از لحاظ تاریخی، رابطهای اترنت پرسرعت در ابتدا توسط چگالی و بازده طیفی الزامات ارائهدهندگان خدمات هدایت میشدند. ماژولهای نوری کار خود را بسیار بزرگ شروع میکنند - معمولاً یک کارت در یک زمان. در طی چندین نسل، هر سرعت در یکی از دو بسته ادغام شده است: SFP و QSFP. و با افزایش قابل ملاحظه تقاضا، هزینه و مصرف برق نیز به تدریج کاهش می یابد.
نرخ رشد پنج ساله 400GbE بدون کابل مسی و AOC نیز 20 برابر سریعتر از 100GbE پیش بینی شده است (شکل زیر را ببینید: مقایسه پنج سال اول 100GbE و 400GbE). این فرصت باعث سرمایهگذاری بیسابقهای در صنعت توسط شرکتها و استارتآپهای تاسیس شده است.
400 گیگابایتدر خط سریع
10GbE ده سال طول کشید تا از XENPAK به SFP+ تبدیل شود. 100GbE CFP، CPAK و CFP2 را مستقر کرد و سپس در عرض 5 سال به QSFP28 منتقل شد. 100GbE همچنین از گامهای اشتباه CFP4 رنج میبرد، اما همچنین یک درس کلیدی آموخت که اپتیک باید با اهداف دیگر برای پلتفرمها، شبکهها و کسبوکارها هماهنگ شود. اگر نه، اتلاف وقت و پول است. اندازه CFP4 جذاب است، اما سازگاری رو به عقب را از بین می برد و هر سه هدف را برآورده نمی کند.
دستیابی به ظرفیت بالا و هزینه کم برای 400GbE برای اپراتورهای شبکه، سازندگان تراشه، فروشندگان نوری، فروشندگان روتر و سوئیچ و بسیاری دیگر از اعضای اکوسیستم نوری حیاتی است. نکته قابل توجه، یکی از دلایل عرضه موفقیت آمیز 400GbE همگرایی نرخ و PMD در بین اعضای IEEE، OIF و پروتکل چند منبعی (MSA) بود. متأسفانه، این صنعت در ابتدا دارای دو مدل بسته بندی قابل اتصال بود که منجر به توسعه و تولید مجدد شد. این تکرار ممکن است توانایی بازار برای گسترش راه حل های رایج را کاهش دهد.
معایب دو حالت کپسوله کردن فرستنده گیرنده
عوامل کلیدی برای راه اندازی موفقیت آمیز 400GbE عبارتند از هزینه، حفاظت از سرمایه گذاری و زنجیره تامین. هنگامی که هزینه بسیار مهم است، مهم است که عملکردها را بیش از حد ایجاد نکنید. استاندارد اولیه 100GbE بر اساس فیبر تک حالته 10 کیلومتر بود. بعدها، صنعت مسافت های کوتاه را برای بهینه سازی قدرت و کاهش هزینه ها توسعه داد. 400GbE از طیف سریعتر در دسترس بودن و اندازههای کوچکتر بهره میبرد - از 1 متر تا 10 کیلومتر اولیه در سال 2019 تا 100 کیلومتر در سال 2020.
یکی دیگر از محرک های هزینه، دستیابی به صرفه جویی در مقیاس است. متأسفانه، وجود هر دو فرمت کپسوله سازی ماژول مانع از استفاده کامل بازار از مزایای دیگر ثبات می شود. تولید ناب برای صرفه جویی در مقیاس ضروری است، زیرا تقاضا منجر به تولید و در نتیجه هزینه ها می شود. بنابراین، خط تولید مشترک کلید اصلی است و اکوسیستم های بزرگ با ده ها شرکت از استانداردسازی بهره مند خواهند شد. این اکوسیستم شامل توسعه دهندگان تجهیزات تولیدی، تجهیزات تست، ابزارهای طراحی نرم افزار، اتصال دهنده ها و قفس ها، راه حل های حرارتی، تجهیزات انطباق و صدور گواهینامه است. با توجه به انتظارات اولیه و رشد سریع 400GbE، دستیابی سریع به اشتراکات مهم است.
