Històricament, les interfícies Ethernet d'alta velocitat van ser impulsades inicialment pels requisits de densitat i eficiència espectral dels proveïdors de serveis. Els mòduls òptics comencen grans, normalment una targeta a la vegada. Durant diverses generacions, cada velocitat s'ha fusionat en un dels dos paquets: SFP i QSFP. I a mesura que la demanda augmenta substancialment, el cost i el consum d'energia també disminueixen gradualment.
També es preveu que la taxa de creixement de cinc anys del 400GbE sense cable de coure i AOC sigui 20 vegades més ràpida que la del 100GbE (vegeu la figura següent: comparació dels primers cinc anys del 100GbE i el 400GbE). Aquesta oportunitat està impulsant una inversió sense precedents en el sector per part d'empreses i startups consolidades.
400 GbEal carril ràpid
El 10GbE va trigar deu anys a evolucionar de XENPAK a SFP+. El 100GbE va desplegar CFP, CPAK i CFP2 i després es va traslladar a QSFP28 en 5 anys. El 100GbE també va patir els errors de CFP4, però també va aprendre una lliçó clau que l'òptica s'ha de sincronitzar amb altres objectius per a plataformes, xarxes i empreses. Si no, és una pèrdua de temps i diners. La mida de CFP4 és atractiva, però trenca la compatibilitat enrere i no compleix els tres objectius.
Aconseguir una gran capacitat i un baix cost per al 400GbE és fonamental per als operadors de xarxa, fabricants de xips, venedors d'òptica, proveïdors d'encaminadors i commutadors i molts altres membres de l'ecosistema òptic. Notablement, un dels motius del desplegament reeixit del 400GbE va ser la convergència de la taxa i PMD entre els membres de l'IEEE, l'OIF i el protocol multifont (MSA). Malauradament, la indústria inicialment tenia dos models d'embalatge connectables, que van portar a la reurbanització i la fabricació. Aquesta duplicació pot reduir la capacitat del mercat per ampliar solucions comunes.
Desavantatges dels dos modes d'encapsulació del transceptor
Els factors clau per al llançament reeixit del 400GbE inclouen el cost, la protecció de la inversió i la cadena de subministrament. Quan el cost és crític, és important no sobrecomplir la funcionalitat. L'estàndard original de 100 GbE es basava en fibra monomode de 10 km. Més tard, la indústria va desenvolupar distàncies curtes per optimitzar la potència i reduir costos. El 400GbE es beneficiarà d'una gamma completa de disponibilitat més ràpida i mides més petites, des dels 1m fins als 10 km inicials el 2019 fins als 100 km el 2020.
Un altre factor de costos és aconseguir economies d'escala. Malauradament, l'existència d'ambdós formats d'encapsulació de mòduls impedeix que el mercat aprofiti al màxim els altres beneficis de la coherència. La fabricació ajustada és essencial per a les economies d'escala, ja que la demanda impulsa la producció i, per tant, els costos. Així, la línia de producció compartida és la clau, i els grans ecosistemes amb desenes d'empreses es beneficiaran de l'estandardització. L'ecosistema inclou desenvolupadors d'equips de fabricació, equips de prova, eines de disseny de programari, connectors i gàbies, solucions tèrmiques, equips de conformitat i certificació. Tenint en compte les primeres expectatives i el ràpid creixement del 400GbE, és important aconseguir la similitud ràpidament.
Per què és tan important la compatibilitat enrere?
Durant l'última dècada, la relació de costos entre les plataformes mainframe i els dispositius òptics ha canviat significativament cap als dispositius òptics, una tendència que només s'accelerarà amb l'arribada del 400GbE. La compatibilitat entre generacions ajuda a compensar aquesta tendència. A finals de 2019, es desplegaran més de 24 milions de mòduls QSFP, amb una inversió de més de 8.000 milions de dòlars. Fins i tot amb la introducció del 400 GbE, la demanda del QSFP de 100 GbE continuarà creixent amb força, gràcies a l'aparició de servidors de 100 GbE i a l'augment de l'amplada de banda a la xarxa per a empreses i proveïdors de serveis.
No n'hi ha prou amb afegir nous dispositius i córrer més ràpid a la mateixa xarxa; s'han de tenir en compte múltiples aspectes de la compatibilitat enrere, inclosa la reutilització dels mòduls existents i la inversió en curs en el 100GbE. Per tant, només es poden implementar ports nous que admetin mòduls existents. En segon lloc, els avantatges de cost, potència i empremta de desplegar els darrers encaminadors i commutadors són anteriors a la necessitat de la funcionalitat de 400 GbE. Això permet als operadors preparar-se per al creixement futur i beneficiar-se del nou maquinari sense haver d'invertir immediatament en l'òptica de 400 GbE de primera generació. Finalment, hi ha la necessitat de protegir les inversions en encaminadors i commutadors instal·lats compatibles amb l'arquitectura de refrigeració (per exemple, de dalt a baix o de costat a costat). QSFP-DD soluciona aquest problema separant mòduls i radiadors, la qual cosa permet personalitzar el sistema host segons sigui necessari.
