La migración a 400G/800G: Parte II

Figura 2: Cronología para IEEE P802.3ck a partir del agosto de 2020

Muchos administradores de centros de datos creen que el calendario para IEEE P802.3ck retrasaría el programa de la industria. Por lo tanto, se están considerando otras opciones. Una opción (implementar más carriles [escalar hacia fuera]) ya se ha utilizado para alcanzar 400G. El 800G viene con el estándar eléctrico 100G, con productos preestándar iniciales que se envían en 2021. Para alcanzar 1.6 T, los centros de datos podrían escalar hasta 200G o escalar hasta 16 carriles. Abordamos la eventual migración a 1.6 T hacia el final.

Un desafío fundamental al intentar alcanzar la siguiente meseta de velocidad es decidir si aumentar la cantidad de fibra o utilizar multiplexación para aumentar el número de longitudes de onda que transportan señales por fibra. Una vez más, es una pregunta complicada.

WDM es un enfoque de centro de datos común que utiliza diferentes longitudes de onda de luz para crear múltiples rutas de datos en la misma fibra. Las dos tecnologías WDM monomodo más populares son la multiplexación por división de longitud de onda gruesa (CWDM) y la multiplexación por división de longitud de onda densa (DWDM). CWDM está optimizado para menos canales y aplicaciones de menor alcance, lo que la convierte en una opción WDM de menor coste. DWDM está optimizado para lograr la mayor capacidad posible en una sola fibra, lo que lo hace costoso y útil principalmente en redes de larga distancia.

Algunos ejemplos de tecnologías Ethernet CWDM son CLR4, CWDM4 y FR4. Como sugiere el “4”, estas tecnologías utilizan cuatro longitudes de onda, cada una con un canal de datos (1270 nm, 1290 nm, 1310 m y 1330 nm). Esto brinda a los operadores de centros de datos la capacidad de admitir un mayor rendimiento en conexiones de fibra óptica dúplex.

Las opciones de WDM pueden proporcionar más longitudes de onda (FR8, por ejemplo, utiliza ocho longitudes de onda). Las capacidades añadidas requieren módulos ópticos de mayor precio, pero las aplicaciones de mayor distancia podrían justificar el aumento de costes.

La tendencia actual entre los centros de datos y las redes empresariales más grandes es hacia una arquitectura de malla densa en fibra que optimice el tráfico de este a oeste (a menudo tráfico de 10X de norte a sur), aún con una orientación de hoja espinal, pero con menos capas de red y a menudo con vistas a velocidades de acoplamiento del servidor más altas. El mayor volumen de conexiones se encuentra en el borde donde están conectados los servidores. Los servidores representan gastos generales; por lo tanto, cuantos menos switches (y menor sea su latencia), mejor.

La mayoría de las redes de hoja de columna tienen hoy en día varias capas o niveles. El tamaño del centro de datos (número de servidores que se van a conectar) determina el número de niveles de conmutación de red y que también determina el número máximo de conmutadores de hoja que se conectan a los conmutadores. A menudo, el nivel más bajo se encuentra en la parte superior de los racks de servidores (ToR). Este diseño era óptimo para switches pequeños (de bajo radio) heredados, lo que proporciona menos accesorios de servidor de baja velocidad. Un conmutador ToR coincidiría aproximadamente con el número de servidores de un rack. Con todos los enlaces dentro de un rack, las conexiones cortas y de bajo coste entre el servidor y el conmutador ToR suelen utilizar cables de conexión de cobre (DAC) de bajo coste.

Pasar a switches de mayor radio significa que, aunque todavía esté utilizando el mismo switch de 32 puertos, hay el doble de carriles (ocho por puerto de switch) disponibles para conectar servidores. Esto brinda una oportunidad fascinante. Con los interruptores de radio más alto, ahora puede migrar a un diseño en el que varios interruptores de hoja ToR se reemplazan por un único interruptor de hoja de nivel 1. Este único switch ahora puede admitir alrededor de cuatro gabinetes de servidores. El cableado estructurado conecta el número reducido de conmutadores de hoja de servidor, ya sea al final de la fila (EoR) o al medio de la fila (MoR). La eliminación de los conmutadores ToR significa menos saltos, menor latencia de la aplicación y un diseño más barato y eficiente.

