更高的乙太網速度、雲端運算、物聯網以及虛擬資料中心的興起，使得資料中心的營運商須滿足更多的要求。超大規模資料中心的營運商正在推動著100G鏈路和模組技術的更廣泛採用。與此同時，400G的外型規格和光學模組已經處於全面推出的關鍵點上，預計將在2019年逐步展開。資料中心產業的這一轉變，將以驚人的速度帶來比久經考驗的四分之一小外型規格可插拔28G(QSFP28)高一倍的模組密度，最高可達到四倍頻寬，與四個100G的模組相比，400G模組的總功耗更低。
用於博通(Broadcom)、Innovium、擎發通訊科技(Nephos)和Barefoot Networks等生產商供應的網路交換機的56G PAM-4專用積體電路(ASIC)晶片不斷發展，功能日益強大，市場對於下一代光學互連系統和模組的需求在持續穩定成長。
這些新型的ASIC可以提供12.8Tbps的頻寬，因此下一代的交換機可提供32個400Gbps的埠。或者，如果資料中心的架構需要更高的基數，那麼這些ASIC也可以提供128個100Gbps的埠。傳統的OEM，譬如說思科(Cisco)和Arista，以及智邦科技、QCT和天弘之類的白盒製造商，都紛紛生產這些速度更高的交換機，其中很多都已經上市。隨著400G的交換機已經可以供貨，光纜和銅纜互連系統也必須要符合規格要求和備有現貨以滿足實際的部署要求。
400G主要推動力
有哪些因素在推動著新的需求？根據IDC的統計，資料中心的儲存需求每年上升超過50%，預計數位資訊到2020年將增至40澤位元組(Zettabytes)，到2025年則將增至163澤位元組。對於這種成長，存在著幾個關鍵的貢獻因素，包括一波朝向雲端儲存、開放系統、邊緣運算、機器學習、深度學習以及人工智慧的轉型。虛擬實境才剛剛開始大範圍的受到歡迎，並且，在可以預見的未來，無人駕駛汽車也將成為主流，將會為資料中心基礎設施帶來呈指數的壓力。
對於平均每兩年升級一次整個網路架構、從而跟上頻寬需求的超大規模資料中心來說，有計畫的汰舊換新始終難以避免。資料中心的供應鏈已經加快了發展速度，以創造出功能更加強大、能效更高的可擴展解決方案。目前，100G的技術可以為乙太網鏈路提供速度最快的連接。100G和400G乙太網技術的同步實施，在今後的數年內將會繼續成長，而後者最終會占據優勢地位，成為交換晶片和網路平台上普遍採用的速度。
在發展曲線上保持領先
下一代的解決方案充分利用了銅纜和光纜，具有極高的訊號完整性並且降低了延遲和插入損耗，從而達到最高的效率、速度與密度。
現有的銅纜(DAC)已經能夠達到400G的速度，而能夠實現400G交換連接的光電轉換器則正在迅速通過認可，準備全面發布。獨立的100G Lambda光電轉換器和400G光電轉換器目前正處於公測樣品階段，很快即將投入市場。由於早期的使用者將需要更高的頻寬來部署這些產品，即使供應鏈成本尚未降低下來、價格侵蝕並未開始，400G也將會從2019年的年中到年底間開始升溫。
很多的資料中心將會繼續在更長的鏈路傳輸距離上部署100G CWDM4光電轉換器，而對於100G PSM4的需求正在快速消失，供應商也在退出市場。隨著獨立的100G Lambda(100G-DR或100G-FR)光電轉換器產品已經在2019年初開始提供，由於其預期價格較低，因此預計這些產品將搶占100G CWDM4的市場；此外，獨立的Lambda產品還能夠在分支拓撲結構中實現與400G光電轉換器的直接交互作業。
隨著頻寬遷移到更高的水準，產業將繼續見證10G和40G技術的逐步淘汰，這些技術已經被光電轉換器、直連線纜(和有源光纜(AOC)所取代，後者在一系列資料中心之間以及資料中心內部的通訊中支援100G、200G、400G及更高的速度。四分之一小外型規格可插拔雙密度(QSFP-DD)光電轉換器在這一螺旋式上升的過程中將繼續占有舉足輕重的地位。
QSFP-DD提升速率/功率
