Seks nye Ethernet-rater de neste tre årene

I løpet av de første 27 årene med Ethernet, opplevde vi introduksjonen av seks hastigheter for denne transmisjonsteknikken: 10 Mbit/s, 100 Mbit/s, 1 Gbit/s, 10 Gbit/s, 40 Gbit/s og 100 Gbit/s.

Nå jobber Ethernet-miljøene med å levere seks nye medierater for nettet: 2,5 Gbit/s, 5 Gbit/s, 25 Gbit/s, 50 Gbit/s, 200 Gbit/s og 400 Gbit/s – i løpet av den neste tre årene.

Nye anvendelser

Høyere hastigheter på Ethernet brukte å bli introdusert når båndbreddebehovet til industrien krevde høyere hastigheter av nettverkene. Men med Ethernets suksess ble det raskt tydelig at ett nytt fremskritt ikke kunne tilfredsstille alle anvendelsesområdene for Ethernet.

Dette ble tydelig illustrert for nærmere ti år siden, da man så at prosessering og kommunikasjon vokste med forskjellige hastigheter. Dette førte til at 40 Gbit/s ble valgt som neste hastighet for serverkommunikasjon etter 10 Gbit/s, mens 100 Gbit/s ble valgt som neste hastighet for nettverkene etter 10 Gbit/s.

It-industrien på sin side har en merkelig evne til å ta fatt i én Ethernet-løsning, og bruke den som de selv ser best. I stedet for å bruke 40 Gbit/s som en serverløsning, tok industrien og kombinerte den med 10 Gbit/s Ethernet.

Spesielle anvendelser

Denne kombinasjonen av 10 og 40 Gbit/s Ethernet har bidratt til å mate veksten av hyperskalerte datasentre, og mens dette har hatt en dramatisk effekt på industrien generelt, så har det også frigjort Ethernet til det neste evolusjonssteget – introduksjonen av hastigheter rettet mot spesielle anvendelser, i motsetning til å tvinge Ethernet-ratene til å passe en gitt anvendelse.

For eksempel førte verdens 70 milliarder meter med installert Kategori 5E og Kategori 6 kabling, som ikke støtter oppgradering til 10 Gbit/s Ethernet, at det ble satt i gang prosjekter for å utvikle 2,5 GbE og 5 GbE BASE-T. Disse nye spesifikasjonene kan brukes på eksisterende kabelsystemer og gi en tiltrengt hastighetsøkning i campus- og bedriftsmiljøer som er i gang med å rulle ut neste generasjons trådløse nettverk, IEEE 802.11ac. Den driver behovet for høyere bitrate enn dagens 1 Gbit/s opplinker.

400 Gbit/s Ethernet

Så mens vi så at 10/40 Gbit/s datasentre raskt kom på banen, innså bransjen et par ting. Først og fremst at en løsning for 100 Gbit/s med høyere tetthet var påkrevd, og at den enkleste måten å gjøre dette på var å redusere bredden på det elektriske grensesnittet fra ti spor på 10 Gbit/s til fire spor på 25 Gbit/s.

It-industrien innså også at det var et behov for et raskere Ethernet enn 100 Gbit/s, noe som førte til at jobben med å utvikle 400 Gbit/s kom i gang.

Utviklingen av denne Ethernet-varianten med høyere hastighet var forskjellig fra utviklingen av 40 Gbit/s og 100 Gbit/s Ethernet., siden nye teknologier trengtes for å komme fram til en praktisk 400 Gbit/s løsning.

Figur 2 viser designalternativer som kan vurderes under utviklingen av løsninger med høyere hastigheter, og hvordan de ble anvendt på målsetningen om 400 Gbit/s spesifikasjonen.

Alternative design

Flere fibre som kjører 25 Gbit/s ble valgt for løsningen som kjører over 100 meter multimode fiber. I tilfellene for singlemode fiber ble operasjonen på 50 Gbit/s eller raskere, i tillegg til PAM-4, en høyere ordens signalmodulasjon, valgt. Og, mens løsningen for 500 meter kabelstrekk kjører PAM-4 på 100 Gbit/s over fire fibre, fikk 2 kilometers- og 10 kilometersløsningene flere optiske kanaler (lambda/farger/bølgelengder tilsvarende slik DWDM fungerer), og kjører åtte kanaler hver på 50 Gbit/s.

Mens debatten om hvilke teknologier som skulle til for å realisere 400 Gbit/s Ethernet gikk, utviklet en ny dynamikk seg. Utviklingen av 25 Gbit/s signalering for å understøtte 100 Gbit/s operasjon, over bakplan i produkter, over kobber twinax kabling, og multimode fiber, ledet til erkjennelsen at 25 Gbit/s servere som bruker 100 Gbit/s nettverk kan brukes på tilsvarende måte som 10 Gbit/s og 40 Gbit/s i dag, vil drive den neste generasjonen av hyperskalerte datasentre. Standarden for å gjøre dette spranget er ferdig om ikke lenge.

50 GbE / 200 GbE 

Med den kommende ferdigstillingen av denne standarden, kombinert med det høye tempoet som hyperskalerte datasentre virker å vokse med, ble det nok en gang innsett at det trenges et raskere Ethernet for neste generasjon servere forbi 25 Gbit/s.

Siden den nye 50 Gbit/s signaleringsteknologien er under utvikling for å understøtte 400 Gbit/s nettverk, er valget opplagt: 50 Gbit/s. 

Dette resulterer riktignok i et nytt spørsmål: Hva vil den riktige nettverksløsningen bli? Når vi tenker på suksessen for 10GbE/40GbE og den forventete utrullingen av 25GbE/100GbE, så ser vi at den optimale løsningen for servere er den høyeste signaleringsraten, mens nettverksløsningen bruker fire ganger hastigheten av denne. Av dette følger det at it-industrien er nå i den starten av å utvikle 50 GbE og 200 GbE.

Neste standard blir 800 Gbit/s

Figur 3 viser hvordan dette har artet seg for Ethernet-industrien. Som vi har sett, så utvikles det ikke lenger en enkelt Ethernet-standard som skal brukes til alt, overalt. I stedet dukker det opp familier av Ethernet-rater, basert på den underliggende signaleringsteknikken.

Det er et par av en basis signalrate, og den tilhørende firedoble raten. Første generasjon er 10 GbE og 40 GbE; neste generasjon er 25 GbE og 100 GbE; og den nyeste generasjonen blir 50 GbE og 200 GbE.

Når vi studerer figuren, ser vi at løsninger basert på 2x og 8x er logiske og på trappene. Når vi vet at 100 Gbit/s PAM-4 optisk signalering er under utvikling, er også en fjerde generasjon datasenterarkitektur helt klart i sikte i det fjerne.

Dersom vi i tillegg tenker på utviklingen av 8x-løsninger, basert på 100 Gbit/s, ser vi at den neste hastigheten på Ethernet etter 400 Gbit/s, helt klart er 800 Gbit/s.

Ethernet er under kontinuerlig utvikling og dagene for fokus på utviklingen av en enkelt hastighet er forbi. Nå ser vi en it-industri som fokuserer på multiple Ethernet-hastigheter, for å utnytte investeringen gjort i utviklingen av nye signaleringsteknikker som muliggjør de nye multiple hastighetene.

Denne artikkelen skrevet av John D’Ambrosia og opprinnelig publisert på Networkworld.com. John D’Ambrosia er styreformann i Ethernet Alliance, et globalt konsortium som jobber med å utvikle og utvide bruken av Ethernet som teknologi. Han er også senior sjefsingeniør i Huawei. Artikkelen er oversatt og bearbeidet av Stig Øyvann.