Figura 8: Los interruptores de mayor radio permiten diseños de EoR/MoR más eficientes

La solución ideal para esta aplicación requerirá que el radio se mantenga con ocho conexiones por módulo óptico. El mantenimiento de menores costes para esta opción se consigue mediante el uso de óptica MM menos costosa, así como la nueva compatibilidad de aplicaciones 400GSR8 para ocho conexiones de servidor de 50 Gb a través de 100 m de cableado OM4. De cara al futuro, el desarrollo del estándar 802.3db tiene como objetivo duplicar la velocidad del carril a 100 Gb sobre esta misma infraestructura MMF¹. Esto es ideal para módulos IA/AA de mayor densidad, que requieren absolutamente velocidades de red de servidor mucho más altas, pero no necesitan enlaces de red más largos que requerirían ópticas SM de mayor costo.

Volumen de enlaces

Cualquier discusión sobre los volúmenes de enlace en el centro de datos debe comenzar con los servidores omnipresentes, los elementos más numerosos de la red. En las configuraciones actuales, los servidores ahora se conectan a 100G y más. El caso de uso de fibra para estos accesorios implica óptica multimodo basada en VCSEL de menor costo, que debe implementarse en ambos extremos del enlace. Dado el gran número de servidores incluso en un centro de datos de tamaño moderado, el número combinado de puertos ópticos necesarios hace que esta aplicación sea muy sensible a los costes.

Sin embargo, a medida que pasa a niveles de red más altos, el número de fibras disminuye rápidamente en función del radio de los switches y otras consideraciones arquitectónicas. Además, las distancias a menudo superan el límite de corto alcance de 100 m impuesto a multimodo, lo que convierte a la tecnología monomodo en la única opción viable.

La buena noticia es que el precio de la óptica monomodo conectable sigue bajando. Como resultado, estamos viendo que Ethernet 100G captura una mayor cuota del mercado de puertos de switch de centros de datos. Pero la conversación sobre los tipos de transmisión debe ir mucho más allá del coste de la óptica conectable. También debe incluir un análisis del coste total del canal, así como el crecimiento previsto del centro de datos y su hoja de ruta de migración. Considere los siguientes problemas antes de tomar cualquier decisión.

La capacidad del centro de datos se basa en el cableado físico de fibra óptica, que debe adaptarse constantemente a la nueva óptica para aumentar la velocidad y la eficiencia de la transmisión de datos al preservar la mayor cantidad posible de señales de datos. El cableado y las conexiones de fibra pierden una cierta cantidad de señal (leyes de la física), pero su rendimiento sigue mejorando. Hoy en día, los componentes de pérdida ultrabaja (ULL) están diseñados para superar los límites estándar de la industria, proporcionando soporte para aplicaciones ópticas avanzadas utilizando sistemas de cableado preterminado. Pero, ¿qué significa “pérdida ultrabaja”?

Es una afirmación común que los sistemas preterminados tienen un rendimiento de pérdida ultrabaja. Pero, sin ningún estándar ULL, ¿cómo se puede comparar el rendimiento? En otras palabras, si paga por el rendimiento de ULL, ¿cómo sabe que está obteniendo el valor de su dinero?

En años anteriores, la evolución del ancho de banda de las aplicaciones Ethernet y de canal de fibra condujo a una tremenda reducción de los presupuestos de pérdida de canal y la longitud de canal. La Tabla 1 muestra que los requisitos de pérdida de inserción (IL) para los canales de cableado son cada vez más estrictos para los canales multimodo y monomodo. Tradicionalmente, los parámetros de rendimiento óptico de los enlaces troncales MPO preterminados y los casetes MPO/LC se expresan en términos de pérdida de inserción (IL) y pérdida de retorno (RL) de los casetes en dB (incluido el conector troncal). Actualmente, los sistemas con mejor rendimiento del mercado afirman un rendimiento de 0,35 dB IL.

