كالمعتاد ، استفاد IEEE من المعايير الحالية لصياغة مسار يصل إلى 400 جيجابت في الثانية. من الخصائص الرئيسية والقيود المفروضة على معدلات البيانات الحالية معدل التسلسل أحادي المسار الذي يمكن تحقيقه باستخدام التكنولوجيا الكهربائية الحالية. نظرًا لأن أحدث معيار لشبكة إيثرنت بسرعة 100 جيجابت في الثانية يعتمد على أربعة ممرات متوازية تبلغ 25 جيجابت في الثانية ، فقد ثبت أن هذا يمثل نقطة انطلاق طبيعية لتطوير 400 جيجابت في الثانية. ومع ذلك ، من الواضح أن هناك حاجة إلى طريقة لزيادة معدلات بيانات الممرات إلى 50 جيجابت في الثانية ، مع استمرار العمل بالفعل لتحقيق 100 جيجابت في الثانية من الممرات البصرية ، باستخدام هذه الإنجازات الجديدة من شأنه أن يثبت أنه ميزة كبيرة بالنسبة لشبكة إيثرنت بسرعة 400 جيجابت في الثانية.

كان هناك عدد من الطرق لتحقيق أهداف 400 جيجابت في الثانية مع الاستمرار في النظر في مختلف المفاضلات ومتطلبات صناعة الشبكات. نظرًا لأن معيار 400 جيجابت في الثانية يقصر الوسائط المادية على الألياف الضوئية ذات الوضع المتعدد والوحيد ، فقد كان من الواضح أن عدد الألياف في أي رابط سيكون مشكلة أساسية. من المعروف أن الألياف المتوازية المتعددة تعد حلاً مقبولًا للوصلات قصيرة المدى التي يصل طولها إلى 500 متر ، ولكن ليس للأطوال الطويلة للكابلات (من 2 إلى 10 كم) حيث تصبح التكاليف باهظة. ومع ذلك ، فإن معدل البيانات البالغ 400 جيجابت في الثانية مع الممرات المتوازية 16 × 25 جيجابت في الثانية سيتطلب 32 ألياف لكل رابط للإرسال والاستقبال. عند تطوير مجموعة من المواصفات تبلغ 400 جيجابت في الثانية ، استخدمت فرقة عمل IEEE عددًا من التقنيات والطرق لتحديد حلول مقبولة فعالة من حيث التكلفة لكل من الألياف متعددة المدى قصيرة المدى والألياف أحادية المدى طويلة المدى باستخدام عدد مختلف من الألياف ومعدلات الخط. بالإضافة إلى ذلك ، تم تحديد مجموعة من 200 جيجابت في الثانية بناءً على معايير 400 جيجابت في الثانية كمسار ترحيل عملي إلى 400 جيجابت في الثانية.

معايير 400 جيجابت في الثانية و 200 جيجابت في الثانية

نظرًا لأن معدل حارة 50 جيجابت في الثانية هو الأساس الأساسي للوصول إلى 400 جيجابت في الثانية ، كان أول قرار رئيسي هو تغيير نظام تشفير الإشارة. حتى الآن ، استخدمت جميع معايير Ethernet طريقة بسيطة من دون مستويين للعودة إلى الصفر (NRZ) لتشفير دفق بيانات ثنائي إلى إشارة كهربائية قابلة للنقل. للوصول إلى معدل بيانات حارة أعلى ، هناك حاجة إلى استخدام مخطط تشفير يُعرف باسم تعديل السعة النبضية على مستوى 4 (PAM4) ، مما يضاعف فعليًا مقدار البيانات المرسلة في نفس الفترة الزمنية.

