Gli hyperscaler e il passaggio all’ethernet a 800 Gbps

I grandi hyperscaler stanno già passando all’ethernet 800 GbE, una tendenza che raggiungerà anche i data center di grandi e medie dimensioni.

Numerosi fornitori hanno già presentato il loro supporto 800G alla fiera OFC 2022 di Sandiego. Gli utenti si trovano di fronte a una pletora di standard e varianti di connettori.

Sebbene il focus dell’OFC 2022 (Optical Fiber Communication Conference and Exhibition) di San Diego fosse tarato sull’Ethernet a 400 Gigabit (GbE), l’800GbE ha già fatto la sua comparsa. Questo arrivo non è stata dimostrato solo dalla sessione IEEE “Beyond 400G”: espositori come Accelink, Eoptolink, Infinera, InnoLight Technology, Linktel, Marvell, Source Photonics e Surinno Photonics sono giunti in California con ricetrasmettitori da 800 GbE, mentre MultiLane, Keysight Technologies, Spirent Communications e Viavi Solutions hanno presentato le apparecchiature di test corrispondenti.

Questo fatto è davvero notevole in quanto l’ethernet a 400 Gb si è diffusa commercialmente solo nel 2019; è evidente che la domanda di larghezza di banda sta aumentando a un ritmo sempre più veloce. Nel 2019 gli operatori di rete prevedevano una crescita del traffico di rete del 25% annuo. Poi è arrivato il Covid-19 e in conseguenza l’home office al posto dell‘ufficio, le videoconferenze al posto dei viaggi di lavoro, la TV in streaming al posto del cinema. Il traffico dati globale è così aumentato del 35% in 12 mesi.

Gli hyperscaler stanno guidando la transizione

La società di ricerche di mercato LightCounting prevede che i cinque più grandi operatori di data center cloud e hyperscaler – Alibaba, Amazon, Facebook, Google e Microsoft – vedranno il picco di ricetrasmettitori da 200 GbE e 400 GbE nel prossimo anno per poi ricominciare a diminuire. Secondo questo, nel 2024 le vendite dei primi 5 clienti con ricetrasmettitori da 800 GbE supererebbero le vendite delle due generazioni tecnologiche precedenti.

Ma non solo i grandi hyperscaler avranno bisogno di una larghezza di banda notevolmente maggiore in futuro. Perché la quantità di dati aumenterà notevolmente anche in molte altre aree. Applicazioni affamate di prestazioni come la realtà aumentata e virtuale (AR/VR), che nei prossimi anni saranno sempre più utilizzate nella manutenzione e nell’assistenza nell’industria, le ispezioni video mediante droni, ad esempio di turbine eoliche, torri alte e altre parti inaccessibili di edifici, il controllo della qualità mediante telecamere e molte altre applicazioni di immagini in movimento genereranno quantità significative di dati, soprattutto se sono richiesti anche formati video a risoluzione più elevata, come nella telemedicina.

Anche le reti 5G del campus, che inoltrano i dati di sensori e macchine ai server periferici, e le reti pubbliche 5G, che accelerano l’accesso ai dati mobili, contribuiscono al crescente flusso di dati, così come le applicazioni di intelligenza artificiale affamate di dati che penetrano sempre più aree della vita.

La tecnologia 800 GbE offre più di una semplice larghezza di banda

Dopo che lo standard 800GBASE-R è stato approvato dall’Ethernet Technology Consortium nell’aprile 2020, ci è voluto meno di un anno per presentare i primi chip DSP adatti di quinta generazione. Nel frattempo, tutta una serie di fornitori ha presentato i ricetrasmettitori corrispondenti, come Hitek Systems, Marvell o Microchip. La nuova generazione di DSP, che viene prodotta per la prima volta in un processo CMOS a 7 nm, è caratterizzata da una serie di innovazioni.

Con velocità di trasmissione dati più elevate (>90 Gbaud), supporto per lunghezze d’onda 800 G e regolazione flessibile della larghezza di banda richiesta, consentono un traffico di rete più efficiente. Questo permette agli operatori di rete di ridurre i costi per bit per chilometro; anche il fabbisogno energetico in watt per bit per Km è inferiore rispetto alle precedenti generazioni di ricetrasmettitori. Possono anche configurare in modo più flessibile se hanno bisogno di una maggiore larghezza di banda o di un raggio più lungo.

La standardizzazione progredisce rapidamente

L’IEEE 802.3 Ethernet Working Group ha istituito la task force P802.3df, che deve definire gli standard per 800 Gbps e 1,6 Tbps Ethernet. Ci saranno anche ulteriori standardizzazioni per le varianti da 200 e 400 GbE.
L’ulteriore sviluppo della tecnologia Ethernet permette un aumento delle prestazioni in due modi. Dove finora erano possibili 400 Gbps tramite 8 corsie con 50 Gbps ciascuna (o lordo: 56 Gbps), con 800GbE si possono usare 8 corsie con 100 Gbps ciascuna (lordo: 112 Gbps). In alternativa, i nuovi standard permettono di combinare 2x400GbE in un flusso di dati da 800GbE. Allo stesso tempo, le innovazioni riguardano anche le precedenti varianti Ethernet. Con i ricetrasmettitori di nuova generazione, sarà possibile anche 400GbE con 4x100GBit/s. E i prossimi passi sono già all’orizzonte. L’anno prossimo saranno realizzati 1,6TbE, poi con 200 Gbit/s per corsia (lordo: 224 Gbit/s), che realizzeranno anche 800GbE con 4×200 Gbit/s.

