El auge de 400G cambia el panorama del centro de datos

Apr 29, 2023

Los operadores de centros de datos y la cadena de suministro del centro de datos mantienen el rumbo hacia 400G

Mayores velocidades de Ethernet, computación en la nube, IoT y centros de datos virtuales han subido la apuesta para los operadores de centros de datos. Los operadores de centros de datos de hiperescala están impulsando una adopción más amplia de enlaces 100G y tecnologías de módulos. Al mismo tiempo, los factores de forma de 400G y los módulos ópticos están en la cúspide de un lanzamiento a gran escala programado para ocurrir progresivamente en 2019. Este cambio dentro de la industria del centro de datos marcará una impresionante duplicación de la densidad de QSFP28 (Quad Small Form Factor Pluggable 28G ) para hasta cuadruplicar el ancho de banda con un consumo de energía total más bajo para un módulo de 400G que para cuatro módulos de 100G.

Con el desarrollo de chips 56G PAM-4 ASIC (circuito integrado de aplicación específica) cada vez más potentes para conmutadores de red de empresas como Broadcom, Innovium, Nephos y Barefoot Networks, la demanda de módulos e interconexiones ópticas de próxima generación sigue creciendo.

Estos nuevos ASIC ofrecen 12,8 Tbps de ancho de banda, lo que da como resultado conmutadores de próxima generación que pueden proporcionar 32 puertos de 400 Gbps. Alternativamente, si la arquitectura de un centro de datos requiere un radix más alto, estos ASIC se pueden ejecutar en un modo de caja de cambios inversa de modo que puedan proporcionar 128 puertos de 100 Gbps. Tanto los OEM tradicionales, como Cisco y Arista, como los fabricantes de cajas blancas, como Accton, QCT y Celestica, están compitiendo para producir estos conmutadores de mayor velocidad, muchos de los cuales ya se han lanzado al mercado. A medida que los conmutadores 400G estén disponibles, es fundamental que las interconexiones ópticas y de cobre también estén calificadas y disponibles para admitir la implementación real.

¿Qué factores están impulsando nuevas necesidades? Los requisitos de almacenamiento del centro de datos están aumentando en más del 50 por ciento anual, según IDC, y se prevé que la información digital aumente a 40 zettabytes para 2020 y 163 zettabytes para 2025. Hay varios contribuyentes clave a este crecimiento, incluida una ola de transiciones a la nube. almacenamiento, sistemas abiertos, edge computing, aprendizaje automático, aprendizaje profundo e inteligencia artificial.

La realidad virtual solo ha comenzado a ganar terreno a gran escala. Y, la realidad de los vehículos sin conductor que se generalizarán en el futuro previsible generará tensiones exponenciales en las infraestructuras de los centros de datos.

La obsolescencia planificada es siempre una realidad para los centros de datos de hiperescala que, en promedio, actualizan la arquitectura general de la red aproximadamente cada dos años para mantener el ritmo de las demandas de ancho de banda.

La cadena de suministro del centro de datos se ha intensificado para crear soluciones escalables, energéticamente eficientes y cada vez más potentes. En la actualidad, las tecnologías 100G ofrecen las conexiones más rápidas para enlaces Ethernet. Las implementaciones de las tecnologías Ethernet de 100G y 400G seguirán aumentando en los próximos años, y esta última finalmente tomará la delantera para convertirse en la velocidad prevaleciente en los chips de conmutación y las plataformas de red.

¿Qué vemos cuando miramos hacia adelante? Una impresionante variedad de soluciones de infraestructura de centro de datos diseñadas para abordar los requisitos de hiperescala en expansión para un mayor ancho de banda y potencia. Las soluciones de próxima generación que aprovechan el cobre y la óptica brindan una alta integridad de la señal, una latencia más baja y una pérdida de inserción más baja para lograr la máxima eficiencia, velocidad y densidad.

Ya existen cables de cobre (DAC) capaces de alcanzar 400G, mientras que los transceptores ópticos que permiten conexiones de conmutadores de 400G se están calificando rápidamente en preparación para el lanzamiento a gran escala. Actualmente en muestreo beta, los transceptores 100G Single Lambda y 400G llegarán al mercado pronto. La rampa para 400G comenzará a mediados o finales de 2019, ya que los primeros usuarios que requieren un mayor ancho de banda implementarán estos productos, incluso antes de que bajen los costos de la cadena de suministro y comience la erosión de los precios.

Muchos centros de datos continuarán implementando transceptores 100G CWDM4 para enlaces de mayor alcance, mientras que la demanda de 100G PSM4 está desapareciendo rápidamente y los proveedores están saliendo del mercado. A medida que los productos transceptores 100G Single Lambda (100G-DR o 100G-FR) estén disponibles a principios de 2019, se prevé que canibalicen el mercado 100G CWDM4 ya que hay expectativas de precios más bajos, además de que los productos single lambda pueden interoperar directamente con transceptores de 400G en una topología de ruptura.

A medida que los anchos de banda aumentan, la industria continuará experimentando una eliminación progresiva de las tecnologías 10G y 40G a medida que se reemplazan con transceptores ópticos, cables de conexión directa (DAC) y cables ópticos activos (AOC) que admiten 100G, 200G, 400G y más en una variedad de comunicaciones entre centros de datos e intracentros de datos. Los transceptores QSFP-DD (Quad Small Form-Factor Pluggable Double Density) pueden desempeñar un papel importante en esa espiral ascendente.

