數(shù)據(jù)中心的40G/100G 前景系統(tǒng)解析

隨著各類(lèi)服務(wù)器、開(kāi)關(guān)、布線(xiàn)和收發(fā)器最終進(jìn)行相互整合，我們預(yù)測(cè)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(gè)月，英特爾終于發(fā)布了新一代"Romley"體系結(jié)構(gòu)，每個(gè)微處理器能提供10個(gè)內(nèi)核，PCI Express 3.0總線(xiàn)支持更快速的I/O。在服務(wù)器和開(kāi)關(guān)已經(jīng)發(fā)展成熟的條件下，因?yàn)閿?shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施開(kāi)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(chǎng)需求將上升。

10G困難重重

服務(wù)器一旦升級(jí)，需求更快速的架頂式開(kāi)關(guān)上行鏈路。但是1G到10G的傳輸問(wèn)題多多。在過(guò)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(fèi)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(fèi)的，所以互聯(lián)不會(huì)是一個(gè)嚴(yán)重的成本問(wèn)題，但是今天它(互聯(lián))是(一個(gè)嚴(yán)重的成本問(wèn)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(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手并確保公司享受高價(jià)。子卡具有不同的針對(duì)范圍：1G到10GBase-T和2個(gè)到4個(gè)SFP+端口，或?qū)?lái)100G CXP到CFP/2的雙端口QSFP。服務(wù)器制造商從10G/40G升級(jí)中獲取巨額利潤(rùn)，但是我們回避了問(wèn)題的本質(zhì)--服務(wù)器公司會(huì)回到買(mǎi)家認(rèn)為免費(fèi)的LOM模式嗎?

同時(shí)，10GBase-T已經(jīng)出現(xiàn)高功耗、尺寸和成本上的問(wèn)題。這就打開(kāi)了SFP+ DAC布線(xiàn)進(jìn)軍之門(mén)，然而10GBase-T供應(yīng)商開(kāi)發(fā)28nm部件。該事件改變了整個(gè)行業(yè)的格局。但是DAC也有自己的問(wèn)題，因?yàn)樗?quot;從電力"上連接兩個(gè)不同的系統(tǒng)，并且并不是所有的SFP+都是相似的。

LightCounting預(yù)測(cè)，2012年將實(shí)際有約100萬(wàn)個(gè)10GBase-T端口，意味著約有500,000個(gè)連接點(diǎn)--基本上是，今天每個(gè)比較大型的單一數(shù)據(jù)中心就會(huì)有一個(gè)1GBase-T端口。SFP+ DAC的需求正在上升，約需求250萬(wàn)到350萬(wàn)個(gè)端口，多數(shù)是連接到服務(wù)器，連接到架頂式開(kāi)關(guān)的數(shù)量不足700萬(wàn)個(gè)。

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(kāi)關(guān)。LightCounting預(yù)測(cè)，2012年將出貨600萬(wàn)個(gè)10G SFP+SR和LR光纖收發(fā)器。

40G成為"下一個(gè)寵兒"

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

100G似乎成為了所有貿(mào)易展覽會(huì)的寵兒和各大媒體的頭條新聞，人們將在未來(lái)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(lái)不考慮10G，所以許多數(shù)據(jù)中心正處于需要升級(jí)的轉(zhuǎn)型階段。谷歌、Facebook和微軟等所謂的"百萬(wàn)數(shù)據(jù)中心(Mega Data Centers)"每條花費(fèi)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(huì)出現(xiàn)追棒40G收發(fā)器商機(jī)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(kāi)架勢(shì)。超過(guò)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(lái)?yè)寠Z商機(jī)。入行技術(shù)門(mén)檻較低，對(duì)成本十分敏感的互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心(尤其是在中國(guó))或在產(chǎn)能上實(shí)現(xiàn)全球崛起。

LightCounting預(yù)測(cè)，收發(fā)器行業(yè)將上演其傳統(tǒng)的價(jià)格爭(zhēng)斗--"讓我們自割喉嚨，看誰(shuí)流血死到最后"。結(jié)果，40G SR模塊的價(jià)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(jià)65美元，他們玩只要進(jìn)入市場(chǎng)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(jià)格低于190美元--目的在于將兩端和光纖實(shí)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(kāi)關(guān)端口。ColorChip和Sumitomo等其他公司提供QSFP模塊;Oclaro (通過(guò)與Opnext并購(gòu))、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(gè)CFP端口相比，QSFP在每條線(xiàn)卡上允許36個(gè)端口。電壓為32伏，LightCounting表示他們更愿意把CFP稱(chēng)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(jià)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(lái)定。

實(shí)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(wàn)計(jì)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(jī)、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(kāi)關(guān)公司用于收發(fā)器和AOC領(lǐng)域。在4x25G的25G信號(hào)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(cuò)(FEC)，和/或達(dá)到125m同等水平。

100G 2km存在的問(wèn)題

事實(shí)已經(jīng)證明，在超出100m的范圍發(fā)送100G是十分困難的，開(kāi)發(fā)時(shí)間遠(yuǎn)長(zhǎng)于先前的預(yù)期。IEEE 40/100G High Speed Study Group在七月份召開(kāi)會(huì)議，將研究時(shí)間再往后推6個(gè)月，以解決所遇到的技術(shù)問(wèn)題。

對(duì)于到達(dá)更長(zhǎng)距離的問(wèn)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(mǎn)足所有功率、尺寸、電子和光學(xué)的要求。該目標(biāo)是可以實(shí)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(gè)已經(jīng)完成的部分!很多爭(zhēng)論依然集中在下一代MSA的zCXP vs CFP/2上，因?yàn)镸olex 和 TE Connectivity一直都在支持zCXP。同時(shí)，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(xiàn)性速率對(duì)IEEE來(lái)說(shuō)十分重要，因?yàn)檫@是眾多協(xié)議的融合點(diǎn)：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(wèn)題上沒(méi)有其他的選擇;隨著數(shù)據(jù)中心越來(lái)越強(qiáng)大，這將成為IEEE領(lǐng)域中爭(zhēng)論的熱點(diǎn)和中心。每外延1m，收發(fā)器OEM的成本范圍從1000美元(1個(gè)CXP)到14000美元(1個(gè)以電信為中心的CFP)!我們通常所指的距離為2km，在有接線(xiàn)板和不干凈連接器的有損耗數(shù)據(jù)中心的環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)該距離的應(yīng)用實(shí)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(shí)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(yǔ)

在未來(lái)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(lái)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(huì)解決技術(shù)層面的問(wèn)題，100G基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)將在2014年年底開(kāi)始實(shí)施。對(duì)于這個(gè)行業(yè)來(lái)說(shuō)，處理好這些事情十分重要，因?yàn)?00G的應(yīng)用時(shí)間將會(huì)比較長(zhǎng)久。