Seperti biasa, IEEE meningkatkan standar yang ada untuk menempa jalur hingga 400 Gbps. Karakteristik utama dan batasan laju data saat ini adalah laju serial jalur tunggal yang dapat dicapai dengan teknologi listrik saat ini. Dengan standar 100 Gbps Ethernet terbaru yang didasarkan pada empat jalur paralel 25 Gbps, ini terbukti menjadi titik awal alami untuk pengembangan 400 Gbps. Namun, metode untuk meningkatkan kecepatan data jalur ke 50 Gbps jelas diperlukan untuk 400 Gbps, dan dengan pekerjaan yang sudah berjalan untuk mencapai jalur optik 100 Gbps, menggunakan pencapaian baru ini akan membuktikan keuntungan besar untuk Ethernet 400 Gbps.

Ada sejumlah cara untuk memenuhi tujuan 400 Gbps sambil tetap mempertimbangkan berbagai pengorbanan dan persyaratan industri jaringan. Dengan standar 400 Gbps yang membatasi media fisik hanya multimode dan serat optik mode tunggal, jelas bahwa jumlah serat dalam tautan akan menjadi masalah utama. Beberapa serat paralel dikenal sebagai solusi yang dapat diterima untuk sambungan jarak pendek hingga 500 m, tetapi tidak untuk panjang kabel yang lebih panjang (2 hingga 10 km) di mana biaya menjadi berlebihan. Namun, kecepatan data 400 Gbps dengan jalur paralel 16 x 25 Gbps akan membutuhkan 32 serat per tautan untuk mengirim dan menerima. Ketika mengembangkan serangkaian spesifikasi untuk 400 Gbps, gugus tugas IEEE telah menggunakan sejumlah teknologi dan metode untuk menentukan solusi hemat biaya yang dapat diterima untuk serat multimode jarak pendek dan serat mode tunggal jarak jauh menggunakan berbagai jumlah serat dan tarif baris. Selain itu, satu set standar 200 Gbps berdasarkan standar 400 Gbps juga ditentukan sebagai jalur migrasi praktis ke 400 Gbps.

Standar 400 Gbps dan 200 Gbps

Dengan kecepatan jalur 50 Gbps menjadi dasar fundamental mencapai 400 Gbps, keputusan utama pertama adalah mengubah skema pengkodean sinyal. Hingga saat ini, semua standar Ethernet telah menggunakan metode 2-level Non-Return-to-Zero (NRZ) sederhana 2 untuk mengkodekan aliran data biner menjadi sinyal listrik yang dapat ditransmisikan. Untuk mencapai laju data jalur yang lebih tinggi, skema pengkodean yang dikenal sebagai 4-Level Pulse Amplitude Modulation (PAM4) perlu digunakan, yang secara efektif menggandakan jumlah data yang dikirim dalam jumlah waktu yang sama.

Jika Anda memikirkan data biner yang diwakili oleh sinyal dengan dua tegangan, satu tegangan untuk "0" dan tegangan lainnya untuk "1", maka ini menggambarkan metode pengkodean NRZ. Untuk pengkodean PAM4, sinyal memiliki empat level tegangan, yang mengkodekan dua bit biner per level tegangan. Sebuah metode yang dikenal sebagai "Gray coding" menggabungkan pasangan bit paling signifikan (MSB) dan bit paling signifikan (LSB) dalam aliran data ke dalam salah satu dari empat level tegangan. Pengodean abu-abu membantu mengurangi kesalahan bit pada sinyal yang disebabkan oleh noise amplitudo tegangan. Sangat mudah untuk melihat bagaimana dengan dua bit data yang dipetakan ke satu level tegangan, dua kali lipat informasi dapat ditransmisikan dalam jumlah waktu yang sama.

IEEE menyelesaikan standar 802.3bs (IEEE Std 802.3bs-2017) untuk 200 Gbps dan 400 Gbps Ethernet dengan menerapkan kombinasi pengkodean PAM4 dan beberapa jalur paralel. Spesifikasi ini mencakup opsi serat optik multimode dan mode tunggal yang beroperasi dari 70 m hingga 10 km. Tabel berikut meringkas varian Ethernet PHY untuk 400 Gbps dan 200 Gbps.