Tabla 1: Requisitos de pérdida de inserción para canales multimodo y monomodo

Estas cifras de rendimiento se basan en la configuración mostrada en la Figura 12 diseñada para una aplicación 100GBase-SR4 utilizando la atenuación de cable especificada por las normas internacionales.

Figura 12: Atenuación estándar para una configuración de canal para una aplicación 100GBase-SR4

Las soluciones ULL SYSTIMAX combinan un rendimiento óptico excepcional con enfoques estadísticos que garantizan un rendimiento de pérdida ultrabaja real tanto para Il como para RL.

La calculadora de rendimiento de fibra de CommScope se puede utilizar para diseñar canales de cableado y verificar el funcionamiento de las aplicaciones, incluida su longitud máxima de enlace.

La siguiente configuración indica que, incluso con seis casetes seguidos, la longitud del canal supera las longitudes de aplicación estándar (consulte las aplicaciones marcadas).

CommScope respalda el rendimiento de nuestros productos, con garantía para muchas aplicaciones ópticas compatibles. La herramienta de diseño de la calculadora de rendimiento de fibra SYSTIMAX y las directrices de soporte de aplicaciones son específicas de la garantía de aplicaciones SYSTIMAX.

En virtud de los términos de la Garantía extendida de 25-Year de productos y aplicaciones de CommScope (“Garantía del sistema”), la Especificación del sistema SYSTIMAX contiene una Garantía de aplicaciones que garantiza que el cableado designado y las aplicaciones ópticas cumplirán con las especificaciones de rendimiento establecidas en el mismo, de acuerdo con las Especificaciones de rendimiento de SYSTIMAX.

La garantía del sistema y las especificaciones de SYSTIMAX proporcionan detalles de los términos y condiciones de nuestra garantía del sistema y garantía de la aplicación SYSTIMAX. La garantía de aplicación y producto ampliada 25-Year publicada actualmente está disponible aquí.

La especificación del sistema SYSTIMAX actual y la garantía de la aplicación se pueden encontrar en SYSTIMAX Application Assurance.

En los proyectos de nueva creación, los diseñadores de redes e instalaciones tienen el lujo (y el desafío) de crear infraestructuras de mayor velocidad que puedan alcanzar el suelo con 400G, 800G o incluso 1.6 T desde el primer día. Entonces, ¿qué requiere exactamente eso? A continuación se muestran algunas tendencias y conocimientos que se deben tener en cuenta al diseñar una infraestructura de mayor velocidad desde cero.

Densidades del puerto: Para aplicaciones de interruptor de hoja-columna, el mercado favorece el radio más alto (número de puertos) por interruptor. Para lograr el diseño más eficiente, las redes minimizan el número de niveles de estructura de conmutación (aplanado). Los nuevos ASIC admiten más E/S pero, a medida que aumentan las velocidades, hay una compensación entre la velocidad de carril y el radio. Sin embargo, Radix es la clave para reducir el número de switches para un tamaño de red determinado. Como se ve en la Figura 14, un centro de datos de hiperescala típico contiene aproximadamente 100.000 servidores; una red de este tamaño puede ser compatible con solo dos niveles de switches de red. Esto se debe, en parte, a ASIC y módulos de rápida evolución, que permiten switches de mayor radio y redes de mayor capacidad.

Figura 14: Un mayor radio puede ayudar a reducir el número de interruptores

Tecnologías de transceptores: Como se discutió en la Parte I, los dos factores de forma dominantes para 400G son QSFP-DD y OSFP. Ambos admitirán hasta 32 puertos en un switch de una unidad de bastidor (1RU) y aceptarán conectores LC, MPO, SN (OSPF) y CS. Las diferencias clave son que el QSFP-DD es compatible con versiones anteriores de QSFP+ y QSFP28, mientras que el OSFP requiere un adaptador para compatibilidad con versiones anteriores. Los transceptores OSFP, que también están diseñados para 800G, también pueden tener más vida útil. Cada E/S ASIC debe asignarse a través del transceptor a un puerto óptico individual para mantener el radio del switch. La infraestructura de cableado también debe asignar estos puertos ópticos a los enlaces del servidor.