L’organismo di standardizzazione International Photonics & Electronics Committee (IPEC) ha anche presentato le specifiche di base per le interfacce 800G DR8 e 2x400G FR4 alla fine di gennaio. Gli standard 800G DR e FR seguiranno nella seconda metà dell’anno. Il gruppo di lavoro PMD (Physical Media Dependent) dell’IPEC sta lavorando su una varietà di scenari di rete, compresa la trasmissione 800G su 500m, 2, 10 e 80 Km.

Transizione senza soluzione di continuità nelle interfacce…

Per trarre vantaggio da questi miglioramenti della larghezza di banda è stato necessario fornire una semplice transizione dalle ottiche a porta singola a quelle a doppia porta 400G nel fattore di forma 800G, permettendo alla base installata di connettori in fibra LC e MTP/MPO di continuare a essere utilizzata.
Due consorzi industriali concorrenti di produttori di ricetrasmettitori hanno presentato delle specifiche in questo senso, compresi i connettori per il cablaggio in fibra 800GbE.

OSFP MSA (Multi Source Agreement) ha aggiunto il supporto per 800GbE via dual-400G e octal-100G alla sua specifica del modulo OSFP (stato attuale: Rev 4.1) con la Revisione 4.0 nel maggio 2021. Tuttavia, il consorzio sottolinea che 800GbE era già possibile con la specifica precedente. Allo stesso tempo, è iniziato il lavoro sul futuro 1.6TbE, che sarà introdotto con la Rev. 5.0.
Quasi allo stesso tempo, il gruppo MSA QSFP-DD aveva esteso la sua specifica hardware 6.0 per la prima volta per includere lo standard QSFP-DD 800, che si basa anche su 2x400G o 8x100G e sarà successivamente esteso a 1,6TbE con 200Gb per corsia. Questo per assicurare una transizione senza problemi da 400GbE a 800 GbE e 1.6TbE.

…ma la diversificazione dei connettori

Le applicazioni 400 o 800G possono essere implementate in molti modi diversi. Questo aumenta anche la variabilità dei connettori. Questa tendenza era già evidente con 400GbE e continua con le soluzioni 800GbE. A causa di questa complessità, è consigliabile che gli operatori dei data center si rivolgano a specialisti del cablaggio come Rosenberger OSI quando implementano applicazioni a 400 o 800G e diano un’occhiata alle specifiche. Dopo tutto, quando si sceglie la giusta soluzione di cablaggio, l’applicazione da gestire è fondamentale.

Con lo standard multimodale 800G-SR8 per brevi distanze (fino a 50 m), verrà utilizzata la precedente tecnologia MPO/MTP, a scelta nella variante OM4 MPO/MTP 16 con taglio delle fibre smussato (APC8°), o come dual MPO /MTP 4+4 (OCTO), con taglio fibre dritto (PC0°). Tuttavia, sono in arrivo anche i nuovissimi connettori Very Small Form Factor (VSFF) come MDC o SN. In particolare, si ritiene che l’MDC (Miniature Duplex Connector) di US Conec, che può aumentare significativamente la densità delle porte e quindi risparmiare spazio nel rack, e abbia un grande potenziale per il futuro. Sviluppato come Media Dependent Interface (MDI) o interfaccia ottica dei nuovi ricetrasmettitori SFP-DD e QSFP-DD, in futuro potrebbe superare il connettore LC-Duplex.

Per lo standard monomodale 800G-DR8 (fino a 2 o 10 Km), si possono prevedere anche varianti MPO/MTP corrispondenti, nel caso MPO/MTP 16 APC 8° o come doppio MPO/MTP 4+4 (OCTO) APC 8°. Per non dimenticare i connettori MDC e SN già menzionati. Per la variante 800G-DR4 per distanze da 1 a 2 chilometri, anche l’MDC o l’SN devono essere utilizzati esclusivamente.
Gli standard 800G-FR8 e 800G-LR8 possono anche essere utilizzati per superare distanze fino a 2 o 10 Km. Qui i produttori continuano a fare affidamento sui connettori LC, proprio come con 800G-FR4, 800G-ZR e 800G-ZR-Lite. 800G-2FR4 e 800G-2LR4 sono fuori linea, per i quali si usano connettori LC doppi, inoltre in due diverse varianti: o come LC duplex monomodale (LC-Compact) o come dual mini LC, conosciuto anche come mini LC duplex.

Richiesto know-how aggiornato

Lo sviluppo dell’800GbE non è ancora finito: altri standard sono già stati annunciati. L’aumento della larghezza di banda mediante velocità di trasmissione più elevate per link o nuove combinazioni durante il raggruppamento di link si riflette in parte anche negli standard per 200 GbE e 400 GbE. Che cosa significa per l’infrastruttura, quali connettori sono necessari e qual è la situazione con la compatibilità con le versioni precedenti sono domande a cui è necessario rispondere.