Quan sigui possible, la nova generació hauria d'intentar mantenir la compatibilitat enrere. Ampliar la compatibilitat de tercera o fins i tot de quarta generació és tècnicament exigent, però també valuós. La decisió d'equilibrar la protecció de la inversió amb els nous requisits mai és senzilla. El problema el 2017 i el 2018 és la necessitat de conversions de formularis encapsulats a 400 GbE, 800 GbE i fins i tot velocitats superiors. En general, s'accepta que les conversions de formularis encapsulats s'han de fer quan sigui absolutament necessari per problemes tècnics o cost. Aconseguir una protecció de la inversió, una alta densitat i una gamma completa de capacitats requereix risc, però QSFP-DD pot abordar tot això, permetent a la indústria avançar amb economies d'escala.
Reptes i solucions QSFP-DD
La compatibilitat enrere amb QSFP-DD requereix abordar una varietat de reptes, com ara la mida i la disposició dels components, la refrigeració de mòduls i sistemes i connectors elèctrics que admeten quatre i vuit canals amb 56G SerDes. Aquests factors estan interrelacionats i requereixen la consideració d'altres components del sistema, com ara l'ASIC d'alta potència. Per descomptat, aquests reptes mecànics són més fàcils de resoldre per a nous tipus de mòduls que trenquen la compatibilitat amb les generacions anteriors.
Un dels reptes tècnics més evidents és la refrigeració. S'espera que el PMD inicial de 400 GbE requereixi 12 W, mentre que el QSFP28 només admet uns 4 W, de manera que és comprensible per què a alguns els costa fer el salt. L'èxit de l'objectiu original va impulsar encara més ambició. El mòdul coherent 400ZR/ZR+, que està previst per al 2020, pot requerir 20 W. La innovació contínua, inclosos els sistemes i el disseny de la gàbia, ha demostrat que això és possible, i l'organització d'estàndards els aprovarà aviat.solucions per a QSFP-DD. El pas final per donar suport a 20W s'aconsegueix afegint un radiador a la part frontal del mòdul. Com es mostra a la figura següent.
Una altra consideració tèrmica és que els mòduls òptics no es poden considerar un sistema tancat; han d'operar en el disseny global d'un encaminador, commutador o servidor. En comparació amb OSFP, una característica important dels mòduls QSFP és que la seva empremta més petita permet una major entrada d'aire. Aquest factor beneficia la resta del sistema, com es pot veure clarament en la plataforma que ofereix ambdues opcions.
Hi ha moltes altres àrees on aconseguir la protecció de la inversió en QSFP-DD requereix una col·laboració a gran escala a tota la indústria. Cada pas en el viatge del 40G al 400G representa un progrés tecnològic important, molts dels quals abans es pensaven impossibles. En aquesta etapa, la gent està començant a abordar aquests reptes per a les futures velocitats d'Ethernet, per la qual cosa hauríem de ser escèptics davant l'argument inicial que el QSFP repetitiu ha arribat al seu límit.
La gestió de la cadena de subministrament s'ha convertit en un factor diferencial clau per a l'èxit dels proveïdors de maquinari i operadors de xarxa. Com que el desplegament de centres de dades escalables a gran escala és tan gran, la diversitat de proveïdors és fonamental i, si els dos patrons d'encapsulació modulars persisteixen, és possible que cada proveïdor hagi de dividir la gestió de la cadena de subministrament.
La millor opció del mercat és subministrar a granel a un cost acceptable. Un cop el patró d'encapsulació del mòdul s'hagi integrat amb èxit, el llançament de 400 GbE es beneficiarà de l'optimització de tots els col·laboradors i múltiples competidors del proveïdor. No podem repetir les lliçons del CFP4 només per perseguir una reducció de risc a curt termini injustificada.
Conclusió
El llançament del 400GbE comença el 2019 i augmentarà ràpidament. El debat sobre la forma d'embalatge de mòduls òptics ha acabat en gran mesura, i si el venedor del sistema ha triat QSFP-DD o tots dos, ara l'enfocament s'ha desplaçat a les velocitats futures. A la llarga, el 400GbE triarà principalment QSFP-DD. A mesura que la indústria continuï integrant QSFP-DD, sorgiran economies d'escala i el 400GbE assolirà tot el seu potencial.
