L'essor du 400G change le paysage des centres de données

Nov 08, 2023

Les opérateurs de centres de données et la chaîne d'approvisionnement des centres de données maintiennent le cap vers le 400G

Des vitesses Ethernet plus élevées, le cloud computing, l'IoT et les centres de données virtuels ont fait monter les enchères pour les opérateurs de centres de données. Les opérateurs de centres de données à grande échelle encouragent une adoption plus large des liaisons 100G et des technologies de modules. Parallèlement, les facteurs de forme 400G et les modules optiques sont sur le point d'être lancés à grande échelle en 2019. Ce changement au sein de l'industrie des centres de données marquera un doublement impressionnant de la densité de QSFP28 (Quad Small Form Factor Pluggable 28G ) jusqu'à quadrupler la bande passante avec une consommation électrique globale inférieure pour un module 400G à quatre modules 100G.

Avec le développement de puces 56G PAM-4 ASIC (circuit intégré spécifique à l'application) de plus en plus puissantes pour les commutateurs de réseau de sociétés telles que Broadcom, Innovium, Nephos et Barefoot Networks, la demande continue de croître pour les interconnexions et modules optiques de nouvelle génération.

Ces nouveaux ASIC offrent une bande passante de 12,8 Tbit/s, ce qui donne des commutateurs de nouvelle génération pouvant fournir 32 ports de 400 Gbit/s. Alternativement, si une architecture de centre de données nécessite une base plus élevée, ces ASIC peuvent être exécutés en mode de boîte de vitesses inversée de sorte qu'ils puissent fournir 128 ports de 100 Gbps. Les équipementiers traditionnels tels que Cisco et Arista et les fabricants de boîtes blanches tels que Accton, QCT et Celestica se précipitent pour produire ces commutateurs à vitesse plus élevée, dont beaucoup sont déjà commercialisés. À mesure que les commutateurs 400G deviennent facilement disponibles, il est essentiel que les interconnexions optiques et en cuivre soient également qualifiées et disponibles pour prendre en charge le déploiement réel.

Quels sont les facteurs qui génèrent de nouveaux besoins ? Selon IDC, les besoins en stockage des centres de données augmentent de plus de 50 % par an, les informations numériques devant atteindre 40 zettaoctets d'ici 2020 et 163 zettaoctets d'ici 2025. Plusieurs facteurs clés contribuent à cette croissance, notamment une vague de transitions vers le cloud. stockage, systèmes ouverts, edge computing, machine learning, deep learning et intelligence artificielle.

La réalité virtuelle commence seulement à gagner du terrain à grande échelle. Et, la réalité des véhicules sans conducteur qui se généraliseront dans un avenir prévisible exercera des pressions exponentielles sur les infrastructures des centres de données.

L'obsolescence programmée est toujours une réalité pour les centres de données à grande échelle qui mettent à jour en moyenne l'architecture globale du réseau environ tous les deux ans pour suivre le rythme des demandes de bande passante.

La chaîne d'approvisionnement des centres de données s'est intensifiée pour créer des solutions toujours plus puissantes, économes en énergie et évolutives. À l'heure actuelle, les technologies 100G offrent les connexions les plus rapides pour les liaisons Ethernet. Les implémentations des technologies Ethernet 100G et 400G continueront d'augmenter dans les années à venir, ces dernières prenant finalement la tête pour devenir la vitesse dominante dans les puces de commutation et les plates-formes réseau.

Que voyons-nous en regardant vers l'avenir ? Une gamme impressionnante de solutions d'infrastructure de centre de données conçues pour répondre aux exigences croissantes de l'hyperscale pour une bande passante et une puissance supérieures. Les solutions de nouvelle génération exploitant le cuivre et l'optique offrent une intégrité élevée du signal, une latence plus faible et une perte d'insertion plus faible pour une efficacité, une vitesse et une densité maximales.

Des câbles en cuivre (DAC) capables d'atteindre 400G existent déjà, tandis que des émetteurs-récepteurs optiques permettant des connexions de commutateurs 400G sont rapidement qualifiés en vue d'un lancement à grande échelle. Actuellement en échantillonnage bêta, les émetteurs-récepteurs 100G Single Lambda et 400G arriveront bientôt sur le marché. La montée en puissance du 400G commencera entre le milieu et la fin de 2019, car les premiers utilisateurs qui nécessitent une bande passante plus élevée déploieront ces produits, avant même que les coûts de la chaîne d'approvisionnement ne diminuent et que l'érosion des prix ne commence.

De nombreux centres de données continueront de déployer des émetteurs-récepteurs 100G CWDM4 pour des liaisons à plus longue portée, tandis que la demande de 100G PSM4 disparaît rapidement et que les fournisseurs quittent le marché. Au fur et à mesure que les produits d'émetteurs-récepteurs 100G Single Lambda (100G-DR ou 100G-FR) seront disponibles au début de 2019, ils devraient cannibaliser le marché 100G CWDM4 car les attentes en matière de prix sont plus faibles, en plus du fait que les produits lambda simples sont capables d'interopérer directement. avec des émetteurs-récepteurs 400G dans une topologie de dérivation.

Au fur et à mesure que les bandes passantes migrent plus haut, l'industrie continuera de connaître une élimination progressive des technologies 10G et 40G car elles sont remplacées par des émetteurs-récepteurs optiques, des câbles à connexion directe (DAC) et des câbles optiques actifs (AOC) prenant en charge 100G, 200G, 400G et au-delà dans une gamme de communications inter et intra-centre de données. Les émetteurs-récepteurs QSFP-DD (Quad Small Form-Factor Pluggable Double Density) sont appelés à jouer un rôle important dans cette spirale ascendante.