Cableado y arquitectura: Las rutas de los cables deben tener en cuenta cables con un recuento de fibra muy alto, especialmente en la red troncal y en las interconexiones del centro de datos. Aprovechar los nuevos diseños de cableado con huellas reducidas, como la fibra de cinta enrollable de 200 micras, ayudará a minimizar los problemas de enrutamiento de cables y radio de curvatura. Independientemente del tamaño, los centros de datos de campo nuevo deben prepararse para las arquitecturas de nube. Esto implica una ruta directa optimizada para la comunicación de servidor a servidor utilizando una arquitectura “leaf-spine”. Este diseño permite que las aplicaciones de cualquier dispositivo informático y de almacenamiento funcionen juntas de forma predecible y escalable, independientemente de su ubicación física dentro del centro de datos. El tejido tiene redundancia inherente, ya que se distribuyen múltiples recursos de conmutación por todo el centro de datos para ayudar a garantizar una mejor disponibilidad de las aplicaciones. El ancho de banda total del tejido se puede calcular multiplicando el número de puertos de borde por la velocidad de los puertos de borde, o el número de puertos de columna por la velocidad de los puertos de columna. Si no hay sobresuscripción, estos dos números serán los mismos.

Muchas instalaciones existentes se diseñaron como pérdidas bajas o pérdidas ultrabajas utilizando troncales MPO de ocho, 122 o 24 subunidades de fibra. Sin embargo, las aplicaciones 400G y 800G se optimizan utilizando 16 fibras al transceptor. Mientras que los diseños basados en 16 fibras simplifican la migración y los breakouts para aplicaciones de campo verde, las instalaciones existentes construidas con enlaces troncales de subunidades de ocho, 12 o 24 fibras pueden seguir siendo compatibles con las aplicaciones octales más rápidas.

Algunas cosas a tener en cuenta al decidir qué configuración tiene más sentido son: rendimiento de pérdida de canal, recuentos de fibra entre extremos, tipo de fibra (SM, OM4, OM5), polaridad, longitudes de cable troncal MPO y sexo.

El rendimiento del canal, incluidos IL y RL, debe probarse y documentarse utilizando equipos de prueba portátiles para cumplir con los requisitos de la aplicación SM y MM. Una aplicación de CommScope como la calculadora de rendimiento de fibra SYSTIMAX puede ejecutarse para verificar el rendimiento del canal como punto de partida.

Los cables troncales de doce subunidades de fibra están disponibles desde la década de 1990. En ese momento, eran eficaces para aplicaciones dúplex. A medida que la industria pasó de aplicaciones dúplex a aplicaciones multipar con conectores MPO, se han añadido subunidades de 16 fibras de ocho, 24 y (más recientemente). Estas son adiciones bienvenidas, ya que el soporte para las nuevas aplicaciones octales requiere recuentos de fibra suficientes entre los extremos. En algunos casos, los centros de datos pueden aprovechar su cableado existente para satisfacer las nuevas demandas, suponiendo que el recuento de fibra agregado en el canal entre ubicaciones permita la transición. Si el recuento de fibra entre ubicaciones se alinea con agrupaciones de 16 u 8 fibras, la transición a los puertos de red puede realizarse utilizando cables de matriz de desconexión.

Por ejemplo, un canal verificado que consiste en 144 fibras en un cable troncal entre paneles con puertos LC dúplex ya que la interfaz frontal puede terminar a un transceptor mediante el uso de un cable de matriz de ocho conectores LC dúplex a MPO16 (Figura 15). El canal de 144 fibras puede admitir hasta nueve de estos cables de matriz en una RU. Las opciones de matriz adicionales, que gestionan esos canales de fibra, también pueden permitir la conectividad. Del mismo modo, los puertos de 16 fibras pueden pasar a puertos de servidor dúplex en el extremo lejano.

