คำถามที่พบบ่อยในเครือข่ายออปติคัลความเร็วสูงนั้นสมเหตุสมผลอย่างน่าประหลาดใจ: หาก 1T เท่ากับ 1000G ในการคิดแบบทศนิยมทั่วไป เหตุใดแผนงานโมดูลออปติคัลจึงเปลี่ยนจาก 400G เป็น 800G แล้วเป็น 1.6T แทนที่จะใช้ โมดูลออปติคัล 1000G ที่เป็นที่นิยม?
คำตอบไม่ใช่ว่า 1000G เป็นไปไม่ได้ในเชิงคณิตศาสตร์ ปัญหาที่แท้จริงคือความเร็วของโมดูลออปติคัลไม่ได้ถูกเลือกโดยการปัดเศษทศนิยม แต่ถูกกำหนดโดยสถาปัตยกรรมเลน อัตราเลน SerDes เทคโนโลยีการส่งสัญญาณ การออกแบบแพ็คเกจ งบประมาณพลังงาน และความพร้อมของระบบนิเวศ
ไม่มีโมดูลออปติคัล 1000G ที่เป็นที่นิยม เนื่องจากอัตราข้อมูลโมดูลออปติคัลความเร็วสูงถูกสร้างขึ้นจากการนับเลนคูณด้วยความเร็วมาตรฐานต่อเลน โมดูลออปติคัล 800G สามารถจับคู่กับ 8 × 100G ได้อย่างเป็นธรรมชาติ ในขณะที่โมดูลออปติคัล 1.6T จับคู่กับ 8 × 200G ได้อย่างเป็นธรรมชาติ อัตรา 1000G ไม่เข้ากับเส้นทางอัตราเลนหลักนั้นอย่างชัดเจน
นี่คือเหตุผลที่อุตสาหกรรมมีแนวโน้มที่จะก้าวผ่าน 100G, 200G, 400G, 800G, 1.6T และในที่สุด 3.2T แทนที่จะตามรูปแบบของผู้บริโภค 10G → 100G → 1000G IEEE Std 802.3df-2024 จัดการกับ Ethernet 400Gb/s และ 800Gb/s ในขณะที่ IEEE P802.3dj จัดการกับการทำงาน 200Gb/s, 400Gb/s, 800Gb/s และ 1.6Tb/s ซึ่งสะท้อนให้เห็นว่างาน Ethernet อย่างเป็นทางการเป็นไปตามการส่งสัญญาณและรุ่นอัตราเลนที่เฉพาะเจาะจง แทนที่จะเป็นบันไดการตั้งชื่อแบบทศนิยมง่ายๆ (standards.ieee.org)
อัตราข้อมูลโมดูลออปติคัล = จำนวนเลน × อัตราต่อเลน
โมดูลออปติคัลความเร็วสูงสามารถเข้าใจได้ดีที่สุดว่าเป็นระบบขนส่งแบบขนาน ความเร็วโมดูลทั้งหมดเป็นผลมาจากหลายเลนที่ทำงานร่วมกัน:
อัตราข้อมูลโมดูลทั้งหมด = จำนวนเลน × อัตราข้อมูลต่อเลน
สมการง่ายๆ นี้อธิบายแผนงาน 800G และ 1.6T ได้มาก ป้ายกำกับโมดูลไม่ใช่ตัวเลขสุ่มที่พิมพ์บนเอกสารข้อมูล แต่เป็นผลรวมของอินเทอร์เฟซไฟฟ้า เลนออปติคัล ความสามารถ DSP ข้อจำกัดแพ็คเกจ และมาตรฐานที่ทำงานร่วมกันได้
| รุ่นโมดูล | โครงสร้างเลนตัวอย่าง | อัตราข้อมูลทั้งหมด | ความหมายทางวิศวกรรม |
|---|---|---|---|
| 100G | 4 × 25G | 100G | การรวมความเร็วสูงในยุคแรกโดยใช้เลนความเร็วต่ำสี่เลน |
| 400G | 8 × 50G หรือ 4 × 100G | 400G | การเปลี่ยนไปสู่การส่งสัญญาณต่อเลนที่สูงขึ้น |
| 800G | 8 × 100G หรือ 4 × 200G | 800G | สะพานเชื่อมที่ใช้งานได้จริงระหว่าง 400G และ 1.6T |
| 1.6T | 8 × 200G | 1600G | ขั้นตอนต่อไปตามธรรมชาติเมื่อ 8 เลนเปลี่ยนไปเป็นการทำงานระดับ 200G |
| 3.2T | ทิศทาง 8 × 400G-class | 3200G | ทิศทางในอนาคตที่ขับเคลื่อนโดยการส่งสัญญาณต่อเลนที่สูงขึ้น |
แผนงานอัตราข้อมูลโมดูลออปติคัลความเร็วสูงตั้งแต่ 100G ถึง 3.2T
ทิศทาง OSFP1600 เป็นไปตามรูปแบบการปรับขนาดตามเลนเดียวกัน: 400G สามารถเชื่อมโยงกับอินเทอร์เฟซโฮสต์ 8 × 50Gb/s, 800G กับ 8 × 100Gb/s และ 1.6T กับ 8 × 200Gb/s (osfpmsa.org)
หลักการเดียวกันนี้ใช้กับรุ่นก่อนหน้า โมดูล QSFP28 100G สามารถเข้าใจได้ผ่านเลนระดับ 25G สี่เลน โมดูล 400G อาจสร้างขึ้นจากเลนระดับ 50G แปดเลน หรือเลนระดับ 100G สี่เลน ขึ้นอยู่กับการใช้งาน ประเด็นสำคัญไม่ใช่ว่าทุกผลิตภัณฑ์ใช้การออกแบบภายในแบบเดียวกัน แต่เป็นอัตราที่เป็นที่นิยมที่สร้างขึ้นจากการรวมเลนที่เป็นมาตรฐาน
นี่คือเหตุผลที่ 800G ไม่ใช่ตัวเลขกลางๆ ที่สุ่มขึ้นมา แต่เป็นผลลัพธ์ที่ชัดเจนของการรวมเลน เมื่อแปดเลนแต่ละเลนส่งข้อมูล 100G อัตราการรวมจะกลายเป็น 800G เมื่อเลนเดียวกันเหล่านั้นเปลี่ยนไปเป็น 200G อัตราการรวมจะกลายเป็น 1.6T
ฟอร์มแฟกเตอร์แบบเสียบได้ความหนาแน่นสูงสมัยใหม่มีความเชื่อมโยงอย่างมากกับจำนวนเลน QSFP-DD ถูกกำหนดให้เป็นระบบโมดูล 8 ช่องสัญญาณความหนาแน่นสูง ในขณะที่เอกสาร OSFP กำหนดข้อกำหนดสำหรับโมดูล คอนเนคเตอร์ เคส อินเทอร์เฟซไฟฟ้า พลังงาน กลไก และความร้อนสำหรับระบบ Octal Small Form Factor Pluggable
โครงสร้าง "8 เลน" นั้นเป็นหัวใจสำคัญของการสนทนา ภายใต้โมเดล 8 เลน:
8 × 100G = 800G
8 × 200G = 1.6T
8 × 400G = 3.2T
การออกแบบ 1000G ในทางทฤษฎีไม่เข้ากับเส้นทางนี้อย่างเป็นธรรมชาติ มันจะต้องใช้จำนวนเลนที่ไม่เป็นมาตรฐาน หรือความเร็วต่อเลนที่ไม่สอดคล้องกับแผนงานการส่งสัญญาณหลักอย่างเหมาะสม
ด้านไฟฟ้าของโมดูลออปติคัลมีความสำคัญพอๆ กับด้านออปติคัล ระหว่างชิปสวิตช์ ASIC และโมดูลออปติคัล ข้อมูลไฟฟ้าความเร็วสูงจะถูกส่งผ่านอินเทอร์เฟซ SerDes เมื่ออัตรา SerDes เพิ่มขึ้น ระบบจะต้องจัดการกับขอบเขตความสมบูรณ์ของสัญญาณที่แคบลง ความไวต่อการสูญเสียการแทรกที่สูงขึ้น การปรับสมดุลที่ต้องการมากขึ้น ข้อกำหนด FEC ที่เข้มงวดขึ้น และข้อจำกัดด้านพลังงานและความร้อนที่ยากขึ้น
วิวัฒนาการอัตราเลน SerDes และเส้นทางสัญญาณ
พูดง่ายๆ คือ อัตราเลนไม่ได้เพิ่มขึ้นอย่างราบรื่นจากตัวเลขใดๆ ไปยังตัวเลขใดๆ แต่มีแนวโน้มที่จะเคลื่อนที่ผ่านขั้นตอนเทคโนโลยีที่สำคัญ
ลำดับขั้นที่ง่ายขึ้นมีลักษณะดังนี้:
| ขั้นตอน | แนวคิดการส่งสัญญาณ / อัตราเลน | ผลกระทบทางวิศวกรรม | ความเกี่ยวข้องกับรุ่นโมดูล |
|---|---|---|---|
| 25G NRZ | การส่งสัญญาณแบบหนึ่งบิตต่อสัญลักษณ์ | ความซับซ้อนต่ำกว่ารุ่น PAM4 ในภายหลัง | ใช้ในสถาปัตยกรรมยุค 100G ก่อนหน้านี้ |
| 50G PAM4 | อัตราบิตที่สูงขึ้นผ่านการส่งสัญญาณหลายระดับ | เปิดใช้งานการรวมระดับ 400G ด้วยเลนที่มากขึ้น | สำคัญสำหรับการพัฒนา 400G |
| 100G PAM4 / 112G-class ไฟฟ้า | อัตราเลนไฟฟ้าที่สูงขึ้น | เปิดใช้งาน 800G ผ่านโครงสร้างระดับ 8 × 100G | สำคัญสำหรับ 800G |
| 200G PAM4 / 224G-class ไฟฟ้า | ขั้นตอนต่อไปที่สำคัญต่อเลน | เปิดใช้งาน 1.6T ผ่าน 8 × 200G | สำคัญสำหรับ 1.6T |
| ทิศทาง 400G-class / 448G-class ไฟฟ้า | งานอินเทอร์เฟซไฟฟ้าความเร็วสูงในอนาคต | ผลักดันความสมบูรณ์ของสัญญาณ, FEC, ความหน่วง, และพลังงานอย่างหนักยิ่งขึ้น | เกี่ยวข้องกับระบบระดับ 3.2T ในอนาคต |
มาตรฐาน Ethernet ปัจจุบันแยกการพัฒนา Ethernet ความเร็วสูงออกเป็นรุ่นการส่งสัญญาณที่แตกต่างกัน รวมถึงเส้นทางระดับ 100Gb/s และ 200Gb/s ซึ่งตอกย้ำประเด็นที่ว่าอัตราโมดูลออปติคัลถูกกำหนดโดยวิวัฒนาการอัตราเลน ไม่ใช่การปัดเศษทศนิยม (engagestandards.ieee.org)
NRZ และ PAM4 ไม่ใช่แค่รายละเอียดการตั้งชื่อ แต่เป็นส่วนหนึ่งของเหตุผลทางกายภาพที่ทำให้วิวัฒนาการอัตราเลนเป็นเรื่องยาก PAM4 ปรับปรุงปริมาณงานโดยการเข้ารหัสข้อมูลในสี่ระดับสัญญาณ แต่ก็ทำให้ขอบเขตระหว่างระดับแคบลงด้วย เมื่ออัตราเลนเพิ่มขึ้น ลิงก์จะไวต่อสัญญาณรบกวน การสูญเสียช่องสัญญาณ การครอสทอล์ก และคุณภาพการปรับสมดุลมากขึ้น
นี่คือเหตุผลที่ทุกการก้าวกระโดดของอัตราเลนเป็นมากกว่าการอัปเกรดความเร็ว มันส่งผลต่อส่วนหน้าแบบอะนาล็อก งบประมาณการสูญเสียช่องสัญญาณ การออกแบบคอนเนคเตอร์ การปรับสมดุล ความซับซ้อนของ DSP วิธีการทดสอบ และการออกแบบเชิงความร้อน
โมดูล 1000G สามารถเขียนบนกระดาษได้หลายวิธี:
| เส้นทาง 1000G ในทางทฤษฎี | ผลลัพธ์ทางคณิตศาสตร์ | ปัญหาทางวิศวกรรมหลัก | เหตุผลที่มันไม่ใช่เส้นทางหลัก |
|---|---|---|---|
| 8 × 125G | 1000G | อัตราต่อเลนไม่สอดคล้องกับเส้นทางหลัก 100G → 200G → 400G-class อย่างชัดเจน | สร้างเป้าหมายอัตราเลนที่น่าอึดอัด |
| 5 × 200G | 1000G | ห้าเลนไม่เข้ากับสถาปัตยกรรมโมดูล 4 เลนหรือ 8 เลนทั่วไปอย่างเป็นธรรมชาติ | บังคับให้ใช้โครงสร้างแพ็คเกจและอินเทอร์เฟซโฮสต์ที่ผิดปกติ |
| 4 × 250G | 1000G | 250G ต่อเลนอยู่ระหว่างรุ่นการส่งสัญญาณหลัก | เพิ่มภาระทางเทคนิคโดยไม่มีข้อได้เปรียบด้านระบบนิเวศ |
ปัญหาไม่ใช่ว่าวิศวกรไม่สามารถคูณตัวเลขเพื่อให้ได้ 1000G ปัญหาคือการรวมกันดังกล่าวไม่น่าสนใจสำหรับระบบที่สามารถนำไปใช้งานได้ พวกมันจะทำให้สถาปัตยกรรมโมดูลซับซ้อนขึ้น ในขณะที่ให้ประโยชน์จากระบบนิเวศน้อยกว่า 800G หรือ 1.6T
เหตุใด 1000G จึงมีความซับซ้อนทางเทคนิค
การออกแบบเชิงทฤษฎีไม่เหมือนกับผลิตภัณฑ์มาตรฐานที่ใช้งานได้จริง ในออปติคัลดาต้าเซ็นเตอร์ โมดูลต้องพอดีกับระบบโฮสต์ ตรงตามความคาดหวังของอินเทอร์เฟซชิปสวิตช์ ASIC อยู่ภายในขีดจำกัดพลังงานและความร้อน รองรับความสมบูรณ์ของสัญญาณที่เชื่อถือได้ และเข้ากันได้กับระบบนิเวศการทดสอบและห่วงโซ่อุปทานที่กว้างขึ้น
การออกแบบ 5 × 200G ให้ผลลัพธ์ 1000G พอดี ในเชิงคณิตศาสตร์ มันใช้งานได้ แต่ในเชิงสถาปัตยกรรม มันน่าอึดอัด
โมดูลออปติคัลแบบเสียบได้ที่เป็นที่นิยมสร้างขึ้นจากโครงสร้างอินเทอร์เฟซที่จัดตั้งขึ้น เช่น การออกแบบสี่เลนและแปดเลน การเพิ่มเลนความเร็วสูงอีกเลนหนึ่งไม่เหมือนกับการเพิ่มสายไฟอีกเส้นในสายเคเบิลธรรมดา มันสามารถส่งผลกระทบต่อคอนเนคเตอร์ เคส การเดินสาย PCB รูปแบบความร้อน การจับคู่อินเทอร์เฟซ ASIC ความคาดหวังของเฟิร์มแวร์ และสถาปัตยกรรมการทดสอบ
นี่คือเหตุผลที่ 5 × 200G ไม่ใช่เส้นทางที่ชัดเจน มันบรรลุเป้าหมายทศนิยม แต่ทำได้โดยการต่อสู้กับระบบนิเวศแพ็คเกจ
การออกแบบ 4 × 250G ก็ให้ผลลัพธ์ 1000G เช่นกัน ครั้งนี้จำนวนเลนชัดเจนกว่า แต่อัตราต่อเลนนั้นน่าอึดอัด
เส้นทางการพัฒนาหลักกำลังก้าวจากการส่งสัญญาณระดับ 100G ไปสู่ระดับ 200G และต่อไปยังอินเทอร์เฟซไฟฟ้าระดับ 400G ตัวอย่างเช่น งานกรอบ CEI-448G ของ OIF มุ่งเน้นไปที่อินเทอร์เฟซไฟฟ้าในอนาคตที่ทำงานที่ 448Gb/s ต่อเลน และเน้นความท้าทายทางเทคนิคเกี่ยวกับมอดูเลชัน, FEC, ความสมบูรณ์ของสัญญาณ, ความหน่วง และพลังงาน (oiforum.com)
เป้าหมายเลน 250G ไม่ได้ให้ขั้นตอนระบบนิเวศที่ชัดเจนเหมือนกัน มันจะสร้างจุดกึ่งกลางที่ยากลำบาก โดยไม่มีโมเมนตัมการสร้างมาตรฐาน ปริมาณการผลิต หรือคุณค่าแผนงานระยะยาวที่เท่าเทียมกัน
โมดูลออปติคัลความเร็วสูงต้องได้รับการออกแบบเพื่อการผลิตและการนำไปใช้งาน ไม่ใช่แค่สำหรับอัตราบนป้ายชื่อ คำถามสำคัญคือ:
โฮสต์ ASIC รองรับอัตราเลนหรือไม่?
ฟอร์มแฟกเตอร์โมดูลรองรับอินเทอร์เฟซไฟฟ้าอย่างชัดเจนหรือไม่?
ช่องสัญญาณคอนเนคเตอร์และ PCB สามารถรักษาความสมบูรณ์ของสัญญาณได้หรือไม่?
งบประมาณพลังงานสมจริงหรือไม่?