QSFP-DD光電轉換器配備了一個八通道的電氣介面，每個通道能夠達到50G的資料速率。QSFP-DD模組可實現高達20瓦的功率(按照QSFP-DD MSA第5.0版)，在創新性的散熱器功能的幫助下，可以在一系列的傳輸距離內達到400G的效能。這一點非常重要，原因在於，先進的ASIC消耗的功率更多、發散的熱量也更多，而QSFP-DD的外型規格則可以通過行之有效的熱管理策略，高效的耗散掉這些熱量。
八進制小外型規格可插拔(OSFP)的外型規格更寬、更深，也支援400G。QSFP-DD光電轉換器與OSFP相比，一個主要的優勢就是完全向下相容現有的QSFP+和QSFP28光電轉換器。56G PAM-4技術被廣泛認為是實現QSFP-DD和OSFP外型規格的光電轉換器的關鍵所在。現在正在引入整合了QSFP-DD和OSFP光學模組外型規格的平台，在雲端應用中為400G乙太網提供支援。這些新的平台提供與100G埠的向下相容性，在資料中心或企業中可以實現交錯的實施方式。
在不考慮外型規格的情況下，400G的光電轉換器要求使用DSP的「變速箱」，從八條50G通道中建立四條100G的光通道。這在供應鏈中將成為一個關鍵的組成部分，在光電轉換器供應商的能力方面發揮重要的作用，使其提供相應的產品與產量來應對資料中心消費者提出的巨大需求。隨著光電轉換器供應商對產品差異化的追求，能量需求較低的7奈米DSP將於2019年面世，將進一步的對這一供應鏈造成干擾。
Molex已經展示過符合100G Lambda MSA要求的100G FR QSFP28和400G DR4 QSFP-DD產品。下一代網路設備的技術生態系統將推廣112G PAM-4，將其作為一個基礎來為大容量的資料中心支援400G的解決方案。MSA的規範應對了在採用每波長100G的PAM-4技術時，為實現光學介面而在技術設計上遇到的挑戰，以及多供應商的互通性。PAM-4技術可實現100G的光學通道，傳輸距離為2~10公里，而對於400G的通道來說，在雙工單模光纖上則可達到2公里的傳輸距離。PAM-4平台可以有效的奠定初步的基礎，以高成本效益的方式完成向400G的遷移。該技術平台聚合起了四條每波長100G的通道，可以為分支應用支援400G的版本，例如400G DR4、400G FR4和4X100G等。
引領400G發展 交換機/光電轉換器推陳出新
現代的通訊網路需要更高的頻寬來滿足全球資料爆炸的要求。如此一來，資料中心交換機和光電轉換器市場正在飛速的成長和演化。對於建構服務於大量電訊供應商、企業以及超大規模資料中心的400G網路設備來說，高速光電轉換器、高度靈活而又可以擴展的光傳輸產品、緊湊型連接器以及光纖管理皆為關鍵要素。
對400G及更高速度的資料中心光纖管理進行評估至關重要，目前已有廠商，如Molex可提供高效率光纖聚合設備產品，適用於高光纖密度的系統，實現有組織的光纖管理。這類產品可以減少或者消除不通的通道，提供一個無源的交換位置，極其緊湊而又無需電源或冷卻。它們還可以在目前的LC雙工插拔和下一代的MPO高密度連接器解決方案之間架設起橋樑，彌補連接上的差距。這方面的一個例子就是一處原先配有LC雙工光纖設備的資料中心，在100G下採用了CWDM4光電轉換器，但是該中心現在正在遷移到400G下的DR4，需要並行的光纖基礎設施。
ASIC新方案輪番上陣 晶片商加速超越400G腳步
資料中心交換機ASIC的供應商已經宣布，56G PAM-4 12.8Tbps ASIC現在可以普遍供貨，並且目前正在研發112G的PAM-4 25.6Tbps ASIC，能夠推動32埠交換機的發展，每個埠可支援800Gbps的速度。ASIC的這一功能將產生一系列的挑戰，與訊號完整性、熱、功率和損耗等議題有關，此處僅舉數例，同時還會面對一個重大問題，那就是互連系統是否可以或者是否應當繼續做到模組化，如果是這樣的話，那麼哪種外型規格實際上可以為此提供支援。
隨著資料中心的營運商正以高成本效益的方式實現快速擴展來制定計畫，憑藉與那些具備當今的資料中心需要的能力、專家經驗的供應商開展緊密合作，100G和400G基礎設施設計可以得到最佳化。
(本文作者任職於Molex)