Historiquement, les interfaces Ethernet haut débit étaient initialement motivées par les exigences de densité et d'efficacité spectrale des fournisseurs de services. Les modules optiques commencent en grand - généralement une carte à la fois. Sur plusieurs générations, chaque vélocité a été fusionnée dans l'un des deux packages suivants : SFP et QSFP. Et à mesure que la demande augmente considérablement, le coût et la consommation d’énergie diminuent également progressivement.
Le taux de croissance sur cinq ans du 400GbE sans câble en cuivre ni AOC devrait également être 20 fois plus rapide que celui du 100GbE (voir figure ci-dessous : comparaison des cinq premières années du 100GbE et du 400GbE). Cette opportunité génère des investissements industriels sans précédent de la part d’entreprises et de startups établies.
400 GbEsur la voie rapide
Le 10GbE a mis dix ans pour évoluer de XENPAK vers SFP+. Le 100GbE a déployé CFP, CPAK et CFP2, puis est passé à QSFP28 en 5 ans. Le 100GbE a également souffert des faux pas du CFP4, mais a également appris une leçon clé : l'optique doit être synchronisée avec d'autres objectifs pour les plates-formes, les réseaux et les entreprises. Sinon, c'est une perte de temps et d'argent. La taille du CFP4 est attrayante, mais elle rompt la compatibilité ascendante et ne répond pas aux trois objectifs.
Atteindre une capacité élevée et un faible coût pour le 400GbE est essentiel pour les opérateurs de réseaux, les fabricants de puces, les fournisseurs de produits optiques, les fournisseurs de routeurs et de commutateurs, ainsi que pour de nombreux autres membres de l'écosystème optique. Notamment, l'une des raisons du déploiement réussi du 400GbE était la convergence du débit et du PMD entre les membres de l'IEEE, de l'OIF et du protocole multi-source (MSA). Malheureusement, l’industrie disposait initialement de deux modèles d’emballage enfichables, ce qui a conduit à un réaménagement et à une fabrication. Cette duplication peut réduire la capacité du marché à étendre les solutions communes.
Inconvénients des deux modes d'encapsulation de l'émetteur-récepteur
Les facteurs clés du lancement réussi du 400GbE comprennent le coût, la protection des investissements et la chaîne d'approvisionnement. Lorsque le coût est critique, il est important de ne pas surcharger les fonctionnalités. La norme 100GbE originale était basée sur une fibre monomode de 10 km. Plus tard, l’industrie a développé les courtes distances pour optimiser la puissance et réduire les coûts. Le 400GbE bénéficiera d'une gamme complète de disponibilité plus rapide et de tailles plus petites - de 1 m à 10 km initial en 2019 à 100 km en 2020.
Un autre facteur de coûts réside dans la réalisation d’économies d’échelle. Malheureusement, l’existence des deux formats d’encapsulation de modules empêche le marché de profiter pleinement des autres avantages de la cohérence. La fabrication au plus juste est essentielle pour réaliser des économies d’échelle, car la demande détermine la production et donc les coûts. Ainsi, la chaîne de production partagée est la clé, et les grands écosystèmes comptant des dizaines d’entreprises bénéficieront de la standardisation. L'écosystème comprend des développeurs d'équipements de fabrication, d'équipements de test, d'outils de conception de logiciels, de connecteurs et de cages, de solutions thermiques, d'équipements de conformité et de certification. Compte tenu des attentes initiales et de la croissance rapide du 400GbE, il est important de parvenir rapidement à un point commun.
Pourquoi la rétrocompatibilité est-elle si importante ?
Au cours de la dernière décennie, le rapport de coût entre les plates-formes mainframe et les dispositifs optiques s'est considérablement modifié en faveur des dispositifs optiques, une tendance qui ne fera que s'accélérer avec l'arrivée du 400GbE. La compatibilité entre les générations permet de compenser cette tendance. D'ici fin 2019, plus de 24 millions de modules QSFP seront déployés, avec un investissement de plus de 8 milliards de dollars. Même avec l'introduction du 400GbE, la demande pour le QSFP 100GbE continuera de croître fortement, grâce à l'émergence des serveurs 100GbE et à l'augmentation de la bande passante sur le réseau pour les entreprises et les fournisseurs de services.
Il ne suffit pas d’ajouter de nouveaux appareils et de fonctionner plus rapidement sur le même réseau ; plusieurs aspects de la compatibilité ascendante doivent être pris en compte, notamment la réutilisation des modules existants et l'investissement continu dans le 100GbE. Par conséquent, seuls les nouveaux ports prenant en charge les modules existants peuvent être implémentés. Deuxièmement, les avantages en termes de coût, de puissance et d’encombrement liés au déploiement des derniers routeurs et commutateurs sont antérieurs au besoin de fonctionnalités 400 GbE. Cela permet aux opérateurs de se préparer à la croissance future et de bénéficier de nouveaux matériels sans avoir à investir immédiatement dans l'optique 400GbE de première génération. Enfin, il est nécessaire de protéger les investissements dans les routeurs et commutateurs installés compatibles avec l'architecture de refroidissement (par exemple, de haut en bas ou d'un côté à l'autre). QSFP-DD résout ce problème en séparant les modules et les radiateurs, permettant ainsi de personnaliser le système hôte selon les besoins.