วิธีการทดสอบและความคาดหวังในการทำงานร่วมกันมีความสมบูรณ์หรือไม่?
ผลิตภัณฑ์สามารถปรับขนาดได้ทั่วทั้งดาต้าเซ็นเตอร์หรือไม่?
800G และ 1.6T ตอบคำถามเหล่านี้ได้อย่างเป็นธรรมชาติมากกว่า 1000G พวกมันสอดคล้องกับขั้นตอนอัตราเลนหลักและการพัฒนาฟอร์มแฟกเตอร์ทั่วไป โมดูล 1000G จะตอบสนองความต้องการการตั้งชื่อแบบทศนิยมเป็นหลัก ไม่ใช่ข้อกำหนดทางวิศวกรรมที่แข็งแกร่งกว่า
800G มักถูกเข้าใจผิดว่าเป็นรุ่นกลางๆ ที่สุ่มขึ้นมา ในความเป็นจริง มันคือสะพานเชื่อมที่ใช้งานได้จริง มันช่วยให้อุตสาหกรรมก้าวข้าม 400G ได้โดยไม่ต้องบังคับให้ทุกส่วนของระบบกระโดดไปสู่ความซับซ้อน 1.6T ทันที
IEEE Std 802.3df-2024 เพิ่มพารามิเตอร์ MAC สำหรับ 800Gb/s และพารามิเตอร์ชั้นกายภาพและการจัดการสำหรับ 400Gb/s และ 800Gb/s IEEE P802.3dj จากนั้นจึงขยายงานมาตรฐานไปสู่ 1.6Tb/s และ 200Gb/s, 400Gb/s, 800Gb/s และ 1.6Tb/s ที่เกี่ยวข้อง (ieee802.org)
คุณค่าของ 800G คือสามารถต่อยอดจากแนวคิดที่คุ้นเคยจากระบบยุค 400G ในขณะที่เพิ่มแบนด์วิดท์รวม เมื่อฟอร์มแฟกเตอร์ กลยุทธ์อินเทอร์เฟซโฮสต์ ขอบเขตความร้อน และสถาปัตยกรรมออปติคัลเป็นที่เข้าใจแล้ว อุตสาหกรรมสามารถปรับปรุงอัตราเลนและประสิทธิภาพของส่วนประกอบได้ แทนที่จะออกแบบใหม่ทั้งหมดตั้งแต่ต้น
นั่นทำให้ 800G เป็นจุดย้ายที่ความเสี่ยงต่ำกว่า มันให้เวลาแก่ดาต้าเซ็นเตอร์ ผู้จำหน่ายสวิตช์ ผู้จำหน่ายโมดูล และระบบทดสอบในการปรับตัว ก่อนที่จะก้าวลึกลงไปในสถาปัตยกรรมระดับ 200G ต่อเลน และระดับ 1.6T
800G และ 1.6T ไม่ควรถือว่าเป็นคู่ "ดีกว่าหรือแย่กว่า" แบบง่ายๆ พวกมันแก้ปัญหาการนำไปใช้งานที่แตกต่างกันในจุดที่ความสมบูรณ์ต่างกัน
| ปัจจัย | โมดูลออปติคัล 800G | โมดูลออปติคัล 1.6T | การตีความทางวิศวกรรม |
|---|---|---|---|
| ความสมบูรณ์ของการนำไปใช้งาน | ตัวเลือกใกล้เคียงที่สมบูรณ์กว่า | ทิศทางใหม่ที่มีแบนด์วิดท์สูงขึ้น | 800G วางแผนได้ง่ายกว่าสำหรับระบบปัจจุบันจำนวนมาก |
| กรณีการใช้งานทั่วไป | การเชื่อมต่อดาต้าเซ็นเตอร์ AI, การประมวลผลประสิทธิภาพสูง, การสลับความจุสูง | ดาต้าเซ็นเตอร์ Hyperscale ระยะถัดไป และโครงข่าย AI ที่มีความหนาแน่นสูงขึ้น | 1.6T มีความเกี่ยวข้องเมื่อความหนาแน่นของแบนด์วิดท์มีความสำคัญมากขึ้น |
| โครงสร้างเลน | มักกล่าวถึงเกี่ยวกับเส้นทาง 8 × 100G หรือ 4 × 200G | จับคู่กับ 8 × 200G ได้อย่างเป็นธรรมชาติ | 1.6T ขยายตรรกะตามเลนเดียวกัน |
| แรงกดดันของระบบ | สำคัญแต่คุ้นเคยมากกว่า | ความต้องการไฟฟ้า, ออปติคัล, DSP, พลังงาน และความร้อนที่สูงขึ้น | 1.6T ต้องการความพร้อมของระบบที่แข็งแกร่งขึ้น |
| ตรรกะการวางแผนที่เหมาะสมที่สุด | ใช้เมื่อแบนด์วิดท์ 800G ตรงตามเป้าหมายการออกแบบเครือข่าย | ใช้เมื่อแผนงานระบบต้องการแบนด์วิดท์พอร์ตที่สูงขึ้นและรองรับระบบนิเวศ | การเลือกขึ้นอยู่กับการรองรับโฮสต์, พลังงาน, การระบายความร้อน, ระยะทาง, และเวลาในการนำไปใช้งาน |
โมดูลออปติคัล 800G เทียบกับ 1.6T: บริบทการนำไปใช้งาน
การมีอยู่ของ "1000BASE" อาจทำให้การสนทนาสับสน 1000BASE มีตัวเลข 1000 แต่หมายถึง 1000Mb/s หรือ 1Gb/s ไม่ใช่ 1000Gb/s
โครงการ 10GBASE-T ที่โฮสต์โดย IEEE อธิบายการย้ายความเร็ว LAN จาก 100Mb/s ไปสู่ 1000Mb/s โดยเฉพาะอย่างยิ่งการใช้ 1000BASE-T เป็นตัวอย่าง 1000Mb/s (ieee802.org)
นั่นหมายความว่า 1000BASE อยู่ในยุค Gigabit Ethernet ไม่ใช่หลักฐานว่าอุตสาหกรรมโมดูลออปติคัลความเร็วสูงควรมีรุ่น 1000G ที่เป็นที่นิยม ลิงก์ 1000BASE และโมดูลออปติคัล 800G ถูกคั่นด้วยสามอันดับของขนาดในบริบทการตั้งชื่อ และด้วยข้อสมมติฐานการออกแบบชั้นกายภาพที่แตกต่างกันมาก
ตรรกะเดียวกันที่อธิบาย 800G และ 1.6T ก็อธิบายได้ว่าเหตุใด 3.2T จึงเป็นขั้นตอนแนวคิดต่อไปที่เป็นธรรมชาติมากกว่า 2000G หรือ 2400G
หากจำนวนเลนยังคงอยู่ที่แปดและอัตราต่อเลนเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าอีกครั้ง:
8 × 400G = 3.2T
นั่นไม่ได้หมายความว่า 3.2T นั้นง่าย แต่มันหมายความว่าการคำนวณเป็นไปตามสถาปัตยกรรมเดียวกัน
เมื่อจำนวนเลนเท่าเดิม ความท้าทายจะอยู่ที่ประสิทธิภาพของแต่ละเลน โมดูลอาจไม่ต้องการเส้นทางออปติคัลเป็นสองเท่า แต่แต่ละเส้นทางไฟฟ้าและออปติคัลต้องส่งข้อมูลมากขึ้นอย่างมาก นั่นจะเพิ่มแรงกดดันต่อเครื่องส่ง, เครื่องรับ, การจับเวลา, การปรับสมดุล, DSP, FEC, คอนเนคเตอร์, ช่องสัญญาณ PCB และระบบความร้อน
กรอบ CEI-448G ของ OIF เน้นย้ำว่าเหตุใดเลนไฟฟ้าระดับ 400G ในอนาคตจึงมีความซับซ้อน: มอดูเลชัน, FEC, ความสมบูรณ์ของสัญญาณ, ความหน่วง, พลังงาน, การทำงานร่วมกัน และวิธีการวัด ล้วนกลายเป็นส่วนหนึ่งของปัญหาทางวิศวกรรม (oiforum.com)
ที่อัตราเลนที่สูงขึ้น ป้ายกำกับโมดูลเป็นเพียงส่วนที่มองเห็นได้ของปัญหา ช่องสัญญาณไฟฟ้าที่อยู่ระหว่าง ASIC และโมดูลกลายเป็นข้อจำกัดการออกแบบที่สำคัญ การสูญเสียคอนเนคเตอร์, การครอสทอล์ก, การเดินสาย PCB, การออกแบบการเปลี่ยนแพ็คเกจ, กลยุทธ์การรีไทม์, การปรับสมดุล และขอบเขตการทดสอบ ล้วนมีความสำคัญมากขึ้น
นี่คือเหตุผลที่ระบบระดับ 3.2T ในอนาคตไม่ใช่แค่ "1.6T ที่มีตัวเลขใหญ่ขึ้น" พวกมันต้องการความก้าวหน้าในมาตรฐานอินเทอร์เฟซไฟฟ้า, เครื่องยนต์ออปติคัล, ความสามารถ DSP, การบรรจุภัณฑ์, การจัดการความร้อน และการทดสอบการทำงานร่วมกัน
การไม่มีโมดูลออปติคัล 1000G ที่เป็นที่นิยมนั้นเข้าใจได้ง่ายขึ้นเมื่อป้ายกำกับโมดูลออปติคัลถูกอ่านเป็นผลลัพธ์ของสถาปัตยกรรม แทนที่จะเป็นเหตุการณ์สำคัญทางทศนิยม
เมื่ออ่านป้ายกำกับโมดูลออปติคัลความเร็วสูง ให้ถามคำถามสามข้อ:
เกี่ยวข้องกับเลนไฟฟ้าหรือออปติคัลกี่เลน?
