數(shù)據(jù)中心的40G/100G 前景系統(tǒng)解析

隨著各類服務(wù)器、開關(guān)、布線和收發(fā)器最終進(jìn)行相互整合，我們預(yù)測數(shù)據(jù)中心40Gb/s互聯(lián)產(chǎn)品將得到騰飛。

推遲了約6個月，英特爾終于發(fā)布了新一代"Romley"體系結(jié)構(gòu)，每個微處理器能提供10個內(nèi)核，PCI Express 3.0總線支持更快速的I/O。在服務(wù)器和開關(guān)已經(jīng)發(fā)展成熟的條件下，因為數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施開始新一輪主要更新期，所以使用直連式電纜(DAC)、有源光纜(AOC)和光收發(fā)器的40G市場需求將上升。

10G困難重重

服務(wù)器一旦升級，需求更快速的架頂式開關(guān)上行鏈路。但是1G到10G的傳輸問題多多。在過去，包括千兆以太網(wǎng)(GbE) 和RJ-45板上局域網(wǎng)(LOM)等服務(wù)器是"免費的"——但是，今天雙端口10GBase-T的成本遠(yuǎn)高于先前 "慷慨"所造成的成本。再者，以前Cat5e也差不多是免費的，所以互聯(lián)不會是一個嚴(yán)重的成本問題，但是今天它(互聯(lián))是(一個嚴(yán)重的成本問題)了。

服務(wù)器公司向可插拔"子卡(daughter cards)"供應(yīng)10G端口，以消滅后續(xù)市場的競爭對手并確保公司享受高價。子卡具有不同的針對范圍：1G到10GBase-T和2個到4個SFP+端口，或?qū)?00G CXP到CFP/2的雙端口QSFP。服務(wù)器制造商從10G/40G升級中獲取巨額利潤，但是我們回避了問題的本質(zhì)--服務(wù)器公司會回到買家認(rèn)為免費的LOM模式嗎?

同時，10GBase-T已經(jīng)出現(xiàn)高功耗、尺寸和成本上的問題。這就打開了SFP+ DAC布線進(jìn)軍之門，然而10GBase-T供應(yīng)商開發(fā)28nm部件。該事件改變了整個行業(yè)的格局。但是DAC也有自己的問題，因為它"從電力"上連接兩個不同的系統(tǒng)，并且并不是所有的SFP+都是相似的。

LightCounting預(yù)測，2012年將實際有約100萬個10GBase-T端口，意味著約有500,000個連接點--基本上是，今天每個比較大型的單一數(shù)據(jù)中心就會有一個1GBase-T端口。SFP+ DAC的需求正在上升，約需求250萬到350萬個端口，多數(shù)是連接到服務(wù)器，連接到架頂式開關(guān)的數(shù)量不足700萬個。

SFP+ AOC即將在光纖終端模塊面市，光纖收發(fā)器通常用于連接距離超出7m的開關(guān)。LightCounting預(yù)測，2012年將出貨600萬個10G SFP+SR和LR光纖收發(fā)器。

40G成為"下一個寵兒"

將服務(wù)器-開關(guān)連接從1G升級到10G，迫使連接架頂式(top-of-rack)和列末(End-of-row)的開關(guān)上行鏈路以及所有的開關(guān)層調(diào)至40G。但是，盡管數(shù)據(jù)中心運營商從經(jīng)濟(jì)危機中恢復(fù)，預(yù)算依然十分緊張，"遞增式升級(incremental upgrades)"是運營商所青睞的模式。增加"所需的"10G/40G連接是運營商目前的購買方案。

100G似乎成為了所有貿(mào)易展覽會的寵兒和各大媒體的頭條新聞，人們將在未來的兩到三年內(nèi)投資40G。數(shù)據(jù)中心目前僅僅擊中了4G至6G的需求，從來不考慮10G，所以許多數(shù)據(jù)中心正處于需要升級的轉(zhuǎn)型階段。谷歌、Facebook和微軟等所謂的"百萬數(shù)據(jù)中心(Mega Data Centers)"每條花費10億美元，盡管它們十分吸引人的眼球，但是它們并不代表數(shù)據(jù)中心的主流。

將會出現(xiàn)追棒40G收發(fā)器商機的情況，在提供40G QSFP SR收發(fā)器和用于少于50m應(yīng)用的以太網(wǎng)AOC方面，許多收發(fā)器供應(yīng)商已經(jīng)展開架勢。超過10家收發(fā)器公司已經(jīng)宣布推出新款收發(fā)器和/或AOC，更多的供應(yīng)商正在趕來搶奪商機。入行技術(shù)門檻較低，對成本十分敏感的互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心(尤其是在中國)或在產(chǎn)能上實現(xiàn)全球崛起。

