ในอดีต อินเทอร์เฟซอีเทอร์เน็ตความเร็วสูงได้รับแรงผลักดันจากความต้องการด้านความหนาแน่นและประสิทธิภาพสเปกตรัมของผู้ให้บริการ โมดูลออปติคอลเริ่มมีขนาดใหญ่ - โดยปกติจะเป็นการ์ดเดียวในแต่ละครั้ง ตลอดหลายชั่วอายุคน แต่ละความเร็วได้ถูกรวมเข้าเป็นหนึ่งในสองแพ็คเกจ: SFP และ QSFP และเมื่อความต้องการเพิ่มขึ้นอย่างมาก ต้นทุนและการใช้พลังงานก็ค่อยๆ ลดลงเช่นกัน
อัตราการเติบโตในห้าปีของ 400GbE ที่ไม่มีสายเคเบิลทองแดงและ AOC ก็คาดการณ์ว่าจะเร็วกว่าของ 100GbE ถึง 20 เท่า (ดูรูปด้านล่าง: การเปรียบเทียบห้าปีแรกของ 100GbE และ 400GbE) โอกาสนี้กำลังขับเคลื่อนการลงทุนในอุตสาหกรรมอย่างที่ไม่เคยมีมาก่อนโดยบริษัทที่จัดตั้งขึ้นและสตาร์ทอัพ
400GbEบนช่องทางด่วน
10GbE ใช้เวลาสิบปีในการพัฒนาจาก XENPAK เป็น SFP+ 100GbE ใช้งาน CFP, CPAK และ CFP2 จากนั้นจึงย้ายไปยัง QSFP28 ภายใน 5 ปี 100GbE ยังได้รับความเดือดร้อนจากความผิดพลาดของ CFP4 แต่ยังได้เรียนรู้บทเรียนสำคัญที่ว่าระบบออพติกจะต้องประสานกับเป้าหมายอื่นๆ สำหรับแพลตฟอร์ม เครือข่าย และธุรกิจ ถ้าไม่เช่นนั้นก็เสียเวลาและเงิน ขนาดของ CFP4 นั้นน่าดึงดูดใจ แต่มันทำลายความเข้ากันได้แบบย้อนหลังและไม่บรรลุเป้าหมายทั้งสามประการ
การบรรลุความจุสูงและต้นทุนต่ำสำหรับ 400GbE ถือเป็นสิ่งสำคัญสำหรับผู้ให้บริการเครือข่าย ผู้ผลิตชิป ผู้จำหน่ายออปติคอล ผู้จำหน่ายเราเตอร์และสวิตช์ และสมาชิกอื่นๆ อีกมากมายในระบบนิเวศออปติก สาเหตุหนึ่งที่ทำให้เกิดความสำเร็จในการเปิดตัว 400GbE คือการผสานรวมของอัตราและ PMD ระหว่างสมาชิก IEEE, OIF และ multi-source protocol (MSA) น่าเสียดายที่ในตอนแรกอุตสาหกรรมมีโมเดลบรรจุภัณฑ์แบบเสียบปลั๊กได้สองแบบ ซึ่งนำไปสู่การพัฒนาขื้นใหม่และการผลิต ความซ้ำซ้อนนี้อาจลดความสามารถของตลาดในการขยายโซลูชันทั่วไป
ข้อเสียของโหมดห่อหุ้มตัวรับส่งสัญญาณทั้งสองโหมด
ปัจจัยสำคัญสำหรับความสำเร็จในการเปิดตัว 400GbE ได้แก่ ต้นทุน การคุ้มครองการลงทุน และห่วงโซ่อุปทาน เมื่อต้นทุนเป็นสิ่งสำคัญ สิ่งสำคัญคือต้องไม่สร้างฟังก์ชันการทำงานมากเกินไป มาตรฐาน 100GbE ดั้งเดิมนั้นใช้ไฟเบอร์โหมดเดี่ยว 10 กม. ต่อมา อุตสาหกรรมได้พัฒนาระยะทางสั้นๆ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานและลดต้นทุน 400GbE จะได้รับประโยชน์จากความพร้อมใช้งานเต็มรูปแบบที่เร็วขึ้นและขนาดที่เล็กลง ตั้งแต่ระยะทางเริ่มต้น 1 ม. ถึง 10 กม. ในปี 2562 ไปจนถึง 100 กม. ในปี 2563
ตัวขับเคลื่อนต้นทุนอีกประการหนึ่งคือการบรรลุการประหยัดต่อขนาด น่าเสียดายที่การมีอยู่ของรูปแบบการห่อหุ้มโมดูลทั้งสองรูปแบบทำให้ตลาดไม่สามารถใช้ประโยชน์จากข้อดีอื่นๆ ของความสม่ำเสมอได้อย่างเต็มที่ การผลิตแบบลดขั้นตอนถือเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการประหยัดจากขนาด เนื่องจากความต้องการเป็นตัวขับเคลื่อนผลผลิตและต้นทุน ดังนั้น สายการผลิตที่ใช้ร่วมกันจึงเป็นกุญแจสำคัญ และระบบนิเวศขนาดใหญ่ที่มีบริษัทหลายสิบแห่งจะได้รับประโยชน์จากการกำหนดมาตรฐาน ระบบนิเวศรวมถึงนักพัฒนาอุปกรณ์การผลิต อุปกรณ์ทดสอบ เครื่องมือออกแบบซอฟต์แวร์ ตัวเชื่อมต่อและกรง โซลูชันระบายความร้อน อุปกรณ์ปฏิบัติตามข้อกำหนดและการรับรอง เมื่อพิจารณาถึงความคาดหวังตั้งแต่เนิ่นๆ และการเติบโตอย่างรวดเร็วของ 400GbE สิ่งสำคัญคือการบรรลุความเหมือนกันอย่างรวดเร็ว
