QSFP-DD幫助加速400GbE部署

  ICCSZ訊（編譯：Nina）400GbE終于準備好迎接黃金時期了。供應(yīng)商正在推出硬件，網(wǎng)絡(luò)運營商正在迅速地從評估過渡到部署。

  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)商對密度和頻譜效率的要求驅(qū)動的。光學模塊最初尺寸很大--通常一張卡一個。經(jīng)過幾代人的努力，每個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，成本和功耗也逐漸降低。

  根據(jù)LightCounting的預(yù)測，在不包含銅纜和AOC的情況下，400GbE的五年增長速度也將比100GbE快20倍(如下圖：100GbE與400GbE的前五年對比)。這個機遇驅(qū)動著老牌企業(yè)和創(chuàng)業(yè)公司進行前所未有的行業(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，但也同時得出了一個關(guān)鍵的教訓，即光學必須與平臺、網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)的其他目標同步。如果不是，就是浪費時間和資金。CFP4的尺寸很具吸引力，但它打破了向后兼容性，且不符合實現(xiàn)上述三個領(lǐng)域所有目標的要求。

  實現(xiàn)400GbE的高容量和低成本對于網(wǎng)絡(luò)運營商、芯片制造商、光學供應(yīng)商，路由器和交換機供應(yīng)商以及光學生態(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)可能會降低市場擴展通用解決方案的能力。

  兩種收發(fā)器封裝模式的缺點

  400GbE成功推出的關(guān)鍵因素包括成本、投資保護和供應(yīng)鏈。當成本至關(guān)重要時，重要的是不要過度構(gòu)建功能。最初的100GbE標準是基于單模光纖10公里。后來，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。

  另一個成本驅(qū)動因素是達到規(guī)模經(jīng)濟。不幸的是，兩種模塊封裝格式的存在使得市場無法充分利用一致性的其他優(yōu)勢。精簡制造對于實現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟至關(guān)重要，需求量驅(qū)動產(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)將從標準化中受益。該生態(tài)系統(tǒng)包括制造設(shè)備、測試設(shè)備、軟件設(shè)計工具、連接器和籠子、散熱解決方案，合規(guī)性和認證設(shè)備等的開發(fā)人員。鑒于400GbE的預(yù)期早期和快速增長，快速達到共性非常重要。

  為什么向后兼容性如此重要?

  在過去的十年中，主機平臺和光學器件之間的成本比率已經(jīng)大大轉(zhuǎn)向光學器件，而這種趨勢只會隨著400GbE的到來加速。各代產(chǎn)品之間的兼容性有助于抵消這一趨勢的影響。到2019年底，QSFP模塊部署量將超2400萬個，投資額超過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)商增加整個網(wǎng)絡(luò)的帶寬，即使400GbE推出，QSFP 100GbE需求仍將持續(xù)強勁增長。

  添加新的設(shè)備并在同一網(wǎng)絡(luò)上運行更快是不夠的，必須考慮向后兼容性的多個方面，包括重用現(xiàn)有模塊以及對100GbE的持續(xù)投資。因此，只有新端口支持現(xiàn)有模塊才能實現(xiàn)。其次，部署最新路由器和交換機的成本、功耗和占用空間優(yōu)勢甚至在需要400GbE功能之前就已經(jīng)存在。這使運營商能夠為未來的發(fā)展做好準備，并從新硬件中受益，而無需立即投入第一代400GbE光學器件。最后，還需要保護對已安裝的路由器和交換機的投資，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通過分離模塊和散熱器解決了這個問題，使主機系統(tǒng)能夠根據(jù)需要進行定制。

  在可能的情況下，新一代產(chǎn)品應(yīng)盡量保持向后兼容性。擴展三代甚至四代的兼容性對技術(shù)要求很高，但同時也很有價值。平衡投資保護和優(yōu)化新要求的決策從來都不是直截了當?shù)摹?017年和2018年的爭論時，在400GbE、800GbE甚至更高的速度下，是否需要進行封裝形式的轉(zhuǎn)換。人們普遍認為，由于技術(shù)問題或成本，在絕對需要時應(yīng)該進行封裝形式轉(zhuǎn)換。實現(xiàn)投資保護、高密度和全系列功能需要承擔風險，但QSFP-DD可以解決這一切，從而使行業(yè)能夠在規(guī)模經(jīng)濟的推動下向前發(fā)展。

  QSFP-DD的挑戰(zhàn)及解決方案

  采用QSFP-DD實現(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支持四個和八個通道的電連接器。這些因素相互關(guān)聯(lián)，且需要同時考慮到其它系統(tǒng)組件(如高功率ASIC)。當然，這些機械性挑戰(zhàn)對于破壞與前幾代兼容性的新型模塊來說更容易解決。

  最明顯的技術(shù)挑戰(zhàn)之一是散熱。最初的400GbE PMD預(yù)計需要12W，而QSFP28僅支持大約4W，因此可以理解一些人為何認為跨越這一大步很困難。最初目標的成功實現(xiàn)驅(qū)使了更大的野心。計劃在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)計在內(nèi)的持續(xù)創(chuàng)新已經(jīng)表明這是可能的，而且標準組織將很快批準這些針對QSFP-DD的解決方案。支持20W的最后一步是通過在模塊前面添加一個散熱片來實現(xiàn)的。如下圖所示。

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

  在QSFP-DD中，要實現(xiàn)投資保護還有許多其他領(lǐng)域的挑戰(zhàn)，需要在整個行業(yè)范圍內(nèi)進行大規(guī)模的協(xié)作。在從40G到400G的整個過程中，每一步都意味著重大的技術(shù)進步，而且其中許多曾被認為是不可能。現(xiàn)階段，大家已經(jīng)開始著手應(yīng)對未來以太網(wǎng)速度的這些挑戰(zhàn)，因此我們對重復(fù)QSFP已達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)運營商成功的關(guān)鍵差異化因素。由于大規(guī)?？蓴U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)商中所有貢獻者和多個競爭者的優(yōu)化。我們不能重復(fù)CFP4的教訓，僅僅為了追求一種毫無根據(jù)的短期風險降低。

  總結(jié)

  400GbE的推出始于2019年，并將迅速攀升。關(guān)于光學模塊封裝形式的爭論已經(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，目前重點已經(jīng)轉(zhuǎn)向未來速度。從長遠來看，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)營銷工程師，在網(wǎng)絡(luò)行業(yè)擁有25年的經(jīng)驗，專注于思科的高端路由和光學產(chǎn)品組合。