อัตราการส่งสัญญาณต่อเลนคือเท่าใด?
ผลลัพธ์สอดคล้องกับฟอร์มแฟกเตอร์, มาตรฐาน, และระบบนิเวศการนำไปใช้งานที่สมบูรณ์หรือไม่?
ป้ายกำกับเช่น 800G หรือ 1.6T ไม่ใช่แค่ตัวเลขความจุ แต่สะท้อนถึงสถานะของเทคโนโลยี SerDes, การออกแบบแพ็คเกจ, ความพร้อมของส่วนประกอบออปติคัล, และการรองรับระบบโฮสต์
| รายการตรวจสอบ | เหตุผลที่สำคัญ | คำถามทางวิศวกรรมทั่วไป |
|---|---|---|
| อินเทอร์เฟซ ASIC โฮสต์ | กำหนดอัตราเลนที่รองรับ | สวิตช์รองรับเลนระดับ 100G, 200G หรือ 400G ในอนาคตหรือไม่? |
| ฟอร์มแฟกเตอร์โมดูล | ส่งผลต่อจำนวนเลน, พลังงาน, เคส, และการออกแบบคอนเนคเตอร์ | ระบบสร้างขึ้นรอบๆ QSFP-DD, OSFP, OSFP1600 หรือฟอร์มแฟกเตอร์อื่นหรือไม่? |
| งบประมาณพลังงานและความร้อน | อัตราเลนที่สูงขึ้นมักจะเพิ่มแรงกดดันด้านความร้อน | แผงหน้าและอากาศไหลสามารถรองรับระดับโมดูลเป้าหมายได้หรือไม่? |
| โครงสร้างพื้นฐานใยแก้วนำแสง | กำหนดว่าเส้นทางออปติคัลรองรับระยะทางและโครงสร้างเลนที่วางแผนไว้หรือไม่ | ใยแก้วนำแสง, คอนเนคเตอร์, และแผงแพทช์ที่มีอยู่เหมาะสมหรือไม่? |
| ข้อกำหนดระยะทาง | ลิงก์ระยะสั้น, ภายในแร็ค, ระหว่างแร็ค, และระยะไกล ใช้เลนส์ที่แตกต่างกัน | ระยะทางและประเภทใยแก้วนำแสงที่ลิงก์ต้องการคืออะไร? |
| ความต้องการแยกสาย (Breakout) | ส่งผลต่อการใช้พอร์ตและสถาปัตยกรรมสายเคเบิล | การออกแบบต้องการ 800G เป็น 2×400G, 800G เป็น 8×100G หรือการแยกสายที่คล้ายกันหรือไม่? |
| ความสมบูรณ์ของระบบนิเวศ | ส่งผลต่อความพร้อมใช้งาน, การทดสอบ, ต้นทุน, และความเสี่ยง | ประเภทโมดูลมีความสมบูรณ์เพียงพอสำหรับกำหนดการนำไปใช้งานหรือไม่? |
รายการตรวจสอบทางวิศวกรรมก่อนวางแผนลิงก์ 800G, 1.6T หรือ 3.2T
โมดูลออปติคัล 1000G ที่เป็นที่นิยมนั้นไม่มีอยู่จริง เพราะมันไม่สอดคล้องกับเส้นทางทางวิศวกรรมที่ใช้โดยออปติคัลความเร็วสูงสมัยใหม่ อุตสาหกรรมไม่ได้หลีกเลี่ยง 1000G เพราะไม่สามารถคูณให้ได้ 1000 แต่หลีกเลี่ยงเพราะ 800G, 1.6T และ 3.2T เข้ากับสถาปัตยกรรมหลักได้อย่างชัดเจนกว่า
ตรรกะหลักนั้นตรงไปตรงมา:
อัตราข้อมูลโมดูลออปติคัลถูกสร้างขึ้นจากจำนวนเลนและอัตราต่อเลน
สถาปัตยกรรมแปดเลนสร้าง 800G, 1.6T และ 3.2T ได้อย่างเป็นธรรมชาติเมื่อความเร็วต่อเลนเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า
วิวัฒนาการของ SerDes และอินเทอร์เฟซไฟฟ้าเคลื่อนที่ผ่านขั้นตอนเทคโนโลยีที่ยากลำบาก ไม่ใช่การเพิ่มขึ้นแบบทศนิยมที่ราบรื่น
ฟอร์มแฟกเตอร์ที่เป็นมาตรฐาน, ขีดจำกัดพลังงาน, ความสมบูรณ์ของสัญญาณ, และความพร้อมของระบบนิเวศมีความสำคัญมากกว่าตัวเลขกลมๆ
ในเครือข่ายออปติคัลความเร็วสูง คำถามที่ใช้งานได้จริงไม่ใช่ "ทำไมไม่มี 1000G?" คำถามที่ดีกว่าคือ: "สถาปัตยกรรมเลนและรุ่นการส่งสัญญาณใดที่สามารถสร้างมาตรฐาน, ผลิต, ทดสอบ, ระบายความร้อน, และนำไปใช้งานในระดับใหญ่ได้?" ภายใต้เลนส์นั้น 800G และ 1.6T ไม่ใช่ตัวเลขที่แปลก แต่เป็นผลลัพธ์ทางวิศวกรรม
ไม่มีโมดูลออปติคัล 1000G ที่เป็นที่นิยม เพราะ 1000G ไม่เข้ากับสถาปัตยกรรมเลนหลักและแผนงาน SerDes อย่างชัดเจน 800G สามารถจับคู่กับ 8 × 100G ได้ ในขณะที่ 1.6T จับคู่กับ 8 × 200G การออกแบบ 1000G จะต้องใช้การรวมกันที่น่าอึดอัด เช่น 8 × 125G, 5 × 200G หรือ 4 × 250G
ใช่ ในการตั้งชื่อโมดูลออปติคัล 1.6T หมายถึง 1.6 เทราบิตต่อวินาที ซึ่งเท่ากับ 1600 กิกะบิตต่อวินาที เป็นสองเท่าของอัตราการรวมของ 800G
800G สามารถเข้าถึงได้ด้วยการรวมเลนที่แตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับสถาปัตยกรรมโมดูลและอินเทอร์เฟซโฮสต์ ประเด็นสำคัญคือ 800G สอดคล้องกับรุ่นอัตราเลนที่เป็นที่ยอมรับ ในขณะที่การออกแบบ 1000G จะต้องใช้จำนวนเลนหรือความเร็วต่อเลนที่ไม่เป็นธรรมชาติ
1000BASE หมายถึงการตั้งชื่อ Gigabit Ethernet โดย 1000 หมายถึง 1000Mb/s หรือ 1Gb/s โมดูลออปติคัล 1000G ในทางทฤษฎีจะหมายถึง 1000Gb/s ซึ่งสูงกว่า 1Gb/s ถึง 1000 เท่า พวกมันอยู่ในยุคเครือข่ายที่แตกต่างกันมาก
การเลือกขึ้นอยู่กับความพร้อมของระบบและความต้องการแบนด์วิดท์ 800G มักจะใช้งานได้จริงมากกว่าสำหรับการนำไปใช้งานความเร็วสูงในระยะใกล้ ซึ่งความสมบูรณ์, พลังงาน, ต้นทุน และความเข้ากันได้มีความสำคัญ 1.6T มีความเกี่ยวข้องมากกว่าสำหรับระบบที่มีความหนาแน่นสูงกว่าที่สามารถรองรับเลนระดับ 200G และระบบนิเวศโมดูลที่ใหม่กว่า
ทิศทางต่อไปตามหลักการคือ 3.2T โดยอิงตามหลักการเพิ่มเลนเป็นสองเท่า: 8 × 400G = 3.2T ทิศทางนี้ขึ้นอยู่กับความก้าวหน้าในอินเทอร์เฟซไฟฟ้า, ความสมบูรณ์ของสัญญาณ, ส่วนประกอบออปติคัล, DSP, FEC, พลังงาน และการออกแบบความร้อน
คำถามที่พบบ่อยในเครือข่ายออปติคัลความเร็วสูงนั้นสมเหตุสมผลอย่างน่าประหลาดใจ: หาก 1T เท่ากับ 1000G ในการคิดแบบทศนิยมทั่วไป เหตุใดแผนงานโมดูลออปติคัลจึงเปลี่ยนจาก 400G เป็น 800G แล้วเป็น 1.6T แทนที่จะใช้ โมดูลออปติคัล 1000G ที่เป็นที่นิยม?