เหตุใดความเข้ากันได้แบบย้อนหลังจึงมีความสำคัญมาก
ในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา อัตราส่วนต้นทุนระหว่างแพลตฟอร์มเมนเฟรมและอุปกรณ์ออพติคัลได้เปลี่ยนไปอย่างมากต่ออุปกรณ์ออพติคอล ซึ่งเป็นแนวโน้มที่จะเร่งตัวขึ้นเมื่อมีการมาถึงของ 400GbE เท่านั้น ความเข้ากันได้ระหว่างรุ่นช่วยชดเชยแนวโน้มนี้ ภายในสิ้นปี 2562 โมดูล QSFP มากกว่า 24 ล้านโมดูลจะถูกใช้งาน โดยมีการลงทุนมากกว่า 8 พันล้านดอลลาร์ แม้จะมีการเปิดตัว 400GbE ความต้องการ 100GbE QSFP จะยังคงเติบโตอย่างแข็งแกร่ง เนื่องจากการเกิดขึ้นของเซิร์ฟเวอร์ 100GbE และแบนด์วิธที่เพิ่มขึ้นทั่วทั้งเครือข่ายสำหรับองค์กรและผู้ให้บริการ
การเพิ่มอุปกรณ์ใหม่และทำงานเร็วขึ้นบนเครือข่ายเดียวกันนั้นไม่เพียงพอ ต้องพิจารณาแง่มุมต่างๆ ของความเข้ากันได้แบบย้อนหลัง รวมถึงการใช้โมดูลที่มีอยู่ซ้ำและการลงทุนอย่างต่อเนื่องใน 100GbE ดังนั้นเฉพาะพอร์ตใหม่ที่รองรับโมดูลที่มีอยู่เท่านั้นที่สามารถใช้งานได้ ประการที่สอง ข้อได้เปรียบด้านต้นทุน พลังงาน และขนาดพื้นที่ของการปรับใช้เราเตอร์และสวิตช์รุ่นล่าสุดมีมาก่อนความต้องการฟังก์ชัน 400GbE ช่วยให้ผู้ให้บริการสามารถเตรียมพร้อมสำหรับการเติบโตในอนาคตและได้รับประโยชน์จากฮาร์ดแวร์ใหม่ๆ โดยไม่ต้องลงทุนในออปติก 400GbE รุ่นแรกทันที ท้ายที่สุด มีความจำเป็นต้องปกป้องการลงทุนในเราเตอร์และสวิตช์ที่ติดตั้งซึ่งเข้ากันได้กับสถาปัตยกรรมการระบายความร้อน (เช่น จากบนลงล่าง หรือจากด้านหนึ่งไปอีกด้านหนึ่ง) QSFP-DD แก้ปัญหานี้โดยการแยกโมดูลและเรดิเอเตอร์ ทำให้ระบบโฮสต์สามารถปรับแต่งได้ตามต้องการ
หากเป็นไปได้ คนรุ่นใหม่ควรพยายามรักษาความเข้ากันได้แบบย้อนหลัง การขยายความเข้ากันได้ของรุ่นที่สามหรือรุ่นที่สี่นั้นเป็นความต้องการทางเทคนิค แต่ก็มีคุณค่าเช่นกัน การตัดสินใจสร้างสมดุลระหว่างการคุ้มครองการลงทุนกับข้อกำหนดใหม่นั้นไม่เคยตรงไปตรงมา ปัญหาในปี 2560 และ 2561 คือความจำเป็นในการแปลงแบบฟอร์มแบบห่อหุ้มที่ 400GbE, 800GbE และความเร็วที่สูงขึ้นไปอีก เป็นที่ยอมรับกันโดยทั่วไปว่าควรทำการแปลงแบบฟอร์มแบบห่อหุ้มเมื่อจำเป็นจริงๆ เนื่องจากปัญหาทางเทคนิคหรือต้นทุน การบรรลุการคุ้มครองการลงทุน ความหนาแน่นสูง และความสามารถเต็มรูปแบบจำเป็นต้องมีความเสี่ยง แต่ QSFP-DD สามารถจัดการเรื่องทั้งหมดนี้ได้ ช่วยให้อุตสาหกรรมก้าวไปข้างหน้าด้วยการประหยัดต่อขนาด
ความท้าทายและแนวทางแก้ไขของ QSFP-DD
ความเข้ากันได้แบบย้อนหลังกับ QSFP-DD จำเป็นต้องจัดการกับความท้าทายที่หลากหลาย รวมถึงขนาดและโครงร่างส่วนประกอบ การระบายความร้อนของโมดูลและระบบ และขั้วต่อไฟฟ้าที่รองรับสี่และแปดช่องสัญญาณโดยใช้ 56G SerDes ปัจจัยเหล่านี้มีความสัมพันธ์กันและจำเป็นต้องพิจารณาส่วนประกอบอื่นๆ ของระบบ เช่น ASIC กำลังสูง แน่นอนว่าความท้าทายด้านกลไกเหล่านี้แก้ไขได้ง่ายกว่าสำหรับโมดูลประเภทใหม่ที่ทำลายความเข้ากันได้กับรุ่นก่อนหน้า
หนึ่งในความท้าทายทางเทคนิคที่ชัดเจนที่สุดคือการระบายความร้อน 400GbE PMD เริ่มต้นคาดว่าจะต้องใช้ 12W ในขณะที่ QSFP28 รองรับเพียงประมาณ 4W ดังนั้นจึงเข้าใจได้ว่าทำไมบางคนถึงพบว่าเป็นการยากที่จะก้าวกระโดด ความสำเร็จของเป้าหมายเดิมยิ่งเพิ่