800G kommt!

Das 800G-Ethernet ist ein brandneues Konzept im Vergleich zu 200- und 400G-Ethernet. Die Geschwindigkeit, mit der der Internetverkehr zunimmt, zeigt jedoch den zukünftigen Bedarf an Netzwerken mit hoher Bandbreite, insbesondere in Hyper-Scale-Rechenzentren und Cloud-Computern. Nach Meinung einiger Experten werden die nächsten drei bis fünf Jahre darüber entscheiden, ob wir bei unserer bestehenden Netzwerkinfrastruktur bleiben können oder ob wir weitergehen müssen. Derzeit gibt es mehrere Arbeitsgruppen, die an der Entwicklung von 800G-Ethernet-Hardware und Protokollspezifikationen arbeiten. Lassen Sie uns über ein paar sprechen.

Die IEEE-Organisation hat noch nicht mit der Arbeit am 800G-Ethernet-Standard begonnen. Das 25-Gigabit-Ethernet-Konsortium (jetzt bekannt als Ethernet Technology Consortium) hat jedoch im vergangenen Jahr die 800GBASE-R-Spezifikation für 800GbE vorgelegt. Laut ETC (Ethernet Technology Consortium) ist das Ziel der 800GBASE-R-Spezifikation die Neudefinition der bestehenden 400GbE-Standardlogik, um eine Media Access Control (MAC) und eine Physical Coding Sublayer (PCS) Spezifikation für 800GbE zu schaffen. Somit kann sie auch als eine erweiterte Version von 400G Ethernet angesehen werden, die neue PCS und MAC einführt. Die 800GBASE-R-Spezifikation basiert auf den bestehenden 106,25G-Lanes, die in 400G-Ethernet eingeführt wurden, zielt aber darauf ab, die Anzahl der Lanes auf der PCS-Schicht von vier auf acht zu verdoppeln.

Der 800GBASE-R-Standard umreißt die grundlegende Schicht und die Spezifikationen von 800G-Netzwerken und wird die Leistung verdoppeln, um bandbreitenhungrige Rechenzentren zu versorgen. Hier ist es wichtig zu verstehen, dass die Spezifikation der 800G-Hardware einschließlich der optischen Transceiver ein weiterer sehr wichtiger Punkt ist, der berücksichtigt werden muss. Bereits im Sep`19 hat die 800G Pluggable MSA-Gruppe ihre erste 800G-Spezifikation vorgelegt, die PAM-4 definiert und damit eine aggregierte 800G-Ethernet-Übertragung mit den folgenden zwei möglichen Optionen ermöglicht;

- 800G-SR8: ein 8 x 100G-Modul für SR-Anwendungen, um Link-Distanzen im Bereich von 60 bis 100 Metern auf Basis einer Single-Mode-Glasfaserlösung zu erreichen.
- 800G-FR4: dies wäre ein Modul vom Typ 4 x 200G, für das ein neuer FEC erforderlich ist.

Die oben erwähnte Spezifikation erklärt auch, dass die beste Form das OSFP 32 und QSFP112-DD die idealen Formfaktoren für die kommenden 800G-Steckmodule wären. Darüber hinaus ist die 800G MSA-Gruppe davon überzeugt, dass die steckbare Form die Schnittstelle der Wahl für Rechenzentrumsbetreiber sein wird, die sich für 800G-Netzwerke entscheiden werden.

Eine andere MSA-Gruppe, die an der Entwicklung von Transceivern arbeitet und sich aus Tech-Giganten wie Intel, Cisco, Juniper, Broadcom usw. zusammensetzt, ist ebenfalls davon überzeugt, dass der steckbare Formfaktor die beste Wahl für die Konnektivität von Rechenzentren ist.

Letztes Jahr hat diese Gruppe die erste Version des optischen 800G QSFP Double Density-Transceivers, seines Steckers sowie seiner Gehäusesystemstandards vorgestellt, was zur Einführung des QSFP-DD800 führte - dem steckbaren optischen 800G-Transceiver-Formfaktor. Nach den vorliegenden Informationen wird der QSFP-DD800 8 x 100G elektrische Hochgeschwindigkeitsschnittstellen für die Verbindung mit dem Host nutzen. Darüber hinaus wird das QSFP-DD800 vollständig kompatibel mit den bisherigen QSFP- und QSFP-DD-Modulen sein, einschließlich 400G QSFP-DD, QSFP56, QSFP+ und QSFP28, was Betreibern enorme betriebliche und kommerzielle Vorteile bei der Einrichtung ihrer 800G-Netzwerke bietet.

