QSFP-DD幫助加速400GbE部署

  ICCSZ訊（編譯：Nina）400GbE終于準(zhǔn)備好迎接黃金時(shí)期了。供應(yīng)商正在推出硬件，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商正在迅速地從評(píng)估過(guò)渡到部署。

  從歷史上看，高速以太網(wǎng)絡(luò)接口最初是由服務(wù)供應(yīng)商對(duì)密度和頻譜效率的要求驅(qū)動(dòng)的。光學(xué)模塊最初尺寸很大--通常一張卡一個(gè)。經(jīng)過(guò)幾代人的努力，每個(gè)速度都融合到了兩種封裝之一：SFP和QSFP。而隨著需求量的大幅增長(zhǎng)，成本和功耗也逐漸降低。

  根據(jù)LightCounting的預(yù)測(cè)，在不包含銅纜和AOC的情況下，400GbE的五年增長(zhǎng)速度也將比100GbE快20倍(如下圖：100GbE與400GbE的前五年對(duì)比)。這個(gè)機(jī)遇驅(qū)動(dòng)著老牌企業(yè)和創(chuàng)業(yè)公司進(jìn)行前所未有的行業(yè)投資。

  400GbE行在快車道上

  10GbE花了十年從XENPAK演變?yōu)镾FP+。100GbE部署了CFP、CPAK和CFP2，然后在5年內(nèi)走向QSFP28。100GbE也遭遇了CFP4的失誤，但也同時(shí)得出了一個(gè)關(guān)鍵的教訓(xùn)，即光學(xué)必須與平臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)的其他目標(biāo)同步。如果不是，就是浪費(fèi)時(shí)間和資金。CFP4的尺寸很具吸引力，但它打破了向后兼容性，且不符合實(shí)現(xiàn)上述三個(gè)領(lǐng)域所有目標(biāo)的要求。

  實(shí)現(xiàn)400GbE的高容量和低成本對(duì)于網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商、芯片制造商、光學(xué)供應(yīng)商，路由器和交換機(jī)供應(yīng)商以及光學(xué)生態(tài)系統(tǒng)的許多其他成員而言至關(guān)重要。值得注意的是，400GbE成功推出的原因之一是IEEE、OIF和多源協(xié)議(MSA)成員在速率和PMD方面的融合。但令人遺憾的是，該行業(yè)最初有兩種可插拔的封裝模式，導(dǎo)致重復(fù)開發(fā)和制造。這種重復(fù)可能會(huì)降低市場(chǎng)擴(kuò)展通用解決方案的能力。

  兩種收發(fā)器封裝模式的缺點(diǎn)

  400GbE成功推出的關(guān)鍵因素包括成本、投資保護(hù)和供應(yīng)鏈。當(dāng)成本至關(guān)重要時(shí)，重要的是不要過(guò)度構(gòu)建功能。最初的100GbE標(biāo)準(zhǔn)是基于單模光纖10公里。后來(lái)，行業(yè)開發(fā)了短距離以優(yōu)化降低功率和成本。400GbE將受益于更快的全系列可用性和小尺寸--從最初2019年的1米到10公里，到2020年的100公里。

  另一個(gè)成本驅(qū)動(dòng)因素是達(dá)到規(guī)模經(jīng)濟(jì)。不幸的是，兩種模塊封裝格式的存在使得市場(chǎng)無(wú)法充分利用一致性的其他優(yōu)勢(shì)。精簡(jiǎn)制造對(duì)于實(shí)現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)至關(guān)重要，需求量驅(qū)動(dòng)產(chǎn)量，從而降低成本。因此，共同的生產(chǎn)線是關(guān)鍵，擁有數(shù)十家企業(yè)的龐大生態(tài)系統(tǒng)將從標(biāo)準(zhǔn)化中受益。該生態(tài)系統(tǒng)包括制造設(shè)備、測(cè)試設(shè)備、軟件設(shè)計(jì)工具、連接器和籠子、散熱解決方案，合規(guī)性和認(rèn)證設(shè)備等的開發(fā)人員。鑒于400GbE的預(yù)期早期和快速增長(zhǎng)，快速達(dá)到共性非常重要。

  為什么向后兼容性如此重要?

  在過(guò)去的十年中，主機(jī)平臺(tái)和光學(xué)器件之間的成本比率已經(jīng)大大轉(zhuǎn)向光學(xué)器件，而這種趨勢(shì)只會(huì)隨著400GbE的到來(lái)加速。各代產(chǎn)品之間的兼容性有助于抵消這一趨勢(shì)的影響。到2019年底，QSFP模塊部署量將超2400萬(wàn)個(gè)，投資額超過(guò)80億美元。由于100GbE服務(wù)器的出現(xiàn)，以及企業(yè)和服務(wù)供應(yīng)商增加整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的帶寬，即使400GbE推出，QSFP 100GbE需求仍將持續(xù)強(qiáng)勁增長(zhǎng)。

  添加新的設(shè)備并在同一網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行更快是不夠的，必須考慮向后兼容性的多個(gè)方面，包括重用現(xiàn)有模塊以及對(duì)100GbE的持續(xù)投資。因此，只有新端口支持現(xiàn)有模塊才能實(shí)現(xiàn)。其次，部署最新路由器和交換機(jī)的成本、功耗和占用空間優(yōu)勢(shì)甚至在需要400GbE功能之前就已經(jīng)存在。這使運(yùn)營(yíng)商能夠?yàn)槲磥?lái)的發(fā)展做好準(zhǔn)備，并從新硬件中受益，而無(wú)需立即投入第一代400GbE光學(xué)器件。最后，還需要保護(hù)對(duì)已安裝的路由器和交換機(jī)的投資，而這需要與冷卻架構(gòu)兼容(比如，從頂部到底部，或從一側(cè)到另一側(cè))。QSFP-DD通過(guò)分離模塊和散熱器解決了這個(gè)問(wèn)題，使主機(jī)系統(tǒng)能夠根據(jù)需要進(jìn)行定制。

