Mit der steigenden Nachfrage nach groß angelegten Cloud-Diensten sowie der Speicherung und Verarbeitung in Rechenzentren werden Rechenzentrumssysteme zunehmend dezentralisiert und daher schwieriger zu verwalten. Darüber hinaus benötigen Anwendungen wie künstliche Intelligenz (KI) dringend Netzwerkarchitekturen mit geringer Latenz und hoher Bandbreite, um die großen Machine-to-Machine-Eingabe-/Ausgabeanforderungen (I/O) zwischen Servern zu bewältigen. Um die Umsetzung dieser Anwendungen zu gewährleisten, muss die maximale Übertragungsentfernung zwischen diesen verteilten Rechenzentren auf etwa 100 km begrenzt werden. Daher müssen diese Rechenzentren in Clustern verbunden werden. Um die Verbindung zwischen Rechenzentren mit hoher Bandbreite und hoher Dichte sicherzustellen, wurde 400ZR geboren. Dieses Papier konzentriert sich auf die Einführung der Definition, des Einflusses und des Entwicklungstrends von 400ZR.
Was ist 400ZR?
400ZR ist eine vom Optical Internetworking Forum OIF (Optical Internetworking Forum) definierte Spezifikation, die eine Kombination aus dichtem Wellenlängenmultiplex (DWDM) und Modulation höherer Ordnung verwendet, um 400 g über 80 km Data Center Interconnection (DCI)-Verbindungen zu übertragen. Ziel ist es, eine langfristige und stabile Umsetzung von 400G auf Basis eines einzigen Carriers sicherzustellen. Dieser einzelne Träger verwendet komplexes Polarisationsmultiplexing mit der 16--Ebenen-orthogonalen Amplitudenmodulation (dp-16qam) mit einer Rate von 60 Gbaud.
400GZR präsentiert eine einzigartige und fortschrittliche kohärente Technologie, die eine Datenübertragungslösung mit hoher Kapazität vorantreibt. Es ist klein, kompakt, Hot-Plug-fähig und kann mit 400GE-Switching-Ports kombiniert werden. Obwohl die Außenabmessungen des Moduls nicht im IA (Implementation Protocol) spezifiziert sind, hat das optische Internetforum OIF die Abmessungen des Moduls für die 400G-Lösung definiert. Darüber hinaus verfügt das Multi-Source-Protokoll (MSA) über definierte optische Module der Kapselungstypen QSFP-DD und OSFP, die miteinander verbunden werden können. Mit anderen Worten: Da OIF und MSA branchenweite Organisationen sind, wird die vermarktete konforme 400ZR-Lösung auch interoperabel sein. Die Interoperabilität der 400ZR-Lösung bietet außerdem den doppelten Vorteil, dass sie die Verwaltung und Bereitstellung der Lieferkette vereinfacht.
Das Hot-Plug-fähige kohärente 400ZR-Schema unterstützt nur 400G-Ethernet-Verbindungen und Multi-Vendor-Verbindungen. Es ist nicht für 400G MAN-Getriebe der nächsten Generation über 80 km geeignet. In diesem Fall wird der Standard 400ZR+ (400G ZR+) vorgeschlagen, der eine weitere Verbesserung der Modularität verspricht, indem er eine Vielzahl von Kanalkapazitäten basierend auf den Abdeckungsanforderungen und der Kompatibilität mit etablierten MAN-Infrastrukturen unterstützt.
Welche Auswirkungen wird 400ZR haben?
Obwohl die 400ZR-Technologie noch in den Kinderschuhen steckt, wird sie erhebliche Auswirkungen auf drei Branchen haben, darunter sehr große Rechenzentren, verteilte Campus-Netzwerke und Netzwerke in Großstädten sowie Telekommunikationsanbieter.
1. Der 400ZR hilft Cloud Computing und sehr großen Rechenzentren bei der Anpassung an die steigende Nachfrage nach hoher Bandbreite
Durch die Vernetzung von Rechenzentren und die Entwicklung des 400ZR können sich Cloud Computing und sehr große Rechenzentren an die wachsende Nachfrage nach hoher Bandbreite im Netzwerk anpassen. Sie können das exponentielle Wachstum von Anwendungen wie Cloud-Diensten, Internet-of-Things-Geräten und Video-Streaming bewältigen. Im Laufe der Zeit wurde die400G ZRwird einen größeren Beitrag zur wachsenden Anzahl von Anwendungen und Benutzern im gesamten Netzwerk leisten.