چرا سازگاری به عقب اینقدر مهم است؟
در دهه گذشته، نسبت هزینه بین پلتفرمهای مینفریم و دستگاههای نوری بهطور قابلتوجهی به سمت دستگاههای نوری تغییر کرده است، روندی که تنها با ورود 400 گیگابیتای سرعت بیشتری خواهد گرفت. سازگاری بین نسل ها به جبران این روند کمک می کند. تا پایان سال 2019، بیش از 24 میلیون ماژول QSFP با سرمایه گذاری بیش از 8 میلیارد دلار مستقر خواهد شد. حتی با معرفی 400GbE، تقاضا برای 100GbE QSFP به لطف ظهور سرورهای 100GbE و افزایش پهنای باند در سراسر شبکه برای شرکت ها و ارائه دهندگان خدمات، به شدت رشد خواهد کرد.
افزودن دستگاه های جدید و اجرای سریعتر در همان شبکه کافی نیست. جنبه های متعددی از سازگاری به عقب باید در نظر گرفته شود، از جمله استفاده مجدد از ماژول های موجود و سرمایه گذاری مداوم در 100GbE. بنابراین، تنها پورت های جدیدی که از ماژول های موجود پشتیبانی می کنند، قابل پیاده سازی هستند. دوم، هزینه، قدرت، و مزایای استفاده از جدیدترین روترها و سوئیچها قبل از نیاز به عملکرد 400 گیگابایتی است. این به اپراتورها اجازه میدهد تا برای رشد آینده آماده شوند و از سختافزار جدید بدون نیاز به سرمایهگذاری فوری در نسل اول اپتیکهای 400 گیگابایتی بهره ببرند. در نهایت، نیاز به محافظت از سرمایهگذاریها در روترها و سوئیچهای نصبشده که با معماری خنککننده سازگار هستند (به عنوان مثال، از بالا به پایین، یا از یک طرف به سمت دیگر) وجود دارد. QSFP-DD این مشکل را با جداسازی ماژول ها و رادیاتورها حل می کند و سیستم میزبان را قادر می سازد تا در صورت نیاز سفارشی شود.
در صورت امکان، نسل جدید باید سعی کند سازگاری با عقب را حفظ کند. گسترش سازگاری نسل سوم یا حتی نسل چهارم از نظر فنی سخت است، اما همچنین ارزشمند است. تصمیم برای متعادل کردن حمایت از سرمایه گذاری در برابر الزامات جدید هرگز ساده نیست. موضوع مورد بحث در سالهای 2017 و 2018، نیاز به تبدیل فرم کپسولهشده در 400GbE، 800GbE و حتی سرعتهای بالاتر است. به طور کلی پذیرفته شده است که تبدیل فرم کپسوله شده باید در مواقع ضروری به دلیل مشکلات فنی یا هزینه انجام شود. دستیابی به حفاظت از سرمایه گذاری، تراکم بالا و طیف کاملی از قابلیت ها مستلزم ریسک است، اما QSFP-DD می تواند همه این موارد را برطرف کند و صنعت را قادر می سازد تا با صرفه جویی در مقیاس به جلو حرکت کند.
چالش ها و راه حل های QSFP-DD
سازگاری به عقب با QSFP-DD مستلزم پرداختن به چالشهای مختلفی از جمله اندازه و چیدمان اجزا، خنککننده ماژول و سیستم، و کانکتورهای الکتریکی است که از چهار و هشت کانال با استفاده از 56G SerDes پشتیبانی میکنند. این عوامل به هم مرتبط هستند و نیاز به در نظر گرفتن سایر اجزای سیستم مانند ASIC پرقدرت دارند. البته، حل این چالشهای مکانیکی برای انواع جدیدی از ماژولها که سازگاری با نسلهای قبلی را از بین میبرند، آسانتر است.