Figura 15: Puertos de switch de 16 fibras conectados a través del canal tradicional

Como ejemplo, la Figura 16 muestra un canal verificado que consiste en 144 fibras en un cable troncal entre paneles con puertos LC dúplex como interfaz frontal.

Figura 16: Puertos de switch de 16 fibras divididos en puertos de servidor dúplex

También hay aplicaciones 400G y 800G que dividen ocho carriles de 50G o 100G en aplicaciones de carril 2 x 4 para implementaciones de 200G o 400G. Para estas aplicaciones, las conexiones para los troncales MPO8 heredados pueden utilizar conjuntos de matrices MPO16 a 2x MPO8 como se muestra en la Figura 17.

Figura 17: 2 matrices MPO8-to-MPO16

Otra forma de permitir que los conjuntos de conversión utilicen completamente la fibra existente es terminando los cables troncales en paquetes de adaptadores en línea. Esto es eficiente para utilizar las fibras existentes, pero puede presentar desafíos de gestión de cables. Si no se implementan correctamente, las longitudes de los breakouts y las ubicaciones de los puertos pueden varar la capacidad. Asegúrese de que los puertos estén localizados y ubicados dentro de un bastidor o gabinete para permitir la utilización completa.  

Precaución sobre las conexiones con y sin clavija: Debido a que un transceptor basado en MPO tiene pines de alineación internos, su equipo de conexión o cable de conexión debe estar sin pines en el lado del equipo. Si utiliza cables de conversión MPO, utilice un adaptador para conectar el extremo opuesto del cable al cable troncal. Si las conexiones de los cables troncales también están fijadas, los cables de conversión no deben estar fijados a no fijados. Si los cables troncales no tienen patillas, el extremo de acoplamiento del cable del equipo debe tener patillas. Los técnicos deberán asegurarse de que el extremo adecuado esté conectado a cada lado para evitar posibles daños en la óptica por un cable con clavijas.

Una palabra sobre polaridad: Si bien la industria ha estado cambiando a la polaridad del Método B por su simplicidad en la conectividad dúplex y multifibra, otros esquemas de polaridad heredados aún se implementan en los centros de datos. Si el rendimiento y los recuentos de fibra del canal instalado satisfacen las necesidades de la aplicación, se pueden utilizar cables de transición personalizados para conectar a transceptores de alta velocidad.

802.3bs

El IEEE introdujo varios estándares nuevos que permiten aplicaciones de 400G. Se tomó una decisión importante para introducir un nuevo esquema de modulación, PAM4. PAM4 permite que los carriles eléctricos y ópticos progresen a velocidades más altas que las que eran prácticas con la modulación NRZ tradicional. PAM4 duplica de forma efectiva las velocidades de carril, de 25 G a 50G, así como el número de carriles, de cuatro a ocho. Como resultado, los transceptores ópticos 400G ahora están estandarizados.

802,3 cm

Este estándar, que aborda 400G sobre MMF, introdujo compatibilidad con cuatro pares (400GBASE-SR4.2) y ocho pares (400GBASE-SR8). Ambas aplicaciones utilizan VCSEL, que siguen proporcionando un mayor ancho de banda a la vez que mantienen diseños de menor coste y potencia en comparación con las alternativas SMF. SR4.2 y SR8 también utilizan transceptores MMF de corto alcance de 100 m diseñados para enlaces de servidor de alta velocidad y gran volumen. Esto es notable porque, a medida que aumentan las velocidades, los cables de cobre deben volverse más cortos. Al mismo tiempo, las capacidades de radio más altas ayudan a contraer las capas de red al eliminar los switches TOR. Una conexión óptica a servidor MMF de bajo coste admite este diseño y ahorra dinero.

