400G以太网已经出现了,虽然现在应用较多的还是40G 和 100G,但是 400G 要么不来,要么汹涌澎湃。何以见得会汹涌澎湃呢?我们从三个维度来认识信息技术。第一个维度就是应用驱动,产业和市场的推进,这与行业标准化有一定关系,比如 IEEE 标准和 MSA 一些厂商形成的产业联盟。第二个维度就是设备层面。服务器、交换机、路由器和所有传输系统的接口标准。同时,视频流量会有一个迅猛的增长。如果把整个互联网的流量做一个分型,预计 80% 以上的流量都是视频。基本上所有的互联网应用形式都在往视频方面走,例如抖音,微信等。所以视频是未来大家交互的非常重要的平台,但是更重要的是实时视频流,例如多方视频会议就是一个典型的场景。以上是关于网络时延、带宽和流量组成方面做的一个解读。
当然,应用的驱动力也包括 5G,5G 从宏观上来讲大家只需要记住三件事情就足够了,第一,带宽;第二,接入的用户数量;第三时延。关于带宽,5G 的愿景是空中接口速率要达到 20G 下载速率,上传要保持 10G 的速率;延时小于一毫秒;每平方公里之内,支持一百万个连接对象;三者加在一起就达成了 5G 网络。这只是未来社会的神经系统,那么社会的的大脑是什么呢?就是各种形态的数据中心,所有流量都会进入不同形态的数据中心中计算和存储。
对于数据中心的发展,思科公司曾做过流量的统计报告,分析流量发生的场所。报告显示流量的 76% 是发生在数据中心的内部,远远高于数据中心和客户之间,以及数据中心与数据中心之间的流量。数据中心也是耗能最高的场所,与人体类似,大脑是人体中最耗能的器官,人的大脑大概是人体总耗能的 15%~20%;因为大量的数据运算和处理,所以在数据中心也是整个社会形态中最耗能的单位或场地。
从 IEEE 的技术线路图看,数据中心 400G 会很快到来,从自动化工业生产到车联网,从企业网络到运营商,400G 指针已经指向了两种应用场景:一个是云计算中心,另一个是高速传输链路。不同于全球趋势,中国市场的特殊之处是 - 大型企业网数据中心依然有着非常强劲的潜力,很多金融企业的超大规模数据中心也会很快迈进 400G。
2019 是 400G 的元年,2019 年也是 5G 移动通讯的元年,各位可以品味一下 400G 以太网和 5G 移动通讯之间的关系了。元年意味着什么?意味着刚刚起步。对于400G产业链来说,有四个基本诉求:1)更低的功耗;2)更低的成本;3)更好的兼容性;4)更快的交付时间,快速规模化。一些互联网公司,在 2019 年启动对400G 的基础研究,其中最重要的是考虑到 400G 模块之间的兼容性问题。
2019 年是 400G 的元年,那么什么时候 400G 会在我们的市场里扮演主要角色呢,这要看看收发器或称光模块的发展。从第三方机构的光模块发货趋势图可以看出,10G 的服务器和 40G 的网络速率搭配,25G的服务器和 100G 的网络速率搭配,50G 的服务器和200G 的网络搭配,100G 的服务器和 400G 的网络搭配出现。第一个结论是:我认为 200G 只是一个过渡产品,它不会成为主流。换句话来讲100G 之后最有可能在市场里占据主导地位的不是 200G,而是 400G,这就是我强调的一个非常重要的观点,100G 之后是 400G的时代,它会来得汹涌澎湃,因为它会跟 5G 移动网络所推进出来的数据中心协同发展。
LightCounting 组织的报告更为“惊艳”,假如我们把一个新的技术启动后,看它最初五年的发展,我们看到最初五年 100G 发展非常迟缓;但是 400G 不同,对比 100G 的最初五年增速 400G 增速要快很多。从2010 年到 2019 年,交换机背板带宽从 1.28T 的容量进入到 12.8T,今天,我们可以很容易买到一个 32 口的40G 交换机;明天,如果 400G 交换机大量出现必须解决能耗问题,在数据中心场景中发展 400G,需要把收发器的能耗尽快降下来。