یکی از بارزترین چالش های فنی خنک سازی است. انتظار می رود PMD 400 گیگا بایتی اولیه به 12 وات نیاز داشته باشد، در حالی که QSFP28 فقط حدود 4 وات را پشتیبانی می کند، بنابراین قابل درک است که چرا برخی جهش را دشوار می دانند. موفقیت هدف اصلی، جاه طلبی بیشتری را به همراه داشت. ماژول منسجم 400ZR/ZR+ که برای سال 2020 برنامه ریزی شده است، ممکن است به 20 وات نیاز داشته باشد. نوآوری مستمر از جمله سیستم ها و طراحی قفس نشان داده است که این امر امکان پذیر است و سازمان استاندارد به زودی این موارد را تایید خواهد کرد.راه حل هایی برای QSFP-DD. آخرین مرحله در پشتیبانی از 20 وات با افزودن رادیاتور به جلوی ماژول به دست می آید. همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است.
یکی دیگر از ملاحظات حرارتی این است که ماژول های نوری را نمی توان یک سیستم بسته در نظر گرفت. آنها باید در طراحی کلی روتر، سوئیچ یا سرور عمل کنند. در مقایسه با OSFP، یکی از ویژگیهای مهم ماژولهای QSFP این است که ردپای کوچکتر آنها اجازه ورود هوای بیشتری را میدهد. این عامل به نفع بقیه سیستم است، همانطور که به وضوح در پلتفرمی که هر دو گزینه را ارائه می دهد مشاهده می شود.
بسیاری از زمینه های دیگر وجود دارد که دستیابی به حفاظت از سرمایه گذاری در QSFP-DD نیازمند همکاری در مقیاس بزرگ در سطح صنعت است. هر مرحله در سفر از 40G به 400G نشان دهنده پیشرفت تکنولوژیکی قابل توجهی است که زمانی بسیاری از آنها غیرممکن به نظر می رسید. در این مرحله، مردم شروع به رسیدگی به این چالشها برای سرعتهای اترنت در آینده میکنند، بنابراین باید نسبت به استدلال اولیه مبنی بر اینکه QSFP تکراری به حد خود رسیده است، تردید داشته باشیم.
مدیریت زنجیره تامین به یک عامل متمایز کننده کلیدی برای موفقیت تامین کنندگان سخت افزار و اپراتورهای شبکه تبدیل شده است. از آنجایی که استقرار مراکز داده مقیاس پذیر در مقیاس بزرگ بسیار بزرگ است، تنوع فروشنده بسیار مهم است و اگر دو الگوی کپسوله سازی مدولار ادامه داشته باشد، هر فروشنده ممکن است مجبور شود مدیریت زنجیره تامین را تقسیم کند.
بهترین گزینه بازار عرضه به صورت عمده با هزینه قابل قبول است. هنگامی که الگوی کپسوله سازی ماژول با موفقیت یکپارچه شد، عرضه 400 گیگابایتی از بهینه سازی همه مشارکت کنندگان و رقبای متعدد در فروشنده سود خواهد برد. ما نمیتوانیم درسهای CFP4 را فقط برای کاهش ریسک کوتاهمدت بیدلیل تکرار کنیم.
نتیجه
عرضه 400GbE در سال 2019 آغاز می شود و به سرعت افزایش خواهد یافت. بحث در مورد شکل بسته بندی ماژول های نوری تا حد زیادی به پایان رسیده است، و اینکه آیا فروشنده سیستم QSFP-DD را انتخاب کرده است یا هر دو، اکنون تمرکز روی سرعت های آینده متمرکز شده است. در دراز مدت، 400GbE عمدتا QSFP-DD را انتخاب می کند. همانطور که صنعت به ادغام QSFP-DD ادامه می دهد، صرفه جویی در مقیاس پدیدار خواهد شد و 400GbE به پتانسیل کامل خود خواهد رسید.
