Cignal AI：展望800G/1.6Tbs客户端光学

  ICC讯（编译：Nina）Cignal AI与系统和器件供应商进行了两个月的交谈，了解了他们对下一波100Gbps和200Gbps基于PAM4客户端光学的想法。Cignal AI在光器件报告中提供了800Gbs和1.6Tbs光模块的完整定量预测，但该分析公司希望分享一下他们在这些数字背后的观察和想法，以帮助客户了解数据中心内的下一波速度：

  - 光器件在进度和接口速率方面都遵循芯片的能力，因此要根据芯片进度来确定光器件进度。
  - 800GbE将于明年开始大规模部署，1.6TbE和3.2TbE将在未来2-3年内部署。
  - 关于QSFP和OSFP的争论要得出结论还为时过早，在更高的速率下，热管理将是更难解决的问题之一。
  - 有一些努力(但不是很多)致力于用新的高速PAM4速率升级低速客户端光学器件。

  当前一代400GbE客户端光学器件构建在到交换机结构、GPU和其他硅芯片组的每通道50Gbps PAM4电连接上。业内正在构建基于每通道100Gbps PAM4的下一代800GbE模块，同时已经演示了200Gbps PAM4组件。随着电速率的增加，有更多的高速客户端光学以及升级到低速客户端光学的选择。

  100Gbps和200Gbps PAM4概述

  目前的400GbE模块使用8个56Gbps PAM4(通常简称为50Gbps)电气连接通道来提供完整的400Gbps数据。在大多数400GbE模块中，这些56Gbps的电气通道连接到单独光纤(例如DR4)或波长(例如FR4)上的四个112Gbps光通道。

  - 标准的QSFP-DD(有时称为QSFP56-DD)被设计为具有8个56Gbps信号通道。DD，即双倍密度，意味着该模块的信号路径(8)是标准QSFP(4)的两倍。
  - 具有四个56Gbps信号通道的QSFP56模块也适用于200GbE模块，并且广泛可用。业内还定义了支持100GbE的2x56Gbps信号的SFP-DD112，但其受欢迎程度要低得多。
  - 广泛部署的QSFP28标准为100GbE模块提供4路28Gbps信号。

  112Gbps PAM4(通常简称为100Gbps)使每种模块类型的可用速度翻了一番。支持112Gbps PAM4的新模块不仅可以支持更高的速度，还可以满足与更高速度相关的更高功率要求。例如，QSFP-DD的原始规格是14W，尽管在实践中接近20W。112Gbps版本规格从25W开始，一些供应商已经瞄准了30W的能力。

  224Gbps PAM4(通常简称为200Gbps)将速度再次提高一倍，最终支持每个模块高达1.6Tbps或3.2Tbps。为了支持这些更高的速率，业内将需要开发具有改进散热的新模块类型(例如，OSFP-XD)。

  支持800GbE模块的112Gbps组件已经成熟，基于该技术的模块的早期版本在今年3月的OFC22和9月的ECOC22上进行了演示。

  224Gbps的PAM4还处于早期开发阶段。在OFC22上，Coherent展示了其224Gbps EML, Semtech展示了200Gbps TIA和驱动器，许多供应商暗示了他们的224Gbps组件和模块计划。

  100Gbps PAM4模块

  最受欢迎的112Gbps模块肯定是QSFP-DD800，设计用于8x112Gbps操作，以提供800GbE。然而，每通道112Gbps的PAM4也可以应用于低速模块。例如，SFP112被定义为使用112Gbps PAM4输入和输出来支持单个100GbE波长，而当前SFP最大速率为10-25Gbps。齿轮箱(Gearboxing)——或者使用额外的逻辑从较低的电气速率转换为较高的光学速率——通常是避免的，因为它增加了模块的成本和功率。

  支持112Gbps PAM4接口的最新交换机硅在设计时考虑到了800GbE，使用这些芯片组构建的初始硬件将支持最高密度的800GbE。因此，光模块制造商的主要关注点是QSFP-DD800模块。初始版本将是2x400GbE(2xFR4)和一些8x100GbE，这两种版本都允许更大的Breakout密度，并避免了IEEE定义800GbE MAC时的延迟。单接口800GbE设备将紧随其后，数据中心内部使用的较短距离(500m/2km)DR8跨度是最高优先级。

  至少有一家硬件供应商也计划为低速模块(QSFP112和SFP112)构建接口。该供应商的重点是服务提供商(而不是数据中心运营商)的100GbE速度，他们仍然认为城域对100GbE和400GbE的需求很大。具有单个112Gbps PAM4输入和输出的100GbE模块的功率将比4通道版本低得多，并且可以与最新的交换机芯片互连，而无需齿轮箱。将100GbE接口转换为更小的SFP格式还可以减少前面板空间和支持该接口所需的设备尺寸。