802.3ck (borrador)

Con la introducción de PAM4, un siguiente paso para soportar velocidades más altas es aumentar la velocidad de carril de las señales eléctricas y ópticas a 100G. Este es el enfoque del estándar 802.3ck pendiente. Cuando se complete, esta norma tendrá un impacto positivo en el coste por bit para aplicaciones 400G y habilitará módulos 800G (la tasa MAC 800G se propone a través del grupo de estudio IEEE Beyond 400G). Esta norma está a punto de completarse y debe completarse en 2022.

802.3cu

802.3cu introdujo módulos 100 G y 400 G (ahora basados en carriles 100 G) y añadió opciones DR, FR, LR, ER. Las opciones de nomenclatura ahora incluyen el recuento de carriles; 400GBASE-FR4 define cuatro carriles de 100G a través de cuatro longitudes de onda utilizando dos fibras con un alcance de 2 km (la F). El grupo de trabajo no pudo acordar un alcance de 10 km (para el LR4) y acordó una distancia máxima de 6 km. Por lo tanto, se creó una nueva nomenclatura (400GBASE-LR4-6) en la que “6” significa 6 km, frente a la “L” común, que significa un alcance de 10 km.

Aunque el estándar 802.3cu se completó antes que el estándar 802.3ck, la vista a largo plazo ve carriles eléctricos de 100G que coinciden con carriles ópticos de 100G. Esto reducirá la necesidad de hacer coincidir la velocidad de la caja de cambios, necesaria para los estándares 25G y 50G. Se espera que la interfaz óptica común se fusione con 100G en el futuro, lo que facilita la compatibilidad con versiones anteriores en varias generaciones ASIC.

802,3 dB (borrador):

En el momento de escribir, el grupo de trabajo de 802.3db sigue añadiendo implementaciones de MMF que aumentan las de 802,3 cm. Estas nuevas implementaciones aumentan las velocidades de carril a 100G con un recuento de carriles de ocho, lo que establece el escenario para 400G y 800G a lo largo de 100 m de OM4. Las conexiones del servidor MMF son un enfoque principal. Dado el alto volumen de estas conexiones, el coste de la óptica es importante. Dado que es probable que muchos servidores a enlaces de nivel 1 (hoja) estén en fila y sean muy cortos, 802.3db busca optimizar aplicaciones de menos de 50 m. La adición de “VR” a la nomenclatura identifica el alcance de 50 m, mientras que SR seguirá denotando un alcance de 100 m. Las aplicaciones previstas incluyen 400GBASE-SR4 utilizando ocho fibras, con ópticas QSFP-DD que permanecen en ocho carriles para coincidir con la capacidad de E/S ASIC. Por lo tanto, las implementaciones de 16 fibras se utilizarán para 2X400G SR4. También hay disponible una capacidad de 800G. Pero, dado que no hay una MAC IEEE 800G en este momento, esta norma aún no abordará 800GBASE-SR8.

Con las E/S de 100G que duplican las velocidades del puerto del switch, las mismas estrategias de cableado de 400G y el MMF de mayor ancho de banda pueden admitir la transición a módulos de 800G. El MSA conectable 800G está aprovechando la introducción de módulos octales y carriles eléctricos 100G para desarrollar acuerdos de implementación para aplicaciones ópticas 800G. Los ingenieros se están moviendo rápidamente para añadir compatibilidad con opciones de breakout como 2x400, 4x200 y 8x100; aún así, las aplicaciones que requieren un MAC de 800G están limitadas en este momento.

El IEEE ha lanzado un grupo de estudio para ayudar en la transición a la siguiente meseta de velocidades Ethernet más altas. El 800G está ciertamente en el mapa, y también se está explorando un camino a 1.6 T y más allá. A medida que comienza el trabajo, se introducen muchos objetivos nuevos. Existe una amplia participación en el sector en este grupo de estudio, incluidos los operadores de red más grandes que ven los estándares como necesarios para el ecosistema de red.

Es muy posible que estos estándares se utilicen para desarrollar nuevas estrategias de módulo para alcanzar 1.6 T. El Foro de trabajo en Internet óptico (OIF) ahora está trabajando en un motor óptico de 3.2 T, una versión miniaturizada de un transceptor que está optimizada para estar “empaquetado conjuntamente” junto al ASIC de conmutación.