إذا كنت تفكر في البيانات الثنائية التي تمثلها إشارة ذات فولتين ، جهد واحد لـ "0" والجهد الآخر لـ "1" ، فهذا يصف طريقة ترميز NRZ. لترميز PAM4 ، تحتوي الإشارة على أربعة مستويات للجهد ، والتي تشفر بتين ثنائيين لكل مستوى جهد. تجمع الطريقة المعروفة باسم "الترميز الرمادي" بين أزواج البت الأكثر أهمية (MSB) وأقل البتات (LSB) أهمية في تدفق البيانات إلى أحد مستويات الجهد الأربعة. يساعد الترميز الرمادي على تقليل أخطاء البتات في الإشارة الناتجة عن ضوضاء سعة الجهد. من السهل أن نرى كيف أنه مع تعيين وحدتي بيانات إلى مستوى جهد واحد ، يمكن مضاعفة إرسال المعلومات في نفس الوقت.

أكملت IEEE معيار 802.3bs (IEEE Std 802.3bs-2017) للحصول على إيثرنت بسرعة 200 جيجابت في الثانية و 400 جيجابت في الثانية من خلال تنفيذ مزيج من تشفير PAM4 والعديد من المسارات المتوازية. تغطي المواصفات خيارات الألياف الضوئية متعددة الأوضاع والأخرى التي تعمل من 70 مترًا إلى 10 كم. يلخص الجدول التالي متغيرات Ethernet PHY من 400 جيجابت في الثانية و 200 جيجابت في الثانية.

مواصفات 400GBASE-SR16 تدعم 16 ألياف متعددة الأوضاع بسرعة 25 جيجابت في الثانية باستخدام تشفير NRZ ، مما يعني أن إجمالي الإرسال والاستقبال الألياف في ارتباط سيكون 32. يدعم الخيار 400GBASE-DR4 سرعة حارة 100 جيجابت في الثانية المثيرة للجدل عبر أربعة ألياف أحادية الوضع ، ولكن يمكن أن تصل إلى 500 متر فقط. تستخدم متغيرات الألياف المزدوجة ، 400GBASE-FR8 و 400GBASE-LR8 ، كلاً من الإرسال المتعدد بتقسيم الطول الموجي (WDM) لنقل ثمانية مسارات عبر ثمانية أطوال موجية مختلفة على ألياف أحادية الوضع للوصول إلى 10 كم. مواصفات 200 جيجابت في الثانية تتبع أساسًا تلك التي تصل سعتها إلى 400 جيجابت في الثانية ، ولكن استخدم أربعة ممرات سعة كل منها 50 جيجابت في الثانية على الألياف أو الألياف أحادية النمط.

وحدات قابلة للتوصيل والكابلات

لنشر معدات تدعم معيار الإيثرنت الجديد بسرعة 400 جيجابت في الثانية ، يلزم وجود وحدات ووصلات وكابلات قابلة للتوصيل بوضوح. يتطلب منفذ 400GBASE-SR16 موصلات وكابلات من 32 ليفًا ، ويستخدم متغير 400GBASE-DR4 معدل إشارات كهربائية أعلى يبلغ 56 جيجابت في الثانية.

يدعم موصل QSFP28 الشائع بسرعة 100 جيجابت في الثانية أربعة ممرات سعة 25 جيجابت في الثانية بمعدل إشارات كهربائية يبلغ 28 جيجابت في الثانية. هذا هو ثماني ألياف للإرسال والاستقبال ، وهو مدعوم بواسطة موصلات وكابلات MPO (ألياف متعددة الدفع) 12 ليفًا تُستخدم حاليًا من أجل 100 جيجابت في الثانية. من الواضح أن موصلات وكابلات MPO ذات 12 ليفًا ستدعم المتغيرات 400GBASE-DR4 و 200 GBASE-DR4 في معيار 802.3bs. يمكن أن تستخدم المتغيرات الأخرى التي لا تستخدم إلا أليافتين في الرابط الموصلات والكابلات الشائعة ثنائية الاتجاه. وهذا يجعل MPO 32 ليفًا بمثابة تطور جديد على وجه التحديد لمعيار إيثرنت بسرعة 400 جيجابت في الثانية.

يقوم موصل MPO المكون من 12 ليفًا بترتيب الألياف في صف واحد بين دبابيس محاذاة. بالنسبة إلى MPO ذي 32 ليفًا ، يوجد صفين من 16 أليافًا ، مما يجعل الموصل الجديد غير متوافق مع MPO ذي 12 ليفًا. لذلك ، يتم قفل موصل MPO ذي 32 ليفًا بشكل مختلف عن MPO ذي 12 ليفًا لتجنب توصيل أجهزة الإرسال والاستقبال بالكابلات بشكل غير صحيح.

مع تطور تشوير أسرع ، والمزيد من الممرات ، والمزيد من الألياف ، تكون عوامل شكل الإرسال والاستقبال الجديدة مطلوبة من أجل إيثرنت بسرعة 400 جيجابت في الثانية. هناك دائمًا تحديات ومفاضلات يجب مراعاتها عند محاولة وضع المزيد من المكونات التي تبدد المزيد من الطاقة في وحدات صغيرة. كما هو الحال مع معايير Ethernet السابقة ، ظهر عدد من عوامل شكل جهاز الإرسال والاستقبال البصري لشبكة إيثرنت بسرعة 400 جيجابت في الثانية:

• CFP8 - عامل الشكل الكبير. انخفاض كثافة المنفذ. إدارة حرارية جيدة.

• OSFP - مصمم للإشارة المثلى والأداء الحراري. عامل الشكل غير متوافق.

• QSFP-DD - "الكثافة المزدوجة" QSFP. متوافق مع الإصدارات السابقة مع 100 جيجابت في الثانية و 40 جيجابت في الثانية. كثافة ميناء عالية.

• COBO - وحدة البصريات على متن الطائرة ، وهي ليست جهاز إرسال واستقبال قابل للتوصيل. أعلى كثافة الميناء.

مدفوعًا بالطلبات المتزايدة لمراكز البيانات السحابية ، وصل تطور معايير الإيثرنت بسرعة إلى معدل بيانات مذهل قدره 400 جيجابت في الثانية. باستخدام مخططات تشفير جديدة ومعدلات إشارات أعلى ، يمثل معيار الإيثرنت بسرعة 400 جيجابت في الثانية انفصالًا كبيرًا عن المعايير السابقة ويمهد الطريق نحو سرعات أسرع في المستقبل. تشتمل معايير 400 جيجابت في الثانية و 200 جيجابت في الثانية الجديدة على خيارات الألياف الضوئية متعددة الأوضاع وحيدة الوضع التي تمتد من 70 مترًا إلى 10 كم. تغطي المعايير العديد من التطبيقات قصيرة المدى وطويلة التكلفة والتي تم دعمها بواسطة عدد من عوامل تشكيل الإرسال والاستقبال الجديدة والكابلات والموصلات.

مع توفر معدات جديدة بسرعة 400 جيجابت في الثانية ، يمكنك أن تتوقع رؤيتها منتشرة بسرعة في مراكز البيانات ، والوصول إلى شركة الاتصالات ، وشبكات مزود الخدمة في جميع أنحاء العالم. سيوفر عرض النطاق الترددي الإضافي الذي تمس الحاجة إليه دفعة مع استمرار حركة مرور الشبكة في الزيادة على أساس سنوي. ومع ذلك ، فإن تطوير الإيثرنت لن يتوقف عند هذا الحد. تعمل مجموعات عمل Ethernet الجديدة جاهدة بالفعل للحصول على سرعات أعلى وعوامل شكل اقتصادية أكثر إحكاما من شأنها مواكبة متطلبات الصناعة في المستقبل.

من 400 جيجابت في الثانية إلى 800 جيجابت في الثانية

يذكر تقرير نشرته مجموعة Dell'Oro Group مؤخرًا أنه من المتوقع أن تشكل 400 جيجابت في الثانية 20 في المائة من إيرادات تحويل مركز البيانات بحلول عام 2020. ووفقًا لمجموعة الأبحاث ، فإن السرعات الأعلى - 100 جيجابت في الثانية و 200 جيجابت في الثانية و 400 جيجابت في الثانية و 800 جيجابت في الثانية - جميع يتوقع أن يدفع نمو كبير على مدى السنوات الخمس المقبلة. ربما ليس من المستغرب أن تلعب مراكز البيانات السحابية دورًا رئيسيًا في قفزة السرعة القادمة للشبكات (من 100 جيجابت في الثانية إلى 400 جيجابت في الثانية).

وفي الوقت نفسه ، يؤكد تقرير السوق الصادر عن مجموعة 650 أن 200 جيجابت في الثانية و 400 جيجابت في الثانية و 800 جيجابت في الثانية ستشحن جميعها في السنوات الخمس المقبلة - مع توقع أن يرتفع الأخير في أوائل العقد المقبل.

يقول آلان ويكل ، مؤسس ومحلل التكنولوجيا في "إن الموجة الأولى من 200 جيجابت في الثانية و 400 جيجابت في الثانية ستصل إلى السوق في أوائل عام 2018 حيث يوسع سوق محولات الإيثرنت عدد سرعات المنافذ بعد ثلاث سنوات فقط من آخر مجموعة رئيسية من التقدم التكنولوجي". مجموعة 650. "ستظهر كل من 200 جيجابت في الثانية و 400 جيجابت في الثانية من تقنية SerDes التي تبلغ 50 جيجابت في الثانية والتي تم الإعلان عنها في عام 2017. لا تسير الوتيرة السريعة للابتكار على تحسينات تقنية رائعة فحسب ، ولكن بفضل الشبكات المعرفة بالبرمجيات (SDN) التي تمكن السحابة من استخدام أفضل حساب الموارد والشبكات المتاحة لهم. "

اختبار 400 جيجابت في الثانية ، تتطلع 1.6 تيرا بايت في الثانية

وفقًا لرونن إسحاق من الأنظمة العسكرية المدمجة ، تقوم الصناعة حاليًا باختبار التقنيات والتصديق عليها التي ستصل بسرعات تصل إلى 400 جيجابت في الثانية وما بعدها.

"بين عامي 2018 و 2020 ، سيتم اختبار واعتماد 50 جيجابت في الثانية و 200 جيجابت في الثانية. ويقول إن الآلاف من خوادم 25 جيجابت و 50 جيجابت في نهاية المطاف في مراكز البيانات الفائقة الحجم ، مثل مزودي الخدمات السحابية ، سوف يدفعون الحاجة إلى 400 جيجابت إلى شبكات المنطقة الحضرية (MAN) وشبكات المنطقة الواسعة (WAN). "في المستقبل غير البعيد ، سيبدأ الاختبار بسرعة 200 جيجابت في الثانية و 8000 جيجابت في الثانية وسرعات مذهلة في معدل البيانات تبلغ 1 تيرابايت في الثانية و 1.6 تيرا بايت في الثانية مع الاختبار والتصديق المتوقعين للمعايير بحلول عام 2020."

استنتاج

تنتقل Ethernet بسرعة من 40 جيجابت في الثانية إلى 100 جيجابت في الثانية إلى 400 جيجابت في الثانية ، مما يحفز عددًا من المبادرات والتطورات الجديدة في سيرديس. بالفعل ، كانت SerDes 25 جيجابت في الثانية بمثابة عامل التمكين الرئيسي لشبكة إيثرنت بسرعة 100 جيجابت في الثانية ، مع توقع أن تقوم الصناعة في البداية بزيادة 50 جيجابت في الثانية SerDes على شبكة إيثرنت بسرعة 400 جيجابت في الثانية قبل الانتقال إلى تقنية SerDes بسرعة 100 جيجابت في الثانية.

في نفس الوقت ، تنتقل تقنية SerDes من NRZ إلى PAM4 حيث إنها تتسارع من 25 جيجابت في الثانية إلى 50 جيجابت في الثانية. وقد أدى ذلك إلى عدد من التغييرات المعمارية ، بما في ذلك استبدال التناظرية التقليدية بـ ADC + DSP للمساعدة في تحقيق أهداف الأداء والحفاظ على غلاف طاقة / منطقة مماثل.