2. Der 400ZR unterstützt die Konnektivität verteilter Rechenzentren
Wie oben erwähnt, wird die 400ZR-Technologie Verbindungen mit hoher Bandbreite unterstützen, um verteilte Rechenzentren zu verbinden. Über diese Verbindung können verteilte Rechenzentren miteinander kommunizieren, Daten austauschen, Arbeitslasten ausgleichen, Backups bereitstellen und bei Bedarf die Kapazität des Rechenzentrums erweitern.
3. Mit dem 400ZR können Telekommunikationsunternehmen den Privatverkehr zurückleiten
Der 400G ZR-Standard wird es Telekommunikationsunternehmen ermöglichen, privaten Datenverkehr zurückzusenden. Beim Betrieb mit 200 Gbit/s kann der 400ZR die Reichweite verlustreicher Übertragungen mithilfe von 64-Gbaud-Herz- und QPSK-Modulation erhöhen. Für 5G-Netzwerke kann 400G ZR durch die Bündelung mehrerer 25-Gbit/s-Verbindungen mobiles Backhaul bereitstellen, was der Förderung des Ausbaus des aufstrebenden 5G-Netzwerkmarktes und Anwendungsbereichs förderlicher ist.
4. 400ZR+/400ZR- bietet mehr Komfort als 400ZR
Zusätzlich zu seiner Interoperabilität mit anderen Modulen wird erwartet, dass der 400ZR zusätzliche Betriebsmodi, bekannt als 400ZR+ und 400ZR-, unterstützt, um den Bereich adressierbarer Anwendungen zu erweitern. Das „+“ zeigt an, dass der Stromverbrauch des Moduls die von IA und einigen steckbaren Geräten geforderten 15 W übersteigt, sodass das Modul mithilfe leistungsfähigerer Signalverarbeitungstechnologien über Entfernungen von Hunderten von Kilometern übertragen kann. „-“ bedeutet, dass das Modul Low-Rate-Modi wie 300G, 200G und 100G unterstützen kann, was den Netzbetreibern mehr Flexibilität und Komfort bietet.
Wie lange hält die Hitze des 400ZR an?
Laut dem Chief Technology Officer des OFC 2019 wird voraussichtlich ein 400ZR-Produktmuster auf dem OFC 2020 zu sehen sein. Auf dem OFC-Rechenzentrumsgipfel 2019 kündigten Google, Microsoft und andere Branchenriesen Pläne an, den 400ZR innerhalb der nächsten zwei Jahre einzusetzen.
Darüber hinaus wird die Entwicklung der 400ZR-Technologie in 2021-2024 eine große Nachfrage nach Lichtmodulen mit sich bringen. Die folgende Abbildung zeigt den Umsatz vonOptische DWDM-Moduleauf dem Markt mit hoher Geschwindigkeit (über 100 G) und niedriger Geschwindigkeit (unter 100 G). Wie aus der Tabelle hervorgeht, wird die Zahl der optischen Module, die im Cloud Computing oder der Verbindung großer Rechenzentren eingesetzt werden, von 2021 bis 2024 zunehmen. Mit anderen Worten: Ab 2021 wird 400ZR die wachsende Nachfrage nach Lichtmodulen anführen.
Darüber hinaus wird sich mit der Implementierung des ersten 100-Gbit/s-Serialisierungs-/Desikkators auf einem Switch-Chip im Jahr 2021 die für die optische Schnittstelle erforderliche Übertragungsrate in den nächsten 1-2 Jahren auf 800 Gbit/s verschieben. Die OSFP-Abmessungen wurden so definiert, dass sie eine Rate von 8x100GE unterstützen, ohne die Art der Kapselung des optischen Moduls zu ändern. Gleichzeitig wird die leitungsseitige kohärente Optik im gleichen Zeitraum auf 128GBaud 16QAM-Unterstützung umgestellt, was ein einfaches Upgrade vom aktuellen 400ZR auf den 800ZR der nächsten Generation ermöglicht. Daher ist 400ZR sowohl für die aktuelle als auch für die zukünftige Netzwerkentwicklung von entscheidender Bedeutung.