El transceptor QSFP-DD cuenta con una interfaz eléctrica de ocho carriles, con cada carril capaz de alcanzar una velocidad de datos de hasta 50G. Con una potencia de hasta 20 W (según QSFP-DD MSA Rev 5.0), un módulo QSFP-DD puede ofrecer un rendimiento de 400 G en una variedad de alcances con la ayuda de capacidades innovadoras de disipador de calor. Eso es importante porque los ASIC avanzados consumen más energía y disipan más calor, que el factor de forma QSFP-DD puede disipar de manera eficiente con una estrategia de gestión térmica efectiva.

El factor de forma OSFP (Octal Small Form Factor Pluggable) más ancho y profundo también es compatible con 400G. Una de las principales ventajas del transceptor QSFP-DD sobre el OSFP es que es totalmente compatible con versiones anteriores de los transceptores QSFP+ y QSFP28 existentes. La tecnología 56G PAM-4 se considera ampliamente como la clave para habilitar los transceptores de factor de forma QSFP-DD y OSFP. Se están introduciendo plataformas que integran factores de forma de módulos ópticos QSFP-DD y OSFP para admitir Ethernet 400G en aplicaciones en la nube. Estas nuevas plataformas brindan compatibilidad con versiones anteriores con puertos 100G para permitir una implementación escalonada en un centro de datos o una empresa.

Independientemente del factor de forma, los transceptores de 400G requieren el uso de una "caja de cambios" DSP para crear cuatro canales ópticos de 100G a partir de ocho carriles eléctricos de 50G. Este será un componente crítico en la cadena de suministro y podría desempeñar un papel importante en la capacidad de los proveedores de transceptores para entregar productos y aumentar el volumen para abordar las altas demandas de los consumidores del centro de datos. La disponibilidad de DSP de 7nm que consumen menos energía en 2019 interrumpirá aún más esta cadena de suministro a medida que los proveedores de transceptores busquen diferenciar los productos.

Molex ha demostrado que los productos 100G FR QSFP28 y 400G DR4 QSFP-DD cumplen con 100G Lambda MSA. El ecosistema tecnológico para equipos de red de próxima generación promueve 112G PAM-4 como base para admitir soluciones 400G para centros de datos de gran volumen. Las especificaciones de MSA abordan los desafíos de diseño técnico para lograr interfaces ópticas utilizando tecnología PAM-4 de 100 G por longitud de onda e interoperabilidad de múltiples proveedores. Las tecnologías PAM-4 permiten 100G óptico con alcances de 2 y 10 kilómetros y 400G con un alcance de 2 kilómetros sobre fibra monomodo dúplex. Una plataforma PAM-4 puede sentar las bases para una migración completa rentable a 400G. Agregando cuatro carriles de 100G por longitud de onda, la plataforma tecnológica puede admitir versiones de 400G como 400G DR4, 400G FR4 y 4x100G para aplicaciones de ruptura.

Las redes de comunicaciones modernas exigen un mayor ancho de banda para hacer frente a una explosión de datos a escala mundial. Como resultado, los mercados de conmutadores y transceptores para centros de datos están creciendo y evolucionando rápidamente. Los transceptores ópticos de alta velocidad, los productos de transporte óptico flexibles y escalables, los conectores compactos y la gestión de fibra son capacidades vitales para construir equipos de red de 400G para atender a proveedores de telecomunicaciones de gran volumen, empresas y centros de datos de hiperescala.

Es importante evaluar la administración de fibra del centro de datos a 400 G y más, y productos como las cajas de agregación de fibra de Molex brindan soluciones eficientes para sistemas de alta fibra y administración de fibra organizada. Estos productos pueden reducir o eliminar los canales muertos y proporcionar una ubicación de conmutación pasiva que es compacta y no requiere alimentación ni refrigeración. También pueden cerrar la brecha de conectividad entre el parcheo dúplex LC actual y las soluciones de conector de alta densidad MPO de próxima generación. Un ejemplo de esto es cuando un centro de datos tiene una planta de fibra LC dúplex existente que utilizó transceptores CWDM4 a 100 G pero ahora se está moviendo a DR4 a 400 G y requiere una infraestructura de fibra paralela.

Los proveedores de ASIC de conmutadores de centros de datos ya han anunciado la disponibilidad general de ASIC de 56 G PAM-4 de 12,8 Tbps y ahora están trabajando en ASIC de 112 G PAM-4 de 25,6 Tbps que serían capaces de impulsar un conmutador de 32 puertos con cada puerto con capacidad de 800 Gbps. Esta capacidad de ASIC creará una serie de desafíos relacionados con temas como la integridad de la señal, las térmicas, la potencia y la pérdida, entre otros, pero plantea la pregunta de si las interconexiones pueden o deben continuar siendo modulares y, de ser así, qué factor de forma puede apoyar esto de manera realista.

A medida que los operadores de centros de datos trazan planes para escalar de forma rápida y rentable, el diseño de la infraestructura de 100G y 400G se puede optimizar trabajando en estrecha colaboración con proveedores que poseen las capacidades, la experiencia y la escalabilidad que exigen los centros de datos actuales. La implementación requiere orquestación para coordinar la transmisión de datos entre cientos o miles de componentes para lograr la estructura óptima del centro de datos para mitigar el riesgo general y abordar los requisitos dinámicos en el futuro.