Dans la mesure du possible, la nouvelle génération devrait essayer de maintenir une compatibilité ascendante. L’extension de la compatibilité à la troisième ou même à la quatrième génération est techniquement exigeante, mais également précieuse. La décision d’équilibrer la protection des investissements et les nouvelles exigences n’est jamais simple. Le problème en 2017 et 2018 est la nécessité de conversions de formulaires encapsulés à 400 GbE, 800 GbE et à des vitesses encore plus élevées. Il est généralement admis que les conversions de formulaires encapsulés doivent être effectuées lorsque cela est absolument nécessaire en raison de problèmes techniques ou de coût. Parvenir à la protection des investissements, à une densité élevée et à une gamme complète de capacités nécessite des risques, mais QSFP-DD peut résoudre tout cela, permettant à l'industrie d'avancer avec des économies d'échelle.
Défis et solutions du QSFP-DD
La rétrocompatibilité avec QSFP-DD nécessite de relever divers défis, notamment la taille et la disposition des composants, le refroidissement des modules et du système, ainsi que les connecteurs électriques prenant en charge quatre et huit canaux à l'aide de SerDes 56G. Ces facteurs sont interdépendants et nécessitent la prise en compte d'autres composants du système, tels que les ASIC haute puissance. Bien entendu, ces défis mécaniques sont plus faciles à résoudre pour les nouveaux types de modules qui rompent la compatibilité avec les générations précédentes.
L’un des défis techniques les plus évidents est le refroidissement. Le PMD 400GbE initial devrait nécessiter 12 W, tandis que le QSFP28 ne prend en charge qu'environ 4 W. On comprend donc pourquoi certains ont du mal à franchir le pas. Le succès de l’objectif initial a conduit à une ambition encore plus grande. Le module cohérent 400ZR/ZR+, prévu pour 2020, pourra nécessiter 20W. L'innovation continue, y compris la conception des systèmes et des cages, a montré que cela est possible, et l'organisme de normalisation les approuvera bientôt.solutions pour QSFP-DD. La dernière étape pour prendre en charge 20 W est réalisée en ajoutant un radiateur à l'avant du module. Comme le montre la figure ci-dessous.
Une autre considération thermique est que les modules optiques ne peuvent pas être considérés comme un système fermé ; ils doivent fonctionner dans la conception globale d'un routeur, d'un commutateur ou d'un serveur. Par rapport à OSFP, une caractéristique importante des modules QSFP est que leur encombrement réduit permet une plus grande entrée d'air. Ce facteur profite au reste du système, comme le montre clairement la plateforme proposant les deux options.
Il existe de nombreux autres domaines dans lesquels la protection des investissements dans le QSFP-DD nécessite une collaboration à grande échelle à l’échelle de l’industrie. Chaque étape du passage du 40G au 400G représente un progrès technologique significatif, dont beaucoup étaient autrefois considérés comme impossibles. À ce stade, les gens commencent à relever ces défis pour les futures vitesses Ethernet, nous devrions donc être sceptiques quant à l'argument initial selon lequel le QSFP répétitif a atteint sa limite.
La gestion de la chaîne d'approvisionnement est devenue un facteur de différenciation clé pour le succès des fournisseurs de matériel et des opérateurs de réseaux. Le déploiement de centres de données évolutifs à grande échelle étant si vaste, la diversité des fournisseurs est essentielle, et si les deux modèles d'encapsulation modulaires persistent, chaque fournisseur devra peut-être diviser la gestion de la chaîne d'approvisionnement.
La meilleure option sur le marché est de fournir en gros à un coût acceptable. Une fois le modèle d'encapsulation du module intégré avec succès, le déploiement 400GbE bénéficiera de l'optimisation de tous les contributeurs et des multiples concurrents du fournisseur. Nous ne pouvons pas répéter les leçons du CFP4 simplement pour poursuivre une réduction injustifiée des risques à court terme.
Conclusion
Le lancement du 400GbE démarre en 2019 et va progresser rapidement. Le débat sur la forme du boîtier des modules optiques est en grande partie terminé, et que le fournisseur du système ait choisi QSFP-DD ou les deux, l'accent est désormais mis sur les vitesses futures. A terme, le 400GbE choisira majoritairement QSFP-DD. À mesure que l'industrie continue d'intégrer QSFP-DD, des économies d'échelle apparaîtront et le 400GbE atteindra son plein potentiel.