L'émetteur-récepteur QSFP-DD dispose d'une interface électrique à huit voies, chaque voie pouvant atteindre un débit de données allant jusqu'à 50G. Permettant jusqu'à 20 W de puissance (selon QSFP-DD MSA Rev 5.0), un module QSFP-DD peut fournir des performances de 400 G dans une gamme de portées à l'aide de capacités de dissipation thermique innovantes. C'est important car les ASIC avancés consomment plus d'énergie et dissipent plus de chaleur, ce que le facteur de forme QSFP-DD peut efficacement dissiper avec une stratégie de gestion thermique efficace.

Le facteur de forme OSFP (Octal Small Form Factor Pluggable) plus large et plus profond prend également en charge 400G. L'un des principaux avantages de l'émetteur-récepteur QSFP-DD par rapport à l'OSFP est qu'il est entièrement rétrocompatible avec les émetteurs-récepteurs QSFP+ et QSFP28 existants. La technologie 56G PAM-4 est largement considérée comme la clé pour activer les émetteurs-récepteurs QSFP-DD et OSFP. Des plates-formes intégrant les facteurs de forme des modules optiques QSFP-DD et OSFP sont introduites pour prendre en charge l'Ethernet 400G dans les applications cloud. Ces nouvelles plates-formes offrent une rétrocompatibilité avec les ports 100G pour permettre une mise en œuvre échelonnée dans un centre de données ou une entreprise.

Quel que soit le facteur de forme, les émetteurs-récepteurs 400G nécessitent l'utilisation d'une «boîte de vitesses» DSP pour créer quatre canaux optiques 100G à partir de huit voies électriques 50G. Ce sera un élément essentiel de la chaîne d'approvisionnement et pourrait jouer un rôle important dans la capacité des fournisseurs d'émetteurs-récepteurs à livrer des produits et à augmenter le volume pour répondre aux exigences élevées des consommateurs de centres de données. La disponibilité de DSP 7 nm moins gourmands en énergie en 2019 perturbera davantage cette chaîne d'approvisionnement, les fournisseurs d'émetteurs-récepteurs cherchant à différencier les produits.

Molex a démontré la conformité des produits 100G FR QSFP28 et 400G DR4 QSFP-DD avec le 100G Lambda MSA. L'écosystème technologique pour les équipements de mise en réseau de nouvelle génération promeut 112G PAM-4 comme base pour prendre en charge les solutions 400G pour les centres de données à volume élevé. Les spécifications MSA abordent les défis de conception technique liés à la réalisation d'interfaces optiques utilisant la technologie PAM-4 100G par longueur d'onde et l'interopérabilité multifournisseur. Les technologies PAM-4 permettent le 100G optique avec des portées de 2 et 10 kilomètres et le 400G avec une portée de 2 kilomètres sur fibre monomode duplex. Une plate-forme PAM-4 peut effectivement jeter les bases initiales d'une migration complète et rentable vers le 400G. Agrégeant quatre voies de 100G par longueur d'onde, la plate-forme technologique peut prendre en charge des versions 400G telles que 400G DR4, 400G FR4 et 4x100G pour les applications de dérivation.

Les réseaux de communication modernes exigent une plus grande bande passante pour faire face à une explosion des données à l'échelle mondiale. En conséquence, les marchés des commutateurs et des émetteurs-récepteurs de centres de données se développent et évoluent rapidement. Les émetteurs-récepteurs optiques à haut débit, les produits de transport optique flexibles et évolutifs, les connecteurs compacts et la gestion des fibres sont tous des capacités essentielles pour construire des équipements de réseau 400G destinés aux fournisseurs de télécommunications à volume élevé, aux entreprises et aux centres de données à grande échelle.

La gestion de la fibre optique des centres de données à 400G et au-delà est importante à évaluer, et des produits tels que les boîtiers d'agrégation de fibre de Molex offrent des solutions efficaces pour les systèmes à haute fibre et la gestion organisée de la fibre. Ces produits peuvent réduire ou éliminer les canaux morts et fournir un emplacement de commutation passif qui est compact et ne nécessite ni alimentation ni refroidissement. Ils peuvent également combler le fossé de connectivité entre le raccordement duplex LC actuel et les solutions de connecteurs haute densité MPO de nouvelle génération. Un exemple de ceci est le cas où un centre de données possède une usine de fibre duplex LC existante qui utilisait des émetteurs-récepteurs CWDM4 à 100G mais qui passe maintenant à DR4 à 400G et nécessite une infrastructure de fibre parallèle.

Les fournisseurs d'ASIC de commutateur de centre de données ont déjà annoncé la disponibilité générale des ASIC 56G PAM-4 12,8 Tbps et travaillent actuellement sur des ASIC 112G PAM-4 25,6 Tbps qui seraient capables de piloter un commutateur 32 ports avec chaque port capable de 800 Gbps. Cette capacité ASIC créera alors un certain nombre de défis liés à des sujets tels que l'intégrité du signal, les thermiques, la puissance et la perte pour n'en nommer que quelques-uns, tout en soulevant la question de savoir si les interconnexions peuvent ou doivent continuer à être modulaires, et si oui, quel facteur de forme peut soutenir cela de manière réaliste.

Alors que les opérateurs de centres de données élaborent des plans pour évoluer rapidement et de manière rentable, la conception des infrastructures 100G et 400G peut être optimisée en travaillant en étroite collaboration avec des fournisseurs qui possèdent les capacités, l'expertise et l'évolutivité exigées par les centres de données d'aujourd'hui. La mise en œuvre nécessite une orchestration pour coordonner la transmission des données entre des centaines ou des milliers de composants afin d'obtenir la structure de centre de données optimale pour atténuer le risque global et répondre aux exigences dynamiques à l'avenir.