Los consorcios de acuerdos multifuente (MSA) del sector participan en esfuerzos continuos para acelerar el desarrollo y la adopción de tecnologías de red nuevas o novedosas. En algunos casos, como la adición de implementaciones de 800G, los esfuerzos de MSA pueden dar lugar a que se desarrollen nuevas tecnologías antes de completar los estándares del sector.

MSA conectable 800G

En septiembre de 2019, se formó un MSA enchufable 800G. El trabajo IEEE en VCSEL de 100G sigue en curso, por lo que el MSA optó por trabajar en un reemplazo monomodo de bajo costo para las populares opciones MMF SR 8x100G. El objetivo es ofrecer una solución 800G SR8 de bajo costo y de mercado temprano que permita a los centros de datos admitir aplicaciones de servidor de bajo costo. El 800G conectable admitiría el aumento de los radios de conmutación y la reducción de los recuentos de servidores por rack

Figura 18: 8x100, 2x400 módulos GbE

400G BiDi MSA

En julio de 2018, se formó la MSA 400G BiDi para promover la adopción de transceptores ópticos 400G interoperables para el transporte bidireccional de 100 m sobre MMF. En septiembre de 2019, el MSA anunció la publicación de la versión 1.0 de su especificación 400G-BD4.2 para una interfaz óptica 400G a más de 100 m de MMF. La especificación aprovecha BiDi de 100G para aplicaciones Ethernet y es compatible con la infraestructura de cableado MMF paralelo ampliamente implementada. 400G-BD4.2 aborda aplicaciones de corto alcance, incluidos los alcances críticos de alto volumen en centros de datos modernos entre switches. Aunque estos son pasos importantes, no hacen avanzar la tecnología más allá de la norma IEEE 802.3cm.

Figura 19: 400G MMF Bi-Di y SMF

MSA Lambda de 100G

En octubre de 2020, el grupo Lambda MSA 100G anunció su especificación de 400 Gigabit Ethernet que admite una transmisión PAM4-enabled, 100G-per-wavelength de hasta 10 km. El estándar 400G-LR4-10 es para enlaces monomodo dúplex de hasta 10 km. Se basa en la multiplexación de cuatro longitudes de onda de señales ópticas PAM4-modulated100G. Entre otras cosas, garantiza la interoperabilidad de varios proveedores para transceptores ópticos en varios factores de forma. Actualmente, el grupo 100G Lambda MSA está abordando especificaciones de alcance extendido más allá de los 10 km.

Figura 20: PAM4 QSFP lambda simple

OSFP MSA

El MSA OSFP se creó en noviembre de 2016 para centrarse en definir un factor de forma de módulo enchufable compatible con el avance de última generación para aplicaciones de redes de alta velocidad. En mayo de 2021, el grupo publicó la especificación OSFP 4.0 para los módulos OSFP 800G. Aunque el módulo OSFP se diseñó desde el principio para admitir 800G, la especificación OSFP 4.0 añade compatibilidad con módulos de conexión dual 400G y octal 100G con opciones de conector de fibra dual LC, dual Mini-LC, doble MPO y octal SN/MDC.

Figura 21: Módulo OSFP-LS

QSFP-DD MSA

En mayo de 2021, el grupo QSFP-DD MSA publicó la revisión 6.0 de su especificación de hardware QSFP-DD/QSFP-DD800/QSFP112. Las revisiones actualizan QSFP-DD e introducen QSFP-DD800 y QSFP112. Otros cambios incluyen compatibilidad con interfaces de host eléctrico 100G y la adición de definiciones mecánicas y de placa QSFP-DD800 y QSFP112. También añade temporización eléctrica y de gestión QSFP112 y admite una potencia nominal del módulo superior de 25 vatios.