Spesifikasi 400GBASE-SR16 mendukung 16 serat multimode pada 25 Gbps menggunakan pengkodean NRZ, yang berarti bahwa total serat pengirim dan penerima dalam tautan adalah 32. Opsi 400GBASE-DR4 mendukung kecepatan jalur 100 Gbps yang kontroversial pada empat serat mode tunggal , tetapi hanya bisa mencapai 500 m. Varian duplex-serat, 400GBASE-FR8 dan 400GBASE-LR8, keduanya menggunakan wavelength-division multiplexing (WDM) untuk mentransmisikan delapan jalur melalui delapan panjang gelombang berbeda pada serat mode tunggal untuk mencapai hingga 10 km. Spesifikasi 200 Gbps pada dasarnya mengikuti yang untuk 400 Gbps, tetapi menggunakan empat jalur 50 Gbps lebih dari satu atau empat serat mode tunggal.

Modul dan Kabel yang Dapat Dicolokkan

Untuk menggunakan peralatan yang mendukung standar baru 400 Gbps Ethernet, diperlukan modul, konektor, dan kabel pluggable yang jelas. Port 400GBASE-SR16 membutuhkan konektor dan kabel 32-serat, dan varian 400GBASE-DR4 menggunakan tingkat pensinyalan listrik yang lebih tinggi, 56 Gbps.

Konektor QSFP28 100 Gbps yang umum mendukung empat jalur 25 Gbps dengan laju pensinyalan listrik 28 Gbps. Yaitu delapan serat untuk mengirim dan menerima, yang didukung oleh konektor dan kabel 12-serat MPO (multi-serat push-on) yang saat ini digunakan untuk 100 Gbps. Jelas, konektor dan kabel 12-serat MPO akan mendukung varian 400GBASE-DR4 dan 200GBASE-DR4 dalam standar 802.3bs. Varian lain yang hanya menggunakan dua serat dalam sebuah tautan dapat memanfaatkan konektor dan kabel duplex-LC yang umum. Itu membuat MPO 32-serat sebagai pengembangan baru khusus untuk standar Ethernet 400 Gbps.

Konektor MPO 12-serat mengatur serat dalam satu baris di antara dua pin pelurus. Untuk MPO 32-serat ada dua baris 16 serat, yang membuat konektor baru tidak kompatibel dengan MPO 12-serat. Oleh karena itu, konektor MPO 32-serat dikunci secara berbeda dari MPO 12-serat untuk menghindari transceiver dan kabel yang terhubung secara tidak benar.

Dengan pengembangan pensinyalan yang lebih cepat, lebih banyak jalur, dan lebih banyak serat, faktor bentuk transceiver baru diperlukan untuk Ethernet 400 Gbps. Selalu ada tantangan dan pengorbanan untuk dipertimbangkan ketika mencoba memasukkan lebih banyak komponen yang menghilangkan lebih banyak daya ke dalam modul-modul kecil. Seperti dengan standar Ethernet sebelumnya, sejumlah faktor bentuk transceiver optik telah muncul untuk 400 Gbps Ethernet:

• CFP8 - Faktor bentuk besar. Kepadatan port rendah. Manajemen termal yang baik.

• OSFP - Dirancang untuk kinerja sinyal dan termal yang optimal. Faktor bentuk tidak kompatibel.

• QSFP-DD - The "double-density" QSFP. Kompatibel dengan 100 GbpS dan Ethernet 40 Gbps. Kepadatan port yang tinggi.

• COBO - Modul optik terpasang, yang bukan transceiver yang dapat dicolokkan. Kepadatan port tertinggi.

Didorong oleh meningkatnya permintaan pusat data cloud, evolusi standar Ethernet telah dengan cepat mencapai kecepatan data luar biasa sebesar 400 Gbps. Dengan menggunakan skema penyandian baru dan laju pensinyalan yang lebih tinggi, standar Ethernet 400 Gbps menandai terobosan signifikan dari standar sebelumnya dan menetapkan jalur menuju kecepatan yang bahkan lebih cepat di masa depan. Standar baru 400 Gbps dan 200 Gbps mencakup opsi serat optik multimode dan mode tunggal yang berjalan dari 70 m hingga 10 km. Standar mencakup berbagai aplikasi jangka pendek dan jarak jauh yang hemat biaya dan telah didukung oleh sejumlah faktor bentuk transceiver baru, kabel, dan konektor.