  专注于数据中心运营商的硬件供应商不会构建基于112Gbps接口的低速(100GbE、400GbE)模块。大型数据中心运营商正在从100GbE迁移到400GbE，他们认为更新网络中已经被限制的旧设备没有任何好处。目前正在部署的400GbE模块(8x56Gbps)旨在与当前的交换机芯片对接，这两种芯片的部署量仍在增加。这些运营商将等待几年后推出的下一代1.6TbE模块(8x224Gbps或16x112Gbps)，而不是使用新的4x112Gbps模块和新的交换机硅重启这一进程。

  基于OSFP-XD规范的112Gbps接口还将支持首批1.6TbE模块。OSFP-XD旨在支持16条信号通道，目标是支持1.6TbE，最终支持3.2TbE。

  200Gbps PAM4模块

  224Gbps PAM模块定义尚处于早期阶段，但224Gbps PAM的最终目标是支持3.2TbE(16x224Gbps)。QSFP224模块已被定义为支持800GbE，但它可能与QSFP112支持400GbE属于同一类别，实际部署有限。QSFP格式的支持者乐观地认为，QSFP-DD800模块的一个版本可以设计为支持1.6TbE(8x224Gbps)，但这项工作尚未正式开始。

  QSFP vs OSFP

  QSFP和OSFP格式在模块供应商、硬件供应商和运营商中都有支持者。QSFP一直是高达400GbE速率的销量冠军，OSFP方面仅有谷歌大规模部署了，但这可能会在未来几代发生变化。

  也许两种格式之间最大的区别是散热片的位置。在OSFP上，散热器内嵌在模块中。在QSFP上，散热片位于硬件板上–笼子(Cage)或设备中。

  嵌入式散热器在技术上是一个更好的解决方案，因为设计师不必担心与外部散热器的热连接，设计更加集成等。然而，嵌入式解决方案是固定在它们设计的位置上的。例如，最初的OSFP设计假设为12W，但现在提出的解决方案将需要30W，这需要更高的气流和更大的风扇功率。

  板载散热器具有更大的灵活性。例如，板载散热器可以用不同材料设计不同的翅片轮廓等，以更好地最大化散热。因此，基于QSFP的高功率设计通常需要更少的气流和更少的风扇功率。一家供应商声称，在他们的系统中，与OSFP设计相比，系统功耗节省了20%。

  然而，随着功耗成为一个更大的问题，QSFP由于尺寸较小，可能不具备外部散热器去除所有热量的能力。OSFP-XD设计更大，同时包含内部和外部散热器，既简单又适合未来。

  QSFP与OSFP相比具有其他优势，这些优势为其迄今为止的成功做出了贡献。它是向后兼容的，因此当前的解决方案可以与上一代(和下一代)兼容。外部散热器也可以实现这一点，因为创新的散热器设计可以适应下一代更高的功率。QSFP也小于OSFP，因此可以安装在面板上的单元数量更高。通常，路由器设计者更喜欢QSFP，即使他们支持两种模块类型，但大多数人承认QSFP可能会在1.6Tbps时迎来终结。

  发布时间表

  交换机芯片的发布时间表决定了下一波客户端光学器件的需求。目前大多数客户端光学器件都部署在路由器中，而客户端光学器件需要路由器硬件。(客户端光学器件也部署在服务器、AI/ML节点和其他硬件中，但这些硬件通常落后于路由器部署。)一般的开发计划要求客户端光学器件在交换机芯片组首次到达之前可用，以便进行测试和集成到完整的系统中。但在系统进入批量生产之前，这仍然需要一年的时间。

  基于112Gbps的光学器件(800GbE)的芯片组目前已在实验室中，这意味着少量800GbE光学器件已交付给系统供应商进行集成测试。系统部署计划在2023年上半年进行，但要到2023年下半年才会进行大规模部署。Hyperscaler的一些白盒开发可能会稍早一些，但没有人能逃脱交换机芯片组的时间限制。

  一些800GbE接口已交付给AI/ML专有系统，但这些系统使用定制齿轮箱将AI/ML芯片组的56Gbps PAM4信号升级到112Gbps。由于这些不是真正的800GbE模块，而是定制的接口，因此它们不计入Cignal AI的800GbE模块出货量中。

  基于224Gbps的光学系统预计将比基于112Gbps的光学系统晚18至24个月，这意味着部署要到2025年。

  结论

  了解下一波客户端光学技术背后的技术和路线图对于路由器硬件供应商以及制造支持最新速率的转发器和复用转发器的光学硬件供应商至关重要。Cignal AI要感谢所有为本报告提供全面和深入信息的供应商和运营商。

  原文链接：Previewing 800/1.6Tbs Client Optics - Cignal AI - https://cignal.ai/2022/10/previewing-800-1-6tbs-client-optics/