Figura 22: Transceptor QSFP-DD

Muchos de los grandes operadores de centros de datos ven una necesidad urgente de aumentar la eficiencia de la red al tiempo que establecen plazos de implementación que son extremadamente difíciles. El problema del poder sigue cubriendo la industria y afecta a todas las decisiones. El consumo de energía es un impuesto pesado que las redes imponen a las aplicaciones de los centros de datos, y será más pesado a medida que consideremos las velocidades futuras de la red. El aumento de la capacidad de enlace es una herramienta importante utilizada para mejorar la eficiencia, pero, por supuesto, la tecnología para hacerlo necesita evolucionar continuamente. La Figura 23 muestra las mejoras en el costo y la potencia que se esperan a medida que las velocidades migran más.

Figura 23: Una mayor velocidad reduce el número de enlaces necesarios y la potencia por bit para las redes de centros de datos.

La óptica en paquete conjunto (CPO) representa una gran oportunidad para reducir los requisitos de potencia a unos pocos pico-joules y establecer un camino a velocidades de E/S ópticas 3.2T superiores. Llegar allí significa resolver algunos desafíos técnicos difíciles y reinventar la cadena de suministro de redes y cómo funciona. Si todo encaja, podríamos ver CPO disponibles comercialmente en algún momento en 2025; de lo contrario, ese plazo podría retrasarse.

Figura 24: QSFP-XD 16 carriles con 100G por carril

Por otro lado, hay una ruta que vería evolucionar los módulos enchufables para satisfacer estas velocidades de red sin necesidad de CPO. La presentación de Andy Bechtolsheim en OFC ’21 sentó las bases para una competencia entre CPO y pluggables con la introducción de un nuevo MSA OSFP-XD. Basado en la especificación del módulo OSFP 800G, el MSA OSFP-XD duplica el recuento de carriles de ocho a 16. Estos carriles funcionarán a 100G y ofrecerán una capacidad de módulo de 1.6 T. El pensamiento es que el desafío eléctrico de ASIC a módulo se puede resolver con tecnología conocida. La estimación de potencia es de ≈10 pJ, lo que la sitúa dentro del rango objetivo para la generación de 1.6 T. El tiempo de comercialización es más rápido y con menos riesgo en comparación con CPO.

Figura 25: El MSA OSFP ha presentado la especificación de próxima generación “OSFP-XD” o densidad adicional con 16 E/S eléctricas y capacidad esperada de 200G/carril

Como se muestra en la Figura 26, llegar a 3.2 T probablemente requerirá carriles eléctricos/ópticos de 200G (16 * 200G). Si la velocidad del carril no aumenta, entonces el número de fibras paralelas o longitudes de onda tendría que duplicarse, y ambas opciones no son deseables (y quizás no factibles).

Tenga en cuenta que aumentar las velocidades de carril eléctrico es un trabajo difícil. El grupo de trabajo IEEE802.3ck ha estado trabajando en este estándar eléctrico 100G desde mayo de 2019 y actualmente se espera que complete su trabajo a finales de 2022. Un nuevo proyecto IEEE tomará los siguientes pasos, incluida la señalización eléctrica de 200G. Es probable que este trabajo sea muy difícil, y las estimaciones actuales sugieren que esta tecnología podría estar lista en 2025.

Independientemente de la ruta inicial, módulos enchufables o CPO, las E/S eléctricas de 200 G parecen ser un paso necesario. Los defensores de CPO ven su camino hacia el 200G como el siguiente paso natural, dadas las ventajas de su arquitectura. Sin embargo, aquellos que defienden el enfoque del módulo creen que pueden escalar el OSFP-XD para que sea compatible con 200G. En su opinión, la reducción de los números de nodo permite cumplir el objetivo general, ya que los avances de silicio reducirán los requisitos de potencia.

A primera vista, el campo de posibles socios de infraestructura que compiten por su negocio parece estar bastante abarrotado. No faltan proveedores dispuestos a venderle fibra y conectividad. Sin embargo, a medida que mira más de cerca y se considera lo que es fundamental para el éxito a largo plazo de su red, las opciones empiezan a reducirse. Esto se debe a que se necesita algo más que fibra y conectividad para impulsar la evolución de su red... mucho más. Ahí es donde CommScope destaca.