilizzata per le comunicazioni ottiche ad alta velocità. I transceiver ottici DWDM coerenti CFP/CFP2/CFP4 sono adatti per MAN (Metropolitan Area Network) o DCI (Data Center Interconnection) a 100G fino a 80 km o per un collegamento a lungo raggio di oltre 1000 km, trasportando più servizi 10G/40G/100G per soddisfare la crescente domanda di larghezze di banda elevate. Inoltre, utilizzando transponder/muxponder DWDM da 100G può evitare la riprogettazione dell'architettura di rete, ottenendo al contempo la capacità di trasporto e una transizione fluida tra 10G, 40G e 100G, in quanto multiplexa servizi multiprotocollo e multirate.

Figura 5: Trasmissione 100G con transponder/muxponder DWDM

Relazione tra 25G/50G/100G

25G/50G/100G trovano oggi ampia applicazione nei data center cloud e la loro integrazione consente di ottenere l'aggiornamento della rete a 10G-25G-50G-100G. Prima della comparsa di 25G e 50G, il percorso di migrazione tradizionale era 10G-40G-100G, più costoso ma meno efficiente. Al contrario, l'aggiornamento da 25G a 100G può essere una soluzione più conveniente. Basato su 25G, questo percorso di migrazione può essere realizzato con 4 corsie SerDes a 25G o 2 corsie SerDes a 50G, sfruttando le nuove architetture leaf e spine. Offre una maggiore efficienza di trasmissione e prestazioni, risparmi CAPEX (spese in conto capitale) e OPEX (spese operative) grazie all'elevata compatibilità all'indietro e al riutilizzo dell'infrastruttura di cablaggio esistente. Nel complesso, il percorso di migrazione 25G-50G-100G offre un costo inferiore per unità di larghezza di banda grazie al pieno utilizzo delle capacità delle porte degli switch e pone le basi per l'ulteriore aggiornamento a 200G e 400G. Per saperne di più sul confronto tra i percorsi di migrazione 10G-40G-100G e 10G-25G-100G, leggete questo articolo: Aggiornamento della rete 10G-25G-100G: Una roadmap inevitabile per i data center del futuro.

Figura 6: Architettura Leaf-Spine 25G-100G

Conclusioni

Queste tecnologie emergenti 25G/50G/100G si sono adattate bene alle diverse esigenze del mercato e hanno guidato a loro volta la tendenza del settore. È noto che 25G/50G/100G presentano vantaggi in termini di costi e prestazioni per l'adozione di tecnologie più avanzate rispetto a 10G e 40G. Se la domanda non si ferma, anche lo sviluppo delle tecnologie non smetterà di progredire. I gestori di rete sono sempre alla ricerca di un equilibrio tra velocità e tecnologia di riutilizzo per trovare una soluzione conveniente. Aspettiamo di vedere cosa succederà in futuro.