Históricamente, las interfaces Ethernet de alta velocidad fueron impulsadas inicialmente por los requisitos de densidad y eficiencia espectral de los proveedores de servicios. Los módulos ópticos empiezan siendo grandes, normalmente una tarjeta a la vez. A lo largo de varias generaciones, cada velocidad se ha fusionado en uno de dos paquetes: SFP y QSFP. Y a medida que la demanda aumenta sustancialmente, el costo y el consumo de energía también disminuyen gradualmente.
También se prevé que la tasa de crecimiento a cinco años de 400GbE sin cable de cobre ni AOC será 20 veces más rápida que la de 100GbE (consulte la figura a continuación: comparación de los primeros cinco años de 100GbE y 400GbE). Esta oportunidad está impulsando una inversión industrial sin precedentes por parte de empresas establecidas y nuevas empresas.
400 GbEen el carril rápido
El 10GbE tardó diez años en evolucionar de XENPAK a SFP+. El 100GbE implementó CFP, CPAK y CFP2, y luego pasó a QSFP28 en 5 años. El 100GbE también sufrió los errores del CFP4, pero también aprendió una lección clave: la óptica debe sincronizarse con otros objetivos para plataformas, redes y negocios. Si no, es una pérdida de tiempo y dinero. El tamaño del CFP4 es atractivo, pero rompe la compatibilidad con versiones anteriores y no cumple los tres objetivos.
Lograr alta capacidad y bajo costo para 400GbE es fundamental para los operadores de red, fabricantes de chips, proveedores ópticos, proveedores de enrutadores y conmutadores, y muchos otros miembros del ecosistema óptico. En particular, una de las razones del exitoso lanzamiento de 400GbE fue la convergencia de velocidad y PMD entre los miembros de IEEE, OIF y el protocolo de múltiples fuentes (MSA). Desafortunadamente, la industria inicialmente tenía dos modelos de envases enchufables, lo que llevó a su redesarrollo y fabricación. Esta duplicación puede reducir la capacidad del mercado para ampliar soluciones comunes.
Desventajas de los dos modos de encapsulación del transceptor
Los factores clave para el lanzamiento exitoso de 400GbE incluyen el costo, la protección de la inversión y la cadena de suministro. Cuando el costo es crítico, es importante no exagerar la funcionalidad. El estándar original de 100GbE se basaba en fibra monomodo de 10 km. Posteriormente, la industria desarrolló distancias cortas para optimizar la energía y reducir costos. Los 400GbE se beneficiarán de una gama completa de disponibilidad más rápida y tamaños más pequeños, desde los 1 ma 10 km iniciales en 2019 hasta los 100 km en 2020.
Otro factor de costos es lograr economías de escala. Desafortunadamente, la existencia de ambos formatos de encapsulación de módulos impide que el mercado aproveche al máximo los demás beneficios de la coherencia. La fabricación ajustada es esencial para las economías de escala, ya que la demanda impulsa la producción y, por tanto, los costos. Por tanto, la línea de producción compartida es la clave y los grandes ecosistemas con decenas de empresas se beneficiarán de la estandarización. El ecosistema incluye desarrolladores de equipos de fabricación, equipos de prueba, herramientas de diseño de software, conectores y jaulas, soluciones térmicas y equipos de cumplimiento y certificación. Dadas las expectativas iniciales y el rápido crecimiento de 400GbE, es importante lograr puntos comunes rápidamente.
¿Por qué es tan importante la compatibilidad con versiones anteriores?
Durante la última década, la relación de costos entre las plataformas mainframe y los dispositivos ópticos se ha desplazado significativamente hacia los dispositivos ópticos, una tendencia que solo se acelerará con la llegada de 400GbE. La compatibilidad entre generaciones ayuda a contrarrestar esta tendencia. A finales de 2019, se implementarán más de 24 millones de módulos QSFP, con una inversión de más de 8 mil millones de dólares. Incluso con la introducción de 400GbE, la demanda de QSFP de 100GbE seguirá creciendo con fuerza, gracias a la aparición de servidores de 100GbE y al mayor ancho de banda en toda la red para empresas y proveedores de servicios.
No basta con agregar nuevos dispositivos y ejecutar más rápido en la misma red; Se deben considerar múltiples aspectos de la compatibilidad con versiones anteriores, incluida la reutilización de módulos existentes y la inversión continua en 100GbE. Por lo tanto, sólo se pueden implementar puertos nuevos que admitan módulos existentes. En segundo lugar, las ventajas de costo, energía y espacio que supone implementar los últimos enrutadores y conmutadores son anteriores a la necesidad de una funcionalidad de 400 GbE. Esto permite a los operadores prepararse para el crecimiento futuro y beneficiarse del nuevo hardware sin tener que invertir inmediatamente en la óptica de 400GbE de primera generación. Por último, existe la necesidad de proteger las inversiones en enrutadores y conmutadores instalados que sean compatibles con la arquitectura de refrigeración (por ejemplo, de arriba a abajo o de lado a lado). QSFP-DD resuelve este problema separando módulos y radiadores, lo que permite personalizar el sistema host según sea necesario.
