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。供應商正在推出硬件，網絡運營商正在迅速地從評估過渡到部署。

  從歷史上看，高速以太網絡接口最初是由服務供應商對密度和頻譜效率的要求驅動的。光學模塊最初尺寸很大--通常一張卡一個。經過幾代人的努力，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LightCounting的預測，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年內走向QSFP28。100GbE也遭遇了CFP4的失誤，但也同時得出了一個關鍵的教訓，即光學必須與平臺、網絡和業(yè)務的其他目標同步。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)上述三個領域所有目標的要求。

  實現(xiàn)400GbE的高容量和低成本對于網絡運營商、芯片制造商、光學供應商，路由器和交換機供應商以及光學生態(tài)系統(tǒng)的許多其他成員而言至關重要。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，導致重復開發(fā)和制造。這種重復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成功推出的關鍵因素包括成本、投資保護和供應鏈。當成本至關重要時，重要的是不要過度構建功能。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。

  另一個成本驅動因素是達到規(guī)模經濟。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)模經濟至關重要，需求量驅動產量，從而降低成本。因此，共同的生產線是關鍵，擁有數十家企業(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)包括制造設備、測試設備、軟件設計工具、連接器和籠子、散熱解決方案，合規(guī)性和認證設備等的開發(fā)人員。鑒于400GbE的預期早期和快速增長，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大大轉向光學器件，而這種趨勢只會隨著400GbE的到來加速。各代產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服務器的出現(xiàn)，以及企業(yè)和服務供應商增加整個網絡的帶寬，即使400GbE推出，QSFP 100GbE需求仍將持續(xù)強勁增長。

  添加新的設備并在同一網絡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兼容(比如，從頂部到底部，或從一側到另一側)。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)能夠根據需要進行定制。

  在可能的情況下，新一代產品應盡量保持向后兼容性。擴展三代甚至四代的兼容性對技術要求很高，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的。2017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換。人們普遍認為，由于技術問題或成本，在絕對需要時應該進行封裝形式轉換。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。

  最明顯的技術挑戰(zhàn)之一是散熱。最初的400GbE PMD預計需要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設計在內的持續(xù)創(chuàng)新已經表明這是可能的，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、交換機或服務器的整體設計中運行。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域的挑戰(zhàn)，需要在整個行業(yè)范圍內進行大規(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進步，而且其中許多曾被認為是不可能?，F(xiàn)階段，大家已經開始著手應對未來以太網速度的這些挑戰(zhàn)，因此我們對重復QSFP已達到極限的初步論證應該持懷疑態(tài)度。

  管理供應鏈已成為硬件供應商和網絡運營商成功的關鍵差異化因素。由于大規(guī)?？蓴U展的數據中心的部署量如此龐大，供應商的多樣性至關重要，如果兩種模塊封裝模式持續(xù)存在，每家供應商都可能不得不拆分供應鏈管理。

  最佳的市場選擇是以可接受的成本批量供應。一旦模塊封裝模式成功融合，400GbE的推出將受益于供應商中所有貢獻者和多個競爭者的優(yōu)化。我們不能重復CFP4的教訓，僅僅為了追求一種毫無根據的短期風險降低。

  總結

  400GbE的推出始于2019年，并將迅速攀升。關于光學模塊封裝形式的爭論已經基本結束，不管系統(tǒng)供應商已選擇QSFP-DD或選擇提供兩種產品，目前重點已經轉向未來速度。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)模經濟將體現(xiàn)，400GbE也將發(fā)揮其全部潛力。

  關于作者Lane Wigley：思科的技術營銷工程師，在網絡行業(yè)擁有25年的經驗，專注于思科的高端路由和光學產品組合。