คำตอบไม่ใช่ว่า 1000G เป็นไปไม่ได้ในเชิงคณิตศาสตร์ ปัญหาที่แท้จริงคือความเร็วของโมดูลออปติคัลไม่ได้ถูกเลือกโดยการปัดเศษทศนิยม แต่ถูกกำหนดโดยสถาปัตยกรรมเลน อัตราเลน SerDes เทคโนโลยีการส่งสัญญาณ การออกแบบแพ็คเกจ งบประมาณพลังงาน และความพร้อมของระบบนิเวศ
ไม่มีโมดูลออปติคัล 1000G ที่เป็นที่นิยม เนื่องจากอัตราข้อมูลโมดูลออปติคัลความเร็วสูงถูกสร้างขึ้นจากการนับเลนคูณด้วยความเร็วมาตรฐานต่อเลน โมดูลออปติคัล 800G สามารถจับคู่กับ 8 × 100G ได้อย่างเป็นธรรมชาติ ในขณะที่โมดูลออปติคัล 1.6T จับคู่กับ 8 × 200G ได้อย่างเป็นธรรมชาติ อัตรา 1000G ไม่เข้ากับเส้นทางอัตราเลนหลักนั้นอย่างชัดเจน
นี่คือเหตุผลที่อุตสาหกรรมมีแนวโน้มที่จะก้าวผ่าน 100G, 200G, 400G, 800G, 1.6T และในที่สุด 3.2T แทนที่จะตามรูปแบบของผู้บริโภค 10G → 100G → 1000G IEEE Std 802.3df-2024 จัดการกับ Ethernet 400Gb/s และ 800Gb/s ในขณะที่ IEEE P802.3dj จัดการกับการทำงาน 200Gb/s, 400Gb/s, 800Gb/s และ 1.6Tb/s ซึ่งสะท้อนให้เห็นว่างาน Ethernet อย่างเป็นทางการเป็นไปตามการส่งสัญญาณและรุ่นอัตราเลนที่เฉพาะเจาะจง แทนที่จะเป็นบันไดการตั้งชื่อแบบทศนิยมง่ายๆ (standards.ieee.org)
อัตราข้อมูลโมดูลออปติคัล = จำนวนเลน × อัตราต่อเลน
โมดูลออปติคัลความเร็วสูงสามารถเข้าใจได้ดีที่สุดว่าเป็นระบบขนส่งแบบขนาน ความเร็วโมดูลทั้งหมดเป็นผลมาจากหลายเลนที่ทำงานร่วมกัน:
อัตราข้อมูลโมดูลทั้งหมด = จำนวนเลน × อัตราข้อมูลต่อเลน
สมการง่ายๆ นี้อธิบายแผนงาน 800G และ 1.6T ได้มาก ป้ายกำกับโมดูลไม่ใช่ตัวเลขสุ่มที่พิมพ์บนเอกสารข้อมูล แต่เป็นผลรวมของอินเทอร์เฟซไฟฟ้า เลนออปติคัล ความสามารถ DSP ข้อจำกัดแพ็คเกจ และมาตรฐานที่ทำงานร่วมกันได้
| รุ่นโมดูล | โครงสร้างเลนตัวอย่าง | อัตราข้อมูลทั้งหมด | ความหมายทางวิศวกรรม |
|---|---|---|---|
| 100G | 4 × 25G | 100G | การรวมความเร็วสูงในยุคแรกโดยใช้เลนความเร็วต่ำสี่เลน |
| 400G | 8 × 50G หรือ 4 × 100G | 400G | การเปลี่ยนไปสู่การส่งสัญญาณต่อเลนที่สูงขึ้น |
| 800G | 8 × 100G หรือ 4 × 200G | 800G | สะพานเชื่อมที่ใช้งานได้จริงระหว่าง 400G และ 1.6T |
| 1.6T | 8 × 200G | 1600G | ขั้นตอนต่อไปตามธรรมชาติเมื่อ 8 เลนเปลี่ยนไปเป็นการทำงานระดับ 200G |
| 3.2T | ทิศทาง 8 × 400G-class | 3200G | ทิศทางในอนาคตที่ขับเคลื่อนโดยการส่งสัญญาณต่อเลนที่สูงขึ้น |
แผนงานอัตราข้อมูลโมดูลออปติคัลความเร็วสูงตั้งแต่ 100G ถึง 3.2T
ทิศทาง OSFP1600 เป็นไปตามรูปแบบการปรับขนาดตามเลนเดียวกัน: 400G สามารถเชื่อมโยงกับอินเทอร์เฟซโฮสต์ 8 × 50Gb/s, 800G กับ 8 × 100Gb/s และ 1.6T กับ 8 × 200Gb/s (osfpmsa.org)
หลักการเดียวกันนี้ใช้กับรุ่นก่อนหน้า โมดูล QSFP28 100G สามารถเข้าใจได้ผ่านเลนระดับ 25G สี่เลน โมดูล 400G อาจสร้างขึ้นจากเลนระดับ 50G แปดเลน หรือเลนระดับ 100G สี่เลน ขึ้นอยู่กับการใช้งาน ประเด็นสำคัญไม่ใช่ว่าทุกผลิตภัณฑ์ใช้การออกแบบภายในแบบเดียวกัน แต่เป็นอัตราที่เป็นที่นิยมที่สร้างขึ้นจากการรวมเลนที่เป็นมาตรฐาน
นี่คือเหตุผลที่ 800G ไม่ใช่ตัวเลขกลางๆ ที่สุ่มขึ้นมา แต่เป็นผลลัพธ์ที่ชัดเจนของการรวมเลน เมื่อแปดเลนแต่ละเลนส่งข้อมูล 100G อัตราการรวมจะกลายเป็น 800G เมื่อเลนเดียวกันเหล่านั้นเปลี่ยนไปเป็น 200G อัตราการรวมจะกลายเป็น 1.6T
ฟอร์มแฟกเตอร์แบบเสียบได้ความหนาแน่นสูงสมัยใหม่มีความเชื่อมโยงอย่างมากกับจำนวนเลน QSFP-DD ถูกกำหนดให้เป็นระบบโมดูล 8 ช่องสัญญาณความหนาแน่นสูง ในขณะที่เอกสาร OSFP กำหนดข้อกำหนดสำหรับโมดูล คอนเนคเตอร์ เคส อินเทอร์เฟซไฟฟ้า พลังงาน กลไก และความร้อนสำหรับระบบ Octal Small Form Factor Pluggable
โครงสร้าง "8 เลน" นั้นเป็นหัวใจสำคัญของการสนทนา ภายใต้โมเดล 8 เลน:
8 × 100G = 800G
8 × 200G = 1.6T
8 × 400G = 3.2T
การออกแบบ 1000G ในทางทฤษฎีไม่เข้ากับเส้นทางนี้อย่างเป็นธรรมชาติ มันจะต้องใช้จำนวนเลนที่ไม่เป็นมาตรฐาน หรือความเร็วต่อเลนที่ไม่สอดคล้องกับแผนงานการส่งสัญญาณหลักอย่างเหมาะสม
ด้านไฟฟ้าของโมดูลออปติคัลมีความสำคัญพอๆ กับด้านออปติคัล ระหว่างชิปสวิตช์ ASIC และโมดูลออปติคัล ข้อมูลไฟฟ้าความเร็วสูงจะถูกส่งผ่านอินเทอร์เฟซ SerDes เมื่ออัตรา SerDes เพิ่มขึ้น ระบบจะต้องจัดการกับขอบเขตความสมบูรณ์ของสัญญาณที่แคบลง ความไวต่อการสูญเสียการแทรกที่สูงขึ้น การปรับสมดุลที่ต้องการมากขึ้น ข้อกำหนด FEC ที่เข้มงวดขึ้น และข้อจำกัดด้านพลังงานและความร้อนที่ยากขึ้น
วิวัฒนาการอัตราเลน SerDes และเส้นทางสัญญาณ
พูดง่ายๆ คือ อัตราเลนไม่ได้เพิ่มขึ้นอย่างราบรื่นจากตัวเลขใดๆ ไปยังตัวเลขใดๆ แต่มีแนวโน้มที่จะเคลื่อนที่ผ่านขั้นตอนเทคโนโลยีที่สำคัญ
ลำดับขั้นที่ง่ายขึ้นมีลักษณะดังนี้:
| ขั้นตอน | แนวคิดการส่งสัญญาณ / อัตราเลน | ผลกระทบทางวิศวกรรม | ความเกี่ยวข้องกับรุ่นโมดูล |
|---|---|---|---|