从市场产品看,战斧 3 这个交换机可以在 1U 空间里支持 32 个 400G 以太网端口。这样一台 400G 交换机,相当于一组 Leaf/Spine 交换机群实现的交换性能。这样可以有更低的延时,可以有更高的效率,同时它的每字节的成本和功耗都会降下来,这是 400G 往前推进的诱人之处。
我们接下来看收发器。400G 的领域,我们希望把收发器做得更小一点,达到更高的密度,比如说 SN 制式或 CS 制式,它比 LC 做得还要小。甚至一个 LC 的空间可以放四个连接器,这样可以做出更好的分支,比如一个 400G 分成 4 个 100G。尺寸更小,成本更低,功耗更低,确实是市场需要的,但是在往这条路走的时候,有两件“初心”始终不要忘记,这两件事是:第一是标准化,如果不能够成为标准化的东西,它很难在市场里快速的推进,形成良性的生态圈。第二是更好的性价比。
从物理层看,国际标准增加了 MPO-16、MPO-32,MPO-24 等几种新的连接器类型,也加入了 OM5这种新的多模光纤类型,目标就是为 400G 服务,甚至800G 和 1.6T 服务。
从高速光纤连接器的发展看,无非是从三个维度推进。第一,时间要素。我们要争取光器件在单位时间里有更高的效率,这叫波特率,这是时间效率。但是我们发现,基于时间因素越来越难,这样我们进入第二个维度 - 空间要素。多根光纤放到一个连接器里面,这是空间维度。当我们发现空间维度特别消耗资源,所以空间这件事情,我们也不能一直做下去,所以我们要借用了第三个维度 - 光的频谱资源,也就是光波这个资源。这是一个非常庞大的资源,我们通过 WDM 波分复用来实现。我们把时间、空间再加上光谱三要素一起纳入进来,就可以非常轻松地实现 400G。
目前,400G 的收发器有很多种,但各位只需要关注三种就可以了。这三种要么已经标准化,要么正在标准化。这三种是 400GBASE-DR4,400GBASESR8 和 400GBASE-SR4.2。其中 SR4.2 与 OM5 是最佳搭档,预计 SR4.2 再加上宽带多模可能是未来支持400G 的一个非常好的手段。
从客户的角度,需要把布线成本和设备成本综合起来比较才有意义,目前看多模生态依然有较好的成本优势,但是单模成本也在下降,所以400GBASE-DR也有不错的前景。DR 收发器确实不错,但面临一个突出问题是,DR 因为降低了功耗,意味着距离会缩短到 500 米,随着功耗的降低,它对布线系统的耐受性变弱。DR 的出现是个好事情,但是需要一个非常优异低损耗的单模光纤系统来支撑它。
我为 400G 话题总结五句话。记住这五句话,基本上对 400G 落地实施有一个全面的认识。
第一,400G 将在 100G 后迅速出现,听起来像废话,言外之意就是 200G 是昙花一现。
第二,400G 的光模块的标准化和兼容性还有待成熟。2019 年是 400G 的元年,后面也许会越来越好。5G 无线技术会加速 400G 的发展。
第三,400GBASE-SR4.2 与多模 OM5 配合支持150 米以上。这对于设计者是一个非常利好的消息,在100 米以上的距离支持 400G 是数据中心需要的。
第四,400GBASE-DR4 会促使单模 MPO 大量出现,发展低损耗的单模光纤连接器件是非常重要的。
第五,400G 的主干链路尽可能考虑 24 芯的光纤部署,便于应对未来的光模块不确定性。这个世界变化太快,你并不知道未来哪种收发器会在你的数据中心里面出现并占据主要市场。