Ketika peralatan 400 Gbps baru tersedia, Anda dapat berharap untuk melihatnya dengan cepat dikerahkan di pusat data, akses operator, dan jaringan penyedia layanan di seluruh dunia. Bandwidth ekstra yang sangat dibutuhkan akan memberikan dorongan karena lalu lintas jaringan terus meningkat dari tahun ke tahun. Namun, pengembangan Ethernet tidak akan berhenti sampai di situ. Kelompok kerja Ethernet baru telah berjuang untuk kecepatan yang lebih tinggi dan faktor bentuk yang lebih ekonomis dan ringkas yang akan mengimbangi permintaan industri di masa depan.

Dari 400 Gbps hingga 800 Gbps

Sebuah laporan yang baru-baru ini dipublikasikan oleh Dell'Oro Group menyatakan bahwa 400 Gbps diperkirakan terdiri atas 20 persen dari pendapatan peralihan pusat data pada tahun 2020. Menurut kelompok penelitian, kecepatan yang lebih tinggi - 100 Gbps, 200 Gbps, 400 Gbps, dan 800 Gbps - adalah semua diperkirakan akan mendorong pertumbuhan yang signifikan selama lima tahun ke depan. Mungkin tidak mengherankan, pusat data cloud diharapkan memainkan peran kunci dalam lompatan kecepatan mendatang untuk jaringan (dari 100 Gbps menjadi 400 Gbps).

Sementara itu, sebuah laporan pasar yang dirilis oleh Grup 650 menegaskan bahwa 200 Gbps, 400 Gbps dan 800 Gbps semua akan dikirimkan dalam lima tahun ke depan - dengan yang terakhir diproyeksikan meningkat awal dekade berikutnya.

"Gelombang pertama 200 Gbps dan 400 Gbps akan melanda pasar pada awal 2018 karena pasar switch Ethernet memperluas jumlah kecepatan port hanya tiga tahun sejak set besar terakhir kemajuan teknologi," kata Alan Weckel, Pendiri dan Analis Teknologi di 650 Grup. “Baik 200 Gbps maupun 400 Gbps akan muncul dari teknologi SerDes 50 Gbps yang diumumkan pada 2017. Laju inovasi yang cepat tidak hanya disebabkan oleh peningkatan teknologi yang mengesankan, tetapi juga oleh Software Defined Networks (SDN) yang memungkinkan cloud untuk lebih memanfaatkan menghitung dan menjaring sumber daya yang mereka miliki. "

Menguji 400 Gbps, mengincar 1,6 Tbps

Menurut Ronen Isaac dari Military Embedded Systems, industri saat ini sedang menguji dan meratifikasi teknologi yang akan membawa kecepatan hingga 400 Gbps dan seterusnya.

“Antara 2018 dan 2020, 50 Gbps dan 200 Gbps akan diuji dan diadopsi. Ribuan server 25GbE dan akhirnya server 50GbE di pusat data skala besar, seperti penyedia layanan cloud, akan mendorong kebutuhan 400GbE ke jaringan area metropolitan (MAN) dan jaringan area luas (WAN), ”katanya. “Dalam waktu yang tidak terlalu lama, pengujian akan dimulai pada 200 Gbps, 8000 Gbps, dan kecepatan data yang mengejutkan sebesar 1 Tbps dan 1,6 Tbps dengan pengujian dan ratifikasi standar yang diharapkan pada tahun 2020.”

Kesimpulan

Ethernet dengan cepat bergerak dari 40Gbps ke 100Gbps ke 400Gbps, sehingga memacu sejumlah inisiatif dan pengembangan SerDes baru. Memang, 25Gbps SerDes berfungsi sebagai enabler utama untuk 100Gbps Ethernet, dengan industri diharapkan untuk memanfaatkan 50Gbps SerDes untuk 400Gbps Ethernet sebelum beralih ke teknologi SerDes 100Gbps.

Bersamaan, teknologi SerDes bergeser dari NRZ ke PAM4 karena berakselerasi dari 25Gbps ke 50Gbps. Ini telah mendorong sejumlah perubahan arsitektur, termasuk penggantian analog tradisional dengan ADC + DSP untuk membantu memenuhi target kinerja dan mempertahankan amplop daya / area yang serupa.