| 25G NRZ | การส่งสัญญาณแบบหนึ่งบิตต่อสัญลักษณ์ | ความซับซ้อนต่ำกว่ารุ่น PAM4 ในภายหลัง | ใช้ในสถาปัตยกรรมยุค 100G ก่อนหน้านี้ |
| 50G PAM4 | อัตราบิตที่สูงขึ้นผ่านการส่งสัญญาณหลายระดับ | เปิดใช้งานการรวมระดับ 400G ด้วยเลนที่มากขึ้น | สำคัญสำหรับการพัฒนา 400G |
| 100G PAM4 / 112G-class ไฟฟ้า | อัตราเลนไฟฟ้าที่สูงขึ้น | เปิดใช้งาน 800G ผ่านโครงสร้างระดับ 8 × 100G | สำคัญสำหรับ 800G |
| 200G PAM4 / 224G-class ไฟฟ้า | ขั้นตอนต่อไปที่สำคัญต่อเลน | เปิดใช้งาน 1.6T ผ่าน 8 × 200G | สำคัญสำหรับ 1.6T |
| ทิศทาง 400G-class / 448G-class ไฟฟ้า | งานอินเทอร์เฟซไฟฟ้าความเร็วสูงในอนาคต | ผลักดันความสมบูรณ์ของสัญญาณ, FEC, ความหน่วง, และพลังงานอย่างหนักยิ่งขึ้น | เกี่ยวข้องกับระบบระดับ 3.2T ในอนาคต |
มาตรฐาน Ethernet ปัจจุบันแยกการพัฒนา Ethernet ความเร็วสูงออกเป็นรุ่นการส่งสัญญาณที่แตกต่างกัน รวมถึงเส้นทางระดับ 100Gb/s และ 200Gb/s ซึ่งตอกย้ำประเด็นที่ว่าอัตราโมดูลออปติคัลถูกกำหนดโดยวิวัฒนาการอัตราเลน ไม่ใช่การปัดเศษทศนิยม (engagestandards.ieee.org)
NRZ และ PAM4 ไม่ใช่แค่รายละเอียดการตั้งชื่อ แต่เป็นส่วนหนึ่งของเหตุผลทางกายภาพที่ทำให้วิวัฒนาการอัตราเลนเป็นเรื่องยาก PAM4 ปรับปรุงปริมาณงานโดยการเข้ารหัสข้อมูลในสี่ระดับสัญญาณ แต่ก็ทำให้ขอบเขตระหว่างระดับแคบลงด้วย เมื่ออัตราเลนเพิ่มขึ้น ลิงก์จะไวต่อสัญญาณรบกวน การสูญเสียช่องสัญญาณ การครอสทอล์ก และคุณภาพการปรับสมดุลมากขึ้น
นี่คือเหตุผลที่ทุกการก้าวกระโดดของอัตราเลนเป็นมากกว่าการอัปเกรดความเร็ว มันส่งผลต่อส่วนหน้าแบบอะนาล็อก งบประมาณการสูญเสียช่องสัญญาณ การออกแบบคอนเนคเตอร์ การปรับสมดุล ความซับซ้อนของ DSP วิธีการทดสอบ และการออกแบบเชิงความร้อน
โมดูล 1000G สามารถเขียนบนกระดาษได้หลายวิธี:
| เส้นทาง 1000G ในทางทฤษฎี | ผลลัพธ์ทางคณิตศาสตร์ | ปัญหาทางวิศวกรรมหลัก | เหตุผลที่มันไม่ใช่เส้นทางหลัก |
|---|---|---|---|
| 8 × 125G | 1000G | อัตราต่อเลนไม่สอดคล้องกับเส้นทางหลัก 100G → 200G → 400G-class อย่างชัดเจน | สร้างเป้าหมายอัตราเลนที่น่าอึดอัด |
| 5 × 200G | 1000G | ห้าเลนไม่เข้ากับสถาปัตยกรรมโมดูล 4 เลนหรือ 8 เลนทั่วไปอย่างเป็นธรรมชาติ | บังคับให้ใช้โครงสร้างแพ็คเกจและอินเทอร์เฟซโฮสต์ที่ผิดปกติ |
| 4 × 250G | 1000G | 250G ต่อเลนอยู่ระหว่างรุ่นการส่งสัญญาณหลัก | เพิ่มภาระทางเทคนิคโดยไม่มีข้อได้เปรียบด้านระบบนิเวศ |
ปัญหาไม่ใช่ว่าวิศวกรไม่สามารถคูณตัวเลขเพื่อให้ได้ 1000G ปัญหาคือการรวมกันดังกล่าวไม่น่าสนใจสำหรับระบบที่สามารถนำไปใช้งานได้ พวกมันจะทำให้สถาปัตยกรรมโมดูลซับซ้อนขึ้น ในขณะที่ให้ประโยชน์จากระบบนิเวศน้อยกว่า 800G หรือ 1.6T
เหตุใด 1000G จึงมีความซับซ้อนทางเทคนิค
การออกแบบเชิงทฤษฎีไม่เหมือนกับผลิตภัณฑ์มาตรฐานที่ใช้งานได้จริง ในออปติคัลดาต้าเซ็นเตอร์ โมดูลต้องพอดีกับระบบโฮสต์ ตรงตามความคาดหวังของอินเทอร์เฟซชิปสวิตช์ ASIC อยู่ภายในขีดจำกัดพลังงานและความร้อน รองรับความสมบูรณ์ของสัญญาณที่เชื่อถือได้ และเข้ากันได้กับระบบนิเวศการทดสอบและห่วงโซ่อุปทานที่กว้างขึ้น
การออกแบบ 5 × 200G ให้ผลลัพธ์ 1000G พอดี ในเชิงคณิตศาสตร์ มันใช้งานได้ แต่ในเชิงสถาปัตยกรรม มันน่าอึดอัด
โมดูลออปติคัลแบบเสียบได้ที่เป็นที่นิยมสร้างขึ้นจากโครงสร้างอินเทอร์เฟซที่จัดตั้งขึ้น เช่น การออกแบบสี่เลนและแปดเลน การเพิ่มเลนความเร็วสูงอีกเลนหนึ่งไม่เหมือนกับการเพิ่มสายไฟอีกเส้นในสายเคเบิลธรรมดา มันสามารถส่งผลกระทบต่อคอนเนคเตอร์ เคส การเดินสาย PCB รูปแบบความร้อน การจับคู่อินเทอร์เฟซ ASIC ความคาดหวังของเฟิร์มแวร์ และสถาปัตยกรรมการทดสอบ
นี่คือเหตุผลที่ 5 × 200G ไม่ใช่เส้นทางที่ชัดเจน มันบรรลุเป้าหมายทศนิยม แต่ทำได้โดยการต่อสู้กับระบบนิเวศแพ็คเกจ
การออกแบบ 4 × 250G ก็ให้ผลลัพธ์ 1000G เช่นกัน ครั้งนี้จำนวนเลนชัดเจนกว่า แต่อัตราต่อเลนนั้นน่าอึดอัด
เส้นทางการพัฒนาหลักกำลังก้าวจากการส่งสัญญาณระดับ 100G ไปสู่ระดับ 200G และต่อไปยังอินเทอร์เฟซไฟฟ้าระดับ 400G ตัวอย่างเช่น งานกรอบ CEI-448G ของ OIF มุ่งเน้นไปที่อินเทอร์เฟซไฟฟ้าในอนาคตที่ทำงานที่ 448Gb/s ต่อเลน และเน้นความท้าทายทางเทคนิคเกี่ยวกับมอดูเลชัน, FEC, ความสมบูรณ์ของสัญญาณ, ความหน่วง และพลังงาน (oiforum.com)
เป้าหมายเลน 250G ไม่ได้ให้ขั้นตอนระบบนิเวศที่ชัดเจนเหมือนกัน มันจะสร้างจุดกึ่งกลางที่ยากลำบาก โดยไม่มีโมเมนตัมการสร้างมาตรฐาน ปริมาณการผลิต หรือคุณค่าแผนงานระยะยาวที่เท่าเทียมกัน
โมดูลออปติคัลความเร็วสูงต้องได้รับการออกแบบเพื่อการผลิตและการนำไปใช้งาน ไม่ใช่แค่สำหรับอัตราบนป้ายชื่อ คำถามสำคัญคือ:
โฮสต์ ASIC รองรับอัตราเลนหรือไม่?
ฟอร์มแฟกเตอร์โมดูลรองรับอินเทอร์เฟซไฟฟ้าอย่างชัดเจนหรือไม่?
ช่องสัญญาณคอนเนคเตอร์และ PCB สามารถรักษาความสมบูรณ์ของสัญญาณได้หรือไม่?
งบประมาณพลังงานสมจริงหรือไม่?
วิธีการทดสอบและความคาดหวังในการทำงานร่วมกันมีความสมบูรณ์หรือไม่?
ผลิตภัณฑ์สามารถปรับขนาดได้ทั่วทั้งดาต้าเซ็นเตอร์หรือไม่?
800G และ 1.6T ตอบคำถามเหล่านี้ได้อย่างเป็นธรรมชาติมากกว่า 1000G พวกมันสอดคล้องกับขั้นตอนอัตราเลนหลักและการพัฒนาฟอร์มแฟกเตอร์ทั่วไป โมดูล 1000G จะตอบสนองความต้องการการตั้งชื่อแบบทศนิยมเป็นหลัก ไม่ใช่ข้อกำหนดทางวิศวกรรมที่แข็งแกร่งกว่า
800G มักถูกเข้าใจผิดว่าเป็นรุ่นกลางๆ ที่สุ่มขึ้นมา ในความเป็นจริง มันคือสะพานเชื่อมที่ใช้งานได้จริง มันช่วยให้อุตสาหกรรมก้าวข้าม 400G ได้โดยไม่ต้องบังคับให้ทุกส่วนของระบบกระโดดไปสู่ความซับซ้อน 1.6T ทันที
IEEE Std 802.3df-2024 เพิ่มพารามิเตอร์ MAC สำหรับ 800Gb/s และพารามิเตอร์ชั้นกายภาพและการจัดการสำหรับ 400Gb/s และ 800Gb/s IEEE P802.3dj จากนั้นจึงขยายงานมาตรฐานไปสู่ 1.6Tb/s และ 200Gb/s, 400Gb/s, 800Gb/s และ 1.6Tb/s ที่เกี่ยวข้อง (ieee802.org)
คุณค่าของ 800G คือสามารถต่อยอดจากแนวคิดที่คุ้นเคยจากระบบยุค 400G ในขณะที่เพิ่มแบนด์วิดท์รวม เมื่อฟอร์มแฟกเตอร์ กลยุทธ์อินเทอร์เฟซโฮสต์ ขอบเขตความร้อน และสถาปัตยกรรมออปติคัลเป็นที่เข้าใจแล้ว อุตสาหกรรมสามารถปรับปรุงอัตราเลนและประสิทธิภาพของส่วนประกอบได้ แทนที่จะออกแบบใหม่ทั้งหมดตั้งแต่ต้น
นั่นทำให้ 800G เป็นจุดย้ายที่ความเสี่ยงต่ำกว่า มันให้เวลาแก่ดาต้าเซ็นเตอร์ ผู้จำหน่ายสวิตช์ ผู้จำหน่ายโมดูล และระบบทดสอบในการปรับตัว ก่อนที่จะก้าวลึกลงไปในสถาปัตยกรรมระดับ 200G ต่อเลน และระดับ 1.6T
800G และ 1.6T ไม่ควรถือว่าเป็นคู่ "ดีกว่าหรือแย่กว่า" แบบง่ายๆ พวกมันแก้ปัญหาการนำไปใช้งานที่แตกต่างกันในจุดที่ความสมบูรณ์ต่างกัน
| ปัจจัย | โมดูลออปติคัล 800G | โมดูลออปติคัล 1.6T | การตีความทางวิศวกรรม |
|---|---|---|---|
| ความสมบูรณ์ของการนำไปใช้งาน | ตัวเลือกใกล้เคียงที่สมบูรณ์กว่า | ทิศทางใหม่ที่มีแบนด์วิดท์สูงขึ้น | 800G วางแผนได้ง่ายกว่าสำหรับระบบปัจจุบันจำนวนมาก |
| กรณีการใช้งานทั่วไป | การเชื่อมต่อดาต้าเซ็นเตอร์ AI, การประมวลผลประสิทธิภาพสูง, การสลับความจุสูง | ดาต้าเซ็นเตอร์ Hyperscale ระยะถัดไป และโครงข่าย AI ที่มีความหนาแน่นสูงขึ้น | 1.6T มีความเกี่ยวข้องเมื่อความหนาแน่นของแบนด์วิดท์มีความสำคัญมากขึ้น |
| โครงสร้างเลน | มักกล่าวถึงเกี่ยวกับเส้นทาง 8 × 100G หรือ 4 × 200G | จับคู่กับ 8 × 200G ได้อย่างเป็นธรรมชาติ | 1.6T ขยายตรรกะตามเลนเดียวกัน |
| แรงกดดันของระบบ | สำคัญแต่คุ้นเคยมากกว่า | ความต้องการไฟฟ้า, ออปติคัล, DSP, พลังงาน และความร้อนที่สูงขึ้น | 1.6T ต้องการความพร้อมของระบบที่แข็งแกร่งขึ้น |
| ตรรกะการวางแผนที่เหมาะสมที่สุด | ใช้เมื่อแบนด์วิดท์ 800G ตรงตามเป้าหมายการออกแบบเครือข่าย | ใช้เมื่อแผนงานระบบต้องการแบนด์วิดท์พอร์ตที่สูงขึ้นและรองรับระบบนิเวศ | การเลือกขึ้นอยู่กับการรองรับโฮสต์, พลังงาน, การระบายความร้อน, ระยะทาง, และเวลาในการนำไปใช้งาน |
โมดูลออปติคัล 800G เทียบกับ 1.6T: บริบทการนำไปใช้งาน
การมีอยู่ของ "1000BASE" อาจทำให้การสนทนาสับสน 1000BASE มีตัวเลข 1000 แต่หมายถึง 1000Mb/s หรือ 1Gb/s ไม่ใช่ 1000Gb/s
โครงการ 10GBASE-T ที่โฮสต์โดย IEEE อธิบายการย้ายความเร็ว LAN จาก 100Mb/s ไปสู่ 1000Mb/s โดยเฉพาะอย่างยิ่งการใช้ 1000BASE-T เป็นตัวอย่าง 1000Mb/s (ieee802.org)
นั่นหมายความว่า 1000BASE อยู่ในยุค Gigabit Ethernet ไม่ใช่หลักฐานว่าอุตสาหกรรมโมดูลออปติคัลความเร็วสูงควรมีรุ่น 1000G ที่เป็นที่นิยม ลิงก์ 1000BASE และโมดูลออปติคัล 800G ถูกคั่นด้วยสามอันดับของขนาดในบริบทการตั้งชื่อ และด้วยข้อสมมติฐานการออกแบบชั้นกายภาพที่แตกต่างกันมาก
ตรรกะเดียวกันที่อธิบาย 800G และ 1.6T ก็อธิบายได้ว่าเหตุใด 3.2T จึงเป็นขั้นตอนแนวคิดต่อไปที่เป็นธรรมชาติมากกว่า 2000G หรือ 2400G
หากจำนวนเลนยังคงอยู่ที่แปดและอัตราต่อเลนเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าอีกครั้ง:
8 × 400G = 3.2T
นั่นไม่ได้หมายความว่า 3.2T นั้นง่าย แต่มันหมายความว่าการคำนวณเป็นไปตามสถาปัตยกรรมเดียวกัน
เมื่อจำนวนเลนเท่าเดิม ความท้าทายจะอยู่ที่ประสิทธิภาพของแต่ละเลน โมดูลอาจไม่ต้องการเส้นทางออปติคัลเป็นสองเท่า แต่แต่ละเส้นทางไฟฟ้าและออปติคัลต้องส่งข้อมูลมากขึ้นอย่างมาก นั่นจะเพิ่มแรงกดดันต่อเครื่องส่ง, เครื่องรับ, การจับเวลา, การปรับสมดุล, DSP, FEC, คอนเนคเตอร์, ช่องสัญญาณ PCB และระบบความร้อน
กรอบ CEI-448G ของ OIF เน้นย้ำว่าเหตุใดเลนไฟฟ้าระดับ 400G ในอนาคตจึงมีความซับซ้อน: มอดูเลชัน, FEC, ความสมบูรณ์ของสัญญาณ, ความหน่วง, พลังงาน, การทำงานร่วมกัน และวิธีการวัด ล้วนกลายเป็นส่วนหนึ่งของปัญหาทางวิศวกรรม (oiforum.com)
ที่อัตราเลนที่สูงขึ้น ป้ายกำกับโมดูลเป็นเพียงส่วนที่มองเห็นได้ของปัญหา ช่องสัญญาณไฟฟ้าที่อยู่ระหว่าง ASIC และโมดูลกลายเป็นข้อจำกัดการออกแบบที่สำคัญ การสูญเสียคอนเนคเตอร์, การครอสทอล์ก, การเดินสาย PCB, การออกแบบการเปลี่ยนแพ็คเกจ, กลยุทธ์การรีไทม์, การปรับสมดุล และขอบเขตการทดสอบ ล้วนมีความสำคัญมากขึ้น
นี่คือเหตุผลที่ระบบระดับ 3.2T ในอนาคตไม่ใช่แค่ "1.6T ที่มีตัวเลขใหญ่ขึ้น" พวกมันต้องการความก้าวหน้าในมาตรฐานอินเทอร์เฟซไฟฟ้า, เครื่องยนต์ออปติคัล, ความสามารถ DSP, การบรรจุภัณฑ์, การจัดการความร้อน และการทดสอบการทำงานร่วมกัน
การไม่มีโมดูลออปติคัล 1000G ที่เป็นที่นิยมนั้นเข้าใจได้ง่ายขึ้นเมื่อป้ายกำกับโมดูลออปติคัลถูกอ่านเป็นผลลัพธ์ของสถาปัตยกรรม แทนที่จะเป็นเหตุการณ์สำคัญทางทศนิยม
เมื่ออ่านป้ายกำกับโมดูลออปติคัลความเร็วสูง ให้ถามคำถามสามข้อ:
เกี่ยวข้องกับเลนไฟฟ้าหรือออปติคัลกี่เลน?
อัตราการส่งสัญญาณต่อเลนคือเท่าใด?
ผลลัพธ์สอดคล้องกับฟอร์มแฟกเตอร์, มาตรฐาน, และระบบนิเวศการนำไปใช้งานที่สมบูรณ์หรือไม่?
ป้ายกำกับเช่น 800G หรือ 1.6T ไม่ใช่แค่ตัวเลขความจุ แต่สะท้อนถึงสถานะของเทคโนโลยี SerDes, การออกแบบแพ็คเกจ, ความพร้อมของส่วนประกอบออปติคัล, และการรองรับระบบโฮสต์
| รายการตรวจสอบ | เหตุผลที่สำคัญ | คำถามทางวิศวกรรมทั่วไป |
|---|---|---|
| อินเทอร์เฟซ ASIC โฮสต์ | กำหนดอัตราเลนที่รองรับ | สวิตช์รองรับเลนระดับ 100G, 200G หรือ 400G ในอนาคตหรือไม่? |
| ฟอร์มแฟกเตอร์โมดูล | ส่งผลต่อจำนวนเลน, พลังงาน, เคส, และการออกแบบคอนเนคเตอร์ | ระบบสร้างขึ้นรอบๆ QSFP-DD, OSFP, OSFP1600 หรือฟอร์มแฟกเตอร์อื่นหรือไม่? |
| งบประมาณพลังงานและความร้อน | อัตราเลนที่สูงขึ้นมักจะเพิ่มแรงกดดันด้านความร้อน | แผงหน้าและอากาศไหลสามารถรองรับระดับโมดูลเป้าหมายได้หรือไม่? |
| โครงสร้างพื้นฐานใยแก้วนำแสง | กำหนดว่าเส้นทางออปติคัลรองรับระยะทางและโครงสร้างเลนที่วางแผนไว้หรือไม่ | ใยแก้วนำแสง, คอนเนคเตอร์, และแผงแพทช์ที่มีอยู่เหมาะสมหรือไม่? |
| ข้อกำหนดระยะทาง | ลิงก์ระยะสั้น, ภายในแร็ค, ระหว่างแร็ค, และระยะไกล ใช้เลนส์ที่แตกต่างกัน | ระยะทางและประเภทใยแก้วนำแสงที่ลิงก์ต้องการคืออะไร? |
| ความต้องการแยกสาย (Breakout) | ส่งผลต่อการใช้พอร์ตและสถาปัตยกรรมสายเคเบิล | การออกแบบต้องการ 800G เป็น 2×400G, 800G เป็น 8×100G หรือการแยกสายที่คล้ายกันหรือไม่? |
| ความสมบูรณ์ของระบบนิเวศ | ส่งผลต่อความพร้อมใช้งาน, การทดสอบ, ต้นทุน, และความเสี่ยง | ประเภทโมดูลมีความสมบูรณ์เพียงพอสำหรับกำหนดการนำไปใช้งานหรือไม่? |
รายการตรวจสอบทางวิศวกรรมก่อนวางแผนลิงก์ 800G, 1.6T หรือ 3.2T
โมดูลออปติคัล 1000G ที่เป็นที่นิยมนั้นไม่มีอยู่จริง เพราะมันไม่สอดคล้องกับเส้นทางทางวิศวกรรมที่ใช้โดยออปติคัลความเร็วสูงสมัยใหม่ อุตสาหกรรมไม่ได้หลีกเลี่ยง 1000G เพราะไม่สามารถคูณให้ได้ 1000 แต่หลีกเลี่ยงเพราะ 800G, 1.6T และ 3.2T เข้ากับสถาปัตยกรรมหลักได้อย่างชัดเจนกว่า
ตรรกะหลักนั้นตรงไปตรงมา:
อัตราข้อมูลโมดูลออปติคัลถูกสร้างขึ้นจากจำนวนเลนและอัตราต่อเลน
สถาปัตยกรรมแปดเลนสร้าง 800G, 1.6T และ 3.2T ได้อย่างเป็นธรรมชาติเมื่อความเร็วต่อเลนเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า
วิวัฒนาการของ SerDes และอินเทอร์เฟซไฟฟ้าเคลื่อนที่ผ่านขั้นตอนเทคโนโลยีที่ยากลำบาก ไม่ใช่การเพิ่มขึ้นแบบทศนิยมที่ราบรื่น
ฟอร์มแฟกเตอร์ที่เป็นมาตรฐาน, ขีดจำกัดพลังงาน, ความสมบูรณ์ของสัญญาณ, และความพร้อมของระบบนิเวศมีความสำคัญมากกว่าตัวเลขกลมๆ
ในเครือข่ายออปติคัลความเร็วสูง คำถามที่ใช้งานได้จริงไม่ใช่ "ทำไมไม่มี 1000G?" คำถามที่ดีกว่าคือ: "สถาปัตยกรรมเลนและรุ่นการส่งสัญญาณใดที่สามารถสร้างมาตรฐาน, ผลิต, ทดสอบ, ระบายความร้อน, และนำไปใช้งานในระดับใหญ่ได้?" ภายใต้เลนส์นั้น 800G และ 1.6T ไม่ใช่ตัวเลขที่แปลก แต่เป็นผลลัพธ์ทางวิศวกรรม
ไม่มีโมดูลออปติคัล 1000G ที่เป็นที่นิยม เพราะ 1000G ไม่เข้ากับสถาปัตยกรรมเลนหลักและแผนงาน SerDes อย่างชัดเจน 800G สามารถจับคู่กับ 8 × 100G ได้ ในขณะที่ 1.6T จับคู่กับ 8 × 200G การออกแบบ 1000G จะต้องใช้การรวมกันที่น่าอึดอัด เช่น 8 × 125G, 5 × 200G หรือ 4 × 250G
ใช่ ในการตั้งชื่อโมดูลออปติคัล 1.6T หมายถึง 1.6 เทราบิตต่อวินาที ซึ่งเท่ากับ 1600 กิกะบิตต่อวินาที เป็นสองเท่าของอัตราการรวมของ 800G
800G สามารถเข้าถึงได้ด้วยการรวมเลนที่แตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับสถาปัตยกรรมโมดูลและอินเทอร์เฟซโฮสต์ ประเด็นสำคัญคือ 800G สอดคล้องกับรุ่นอัตราเลนที่เป็นที่ยอมรับ ในขณะที่การออกแบบ 1000G จะต้องใช้จำนวนเลนหรือความเร็วต่อเลนที่ไม่เป็นธรรมชาติ
1000BASE หมายถึงการตั้งชื่อ Gigabit Ethernet โดย 1000 หมายถึง 1000Mb/s หรือ 1Gb/s โมดูลออปติคัล 1000G ในทางทฤษฎีจะหมายถึง 1000Gb/s ซึ่งสูงกว่า 1Gb/s ถึง 1000 เท่า พวกมันอยู่ในยุคเครือข่ายที่แตกต่างกันมาก
การเลือกขึ้นอยู่กับความพร้อมของระบบและความต้องการแบนด์วิดท์ 800G มักจะใช้งานได้จริงมากกว่าสำหรับการนำไปใช้งานความเร็วสูงในระยะใกล้ ซึ่งความสมบูรณ์, พลังงาน, ต้นทุน และความเข้ากันได้มีความสำคัญ 1.6T มีความเกี่ยวข้องมากกว่าสำหรับระบบที่มีความหนาแน่นสูงกว่าที่สามารถรองรับเลนระดับ 200G และระบบนิเวศโมดูลที่ใหม่กว่า
ทิศทางต่อไปตามหลักการคือ 3.2T โดยอิงตามหลักการเพิ่มเลนเป็นสองเท่า: 8 × 400G = 3.2T ทิศทางนี้ขึ้นอยู่กับความก้าวหน้าในอินเทอร์เฟซไฟฟ้า, ความสมบูรณ์ของสัญญาณ, ส่วนประกอบออปติคัล, DSP, FEC, พลังงาน และการออกแบบความร้อน