LightCounting預(yù)測，收發(fā)器行業(yè)將上演其傳統(tǒng)的價格爭斗--"讓我們自割喉嚨，看誰流血死到最后"。結(jié)果，40G SR模塊的價格降幅看似最大，從今天的約250美元降至190美元以下，以全部迎合明年OEM的要求。我們甚至看到有商家出價65美元，他們玩只要進(jìn)入市場就有希望的游戲。(但是您將得到您所付出的!)OEM以太網(wǎng)AOC價格低于190美元--目的在于將兩端和光纖實現(xiàn)完全相連。

在距離約100m范圍內(nèi)，唯一只有40G QSFP MSA能使用多模式光纖支持SR，或在10km范圍內(nèi)，使用雙工單模光纖支持SR--都是使用相同的QSFP開關(guān)端口。ColorChip和Sumitomo等其他公司提供QSFP模塊;Oclaro (通過與Opnext并購)、NeoPhotonics、菲尼薩集團(tuán)(Finisar)和InnoLight等公司提供較大型的CFP設(shè)備。與只有四個CFP端口相比，QSFP在每條線卡上允許36個端口。電壓為32伏，LightCounting表示他們更愿意把CFP稱為"輕巧型煎鍋(Compact Frying Pan)";這盡管在電信領(lǐng)域十分流行，但是在數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域卻不流行!OEM的價格幅度從2000美元到3000美元，主要是根據(jù)數(shù)據(jù)中心或電信的表現(xiàn)情況來定。

實行100G的情況更加復(fù)雜

行業(yè)里很多人認(rèn)為，數(shù)據(jù)中心急需要數(shù)以萬計的100G中等距離達(dá)到的連接，以支持服務(wù)器虛擬化、大數(shù)據(jù)、智能手機、平板電腦和甚至軟件網(wǎng)絡(luò)中即將出現(xiàn)的"洪水災(zāi)害"。10通道CXP主要是由大型核開關(guān)公司用于收發(fā)器和AOC領(lǐng)域。在4x25G的25G信號下，多模式噪聲尖峰導(dǎo)致多模式收發(fā)器的達(dá)到范圍降到50至70m;所以這些組件需要求前向糾錯(FEC)，和/或達(dá)到125m同等水平。

100G 2km存在的問題

事實已經(jīng)證明，在超出100m的范圍發(fā)送100G是十分困難的，開發(fā)時間遠(yuǎn)長于先前的預(yù)期。IEEE 40/100G High Speed Study Group在七月份召開會議，將研究時間再往后推6個月，以解決所遇到的技術(shù)問題。

對于到達(dá)更長距離的問題，工程師正在努力將所有的光學(xué)和電子學(xué)融入到新的MSA包中，并滿足所有功率、尺寸、電子和光學(xué)的要求。該目標(biāo)是可以實現(xiàn)的--但是成本和功率依然是大家所熟知的難題。CFP/2并不是一個已經(jīng)完成的部分!很多爭論依然集中在下一代MSA的zCXP vs CFP/2上，因為Molex 和 TE Connectivity一直都在支持zCXP。同時，Luxtera、 Kotura和LightWire/思科(Cisco)等硅電子公司生產(chǎn)能將所有需要的光學(xué)和電子學(xué)融入到QSFP中。

調(diào)整好25G至28G線性速率對IEEE來說十分重要，因為這是眾多協(xié)議的融合點：26G的InfiniBand EDR、25G的以太網(wǎng)、24G的SAS 4.0、28G的光纖通道(Fibre Channel)和28G的電信。

目前，在經(jīng)濟(jì)上，100m至600m范圍的問題上沒有其他的選擇;隨著數(shù)據(jù)中心越來越強大，這將成為IEEE領(lǐng)域中爭論的熱點和中心。每外延1m，收發(fā)器OEM的成本范圍從1000美元(1個CXP)到14000美元(1個以電信為中心的CFP)!我們通常所指的距離為2km，在有接線板和不干凈連接器的有損耗數(shù)據(jù)中心的環(huán)境下，實現(xiàn)該距離的應(yīng)用實際是將距離轉(zhuǎn)化為400m和600m之間，光預(yù)算約為4-5 dB。為了實現(xiàn)10km的距離，連接需要6 dB。正在研發(fā)新一代激光器和CMOS電子(而不是SiGe)，但是Mother Nature阻礙了我們行業(yè)發(fā)展的腳步。

結(jié)語

在未來的幾年中，將發(fā)展英特爾的Romley服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)、后續(xù)硅收縮、PCI Express 3.0、連接架頂式10G上行鏈路和交換基礎(chǔ)設(shè)施40G上行鏈路。在未來的3年內(nèi)，人們將投資轉(zhuǎn)移到支持40G連接上，但是大家都可以看到下一站是100G。IEEE將會解決技術(shù)層面的問題，100G基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)將在2014年年底開始實施。對于這個行業(yè)來說，處理好這些事情十分重要，因為100G的應(yīng)用時間將會比較長久。