Heute haben wir Spezifikationen für 800G optische und Ethernet-Module zur Verfügung. Es ist jedoch nicht auszuschließen, dass diese Spezifikationen in Zukunft überarbeitet werden. Diese Situation wird keinen Einfluss auf die Entwicklung von Hochgeschwindigkeitsmodulen für die Verbindung von Rechenzentren haben. Das Angebot an kostengünstigen, hochvolumigen Optiken wird alle Geschwindigkeitsübergänge bestimmen. Es ist zu erwarten, dass jenseits von 800 Gbit/s die steckbaren optischen Transceiver auf Leistungs- und Dichteprobleme stoßen werden. Alternative Technologien wie Co-Packaged-Optics (CPO) werden erforderlich sein, um diese Probleme zu lösen.

Im aktuellen Szenario ist die Verfügbarkeit von steckbaren optischen 800G-Modulen für Consumer-Anwendungen aufgrund der strukturellen Komplikationen und anderer optimierungsbezogener Probleme nicht möglich. Nach Angaben des 800G MSA-Konsortiums könnte die erste Reihe von 800G-Modulen im Jahr 2021 für Tests verfügbar werden. Kürzlich haben wir von Inphi über die Entwicklung eines neuen 7nm 800G PAM4 Digital Signal Processors (DAP) gehört. Nach eigenen Angaben handelt es sich dabei um den ersten 8 x 100Gbps PAM4 DSP für optische 800G-Transceiver-Module in OSFP- oder QSFP-DD800-Formfaktoren und kann als ein großer Meilenstein betrachtet werden, der zur industriellen Produktion von kommerziell einsetzbaren 800G-Steckertransceivern führen kann.

Für die "leitungsseitigen" Netzwerke ist die 800G-Optik jedoch nicht neu, da sie auf "Leitungskarten" weit verbreitet ist. Linecards können als komplizierte elektronische Leiterplatten betrachtet werden, die von Herstellern optischer Komponenten verwendet werden. Diese Karten ermöglichen es den Betreibern, ihre Netzwerklösungen ohne Interoperabilitäts- oder Kompatibilitätsprobleme mit anderen Linecards zu entwickeln. Als Beispiel sei die WL5e genannt, die 800G if-Bandbreite über eine einzige Wellenlänge liefert und auf die gewünschte Kapazität im Bereich von 200G bis 800G abgestimmt werden kann. Dieselbe WL5e kann hingegen eingesetzt werden, um 600Gb/s Übertragungsrate über 1.000-Kilometer-Links, 200Gb/s über transpazifische Kabel und 400Gb/s über Ultra-Long-Haul-Strecken zu erreichen. Huawei hat auch sein optisches Modul für Ultra-High-Speed-Anwendungen auf den Markt gebracht, das zwischen 200Gb/s und 800Gb/s abgestimmt werden kann, um verschiedenen Anwendungen gerecht zu werden.

Sowohl das optische 800G-Modul von Huawei als auch WL5e können für Metro-Übertragungen, Rechenzentrumsverbindungen und Backbone-Übertragungen eingesetzt werden. Allerdings werden die Kosten weit über denen der bestehenden 100-, 200- und 400-G-Netze liegen.

Zweifelsohne steigt der Internetverkehr und damit auch der Bandbreitenbedarf in einem sehr hohen Maße. Sicherlich denken Technologieunternehmen ernsthaft über die Materialisierung von optischen 800G-Modulen nach und sie arbeiten auch an der Verbesserung der Schaltkapazität von Routern und Switches. Die grundlegenden 800G-Netzwerkstandards und Hardwarespezifikationen liegen bereits vor. Es wird angenommen, dass die kommerzielle Verfügbarkeit von 800G-Optik nur noch eine Frage von ein oder zwei Jahren ist.