Siempre que sea posible, la nueva generación debería intentar mantener la compatibilidad con versiones anteriores. Ampliar la compatibilidad de tercera o incluso cuarta generación es técnicamente exigente, pero también valioso. La decisión de equilibrar la protección de la inversión con los nuevos requisitos nunca es sencilla. El problema en 2017 y 2018 es la necesidad de conversiones de formularios encapsulados a 400 GbE, 800 GbE e incluso velocidades más altas. Generalmente se acepta que las conversiones de formularios encapsulados deben realizarse cuando sea absolutamente necesario debido a problemas técnicos o de costo. Lograr protección de la inversión, alta densidad y una gama completa de capacidades requiere riesgo, pero QSFP-DD puede abordar todo esto, permitiendo a la industria avanzar con economías de escala.
Desafíos y soluciones de QSFP-DD
La compatibilidad con versiones anteriores de QSFP-DD requiere abordar una variedad de desafíos, incluido el tamaño y el diseño de los componentes, la refrigeración del módulo y del sistema, y los conectores eléctricos que admiten cuatro y ocho canales utilizando SerDes 56G. Estos factores están interrelacionados y requieren la consideración de otros componentes del sistema, como el ASIC de alta potencia. Por supuesto, estos desafíos mecánicos son más fáciles de resolver para nuevos tipos de módulos que rompen la compatibilidad con generaciones anteriores.
Uno de los desafíos técnicos más obvios es el enfriamiento. Se espera que el PMD de 400 GbE inicial requiera 12 W, mientras que el QSFP28 solo admite alrededor de 4 W, por lo que es comprensible por qué a algunos les resulta difícil dar el salto. El éxito del objetivo original impulsó una ambición aún mayor. El módulo coherente 400ZR/ZR+, previsto para 2020, puede requerir 20W. La innovación continua, incluidos los sistemas y el diseño de jaulas, ha demostrado que esto es posible, y la organización de estándares pronto los aprobará.soluciones para QSFP-DD. El último paso para admitir 20W se logra agregando un radiador en la parte frontal del módulo. Como se muestra en la siguiente figura.
Otra consideración térmica es que los módulos ópticos no pueden considerarse un sistema cerrado; deben operar en el diseño general de un enrutador, conmutador o servidor. En comparación con OSFP, una característica importante de los módulos QSFP es que su tamaño más pequeño permite una mayor entrada de aire. Este factor beneficia al resto del sistema, como se puede comprobar claramente en la plataforma que ofrece ambas opciones.
Hay muchas otras áreas en las que lograr la protección de la inversión en QSFP-DD requiere una colaboración a gran escala de toda la industria. Cada paso en el viaje de 40G a 400G representa un progreso tecnológico significativo, muchos de los cuales alguna vez se consideraron imposibles. En esta etapa, la gente está comenzando a abordar estos desafíos para las futuras velocidades de Ethernet, por lo que debemos ser escépticos ante el argumento inicial de que el QSFP repetitivo ha llegado a su límite.
La gestión de la cadena de suministro se ha convertido en un factor diferenciador clave para el éxito de los proveedores de hardware y operadores de redes. Debido a que el despliegue de centros de datos escalables a gran escala es tan grande, la diversidad de proveedores es fundamental y, si los dos patrones de encapsulación modular persisten, es posible que cada proveedor tenga que dividir la gestión de la cadena de suministro.
La mejor opción del mercado es suministrar al por mayor a un coste aceptable. Una vez que el patrón de encapsulación del módulo se integre exitosamente, la implementación de 400GbE se beneficiará de la optimización de todos los contribuyentes y múltiples competidores del proveedor. No podemos repetir las lecciones de la PPC4 sólo para perseguir una reducción injustificada del riesgo a corto plazo.
Conclusión
El lanzamiento de 400GbE comienza en 2019 y aumentará rápidamente. El debate sobre la forma del empaquetado de los módulos ópticos ha terminado en gran medida y, ya sea que el proveedor del sistema haya elegido QSFP-DD o ambos, la atención se ha desplazado ahora a las velocidades futuras. A largo plazo, los 400GbE elegirán principalmente QSFP-DD. A medida que la industria continúe integrando QSFP-DD, surgirán economías de escala y 400GbE alcanzará su máximo potencial.