  在可能的情況下，新一代產(chǎn)品應(yīng)盡量保持向后兼容性。擴(kuò)展三代甚至四代的兼容性對(duì)技術(shù)要求很高，但同時(shí)也很有價(jià)值。平衡投資保護(hù)和優(yōu)化新要求的決策從來(lái)都不是直截了當(dāng)?shù)摹?017年和2018年的爭(zhēng)論時(shí)，在400GbE、800GbE甚至更高的速度下，是否需要進(jìn)行封裝形式的轉(zhuǎn)換。人們普遍認(rèn)為，由于技術(shù)問(wèn)題或成本，在絕對(duì)需要時(shí)應(yīng)該進(jìn)行封裝形式轉(zhuǎn)換。實(shí)現(xiàn)投資保護(hù)、高密度和全系列功能需要承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)，但QSFP-DD可以解決這一切，從而使行業(yè)能夠在規(guī)模經(jīng)濟(jì)的推動(dòng)下向前發(fā)展。

  QSFP-DD的挑戰(zhàn)及解決方案

  采用QSFP-DD實(shí)現(xiàn)后向兼容性需要解決各種挑戰(zhàn)，包括組件尺寸和布局、模塊和系統(tǒng)冷卻，以及使用56G SerDes支持四個(gè)和八個(gè)通道的電連接器。這些因素相互關(guān)聯(lián)，且需要同時(shí)考慮到其它系統(tǒng)組件(如高功率ASIC)。當(dāng)然，這些機(jī)械性挑戰(zhàn)對(duì)于破壞與前幾代兼容性的新型模塊來(lái)說(shuō)更容易解決。

  最明顯的技術(shù)挑戰(zhàn)之一是散熱。最初的400GbE PMD預(yù)計(jì)需要12W，而QSFP28僅支持大約4W，因此可以理解一些人為何認(rèn)為跨越這一大步很困難。最初目標(biāo)的成功實(shí)現(xiàn)驅(qū)使了更大的野心。計(jì)劃在2020年推出的400ZR/ZR+相干模塊可能需要20W。包括系統(tǒng)和Cage設(shè)計(jì)在內(nèi)的持續(xù)創(chuàng)新已經(jīng)表明這是可能的，而且標(biāo)準(zhǔn)組織將很快批準(zhǔn)這些針對(duì)QSFP-DD的解決方案。支持20W的最后一步是通過(guò)在模塊前面添加一個(gè)散熱片來(lái)實(shí)現(xiàn)的。如下圖所示。

  另一個(gè)熱考慮因素是光學(xué)模塊不能被視為一個(gè)封閉系統(tǒng)，它們必須在路由器、交換機(jī)或服務(wù)器的整體設(shè)計(jì)中運(yùn)行。與OSFP相比，QSFP模塊的一個(gè)重要特征是其較小的占地面積允許更大的進(jìn)氣量。這個(gè)因素有利于系統(tǒng)的其他部分，這可以在提供兩種選擇的平臺(tái)中清楚地看到。

  在QSFP-DD中，要實(shí)現(xiàn)投資保護(hù)還有許多其他領(lǐng)域的挑戰(zhàn)，需要在整個(gè)行業(yè)范圍內(nèi)進(jìn)行大規(guī)模的協(xié)作。在從40G到400G的整個(gè)過(guò)程中，每一步都意味著重大的技術(shù)進(jìn)步，而且其中許多曾被認(rèn)為是不可能。現(xiàn)階段，大家已經(jīng)開始著手應(yīng)對(duì)未來(lái)以太網(wǎng)速度的這些挑戰(zhàn)，因此我們對(duì)重復(fù)QSFP已達(dá)到極限的初步論證應(yīng)該持懷疑態(tài)度。

  管理供應(yīng)鏈已成為硬件供應(yīng)商和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商成功的關(guān)鍵差異化因素。由于大規(guī)模可擴(kuò)展的數(shù)據(jù)中心的部署量如此龐大，供應(yīng)商的多樣性至關(guān)重要，如果兩種模塊封裝模式持續(xù)存在，每家供應(yīng)商都可能不得不拆分供應(yīng)鏈管理。

  最佳的市場(chǎng)選擇是以可接受的成本批量供應(yīng)。一旦模塊封裝模式成功融合，400GbE的推出將受益于供應(yīng)商中所有貢獻(xiàn)者和多個(gè)競(jìng)爭(zhēng)者的優(yōu)化。我們不能重復(fù)CFP4的教訓(xùn)，僅僅為了追求一種毫無(wú)根據(jù)的短期風(fēng)險(xiǎn)降低。

  總結(jié)

  400GbE的推出始于2019年，并將迅速攀升。關(guān)于光學(xué)模塊封裝形式的爭(zhēng)論已經(jīng)基本結(jié)束，不管系統(tǒng)供應(yīng)商已選擇QSFP-DD或選擇提供兩種產(chǎn)品，目前重點(diǎn)已經(jīng)轉(zhuǎn)向未來(lái)速度。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，400GbE將主要選擇QSFP-DD。隨著行業(yè)持續(xù)融合QSFP-DD，規(guī)模經(jīng)濟(jì)將體現(xiàn)，400GbE也將發(fā)揮其全部潛力。

  關(guān)于作者Lane Wigley：思科的技術(shù)營(yíng)銷工程師，在網(wǎng)絡(luò)行業(yè)擁有25年的經(jīng)驗(yàn)，專注于思科的高端路由和光學(xué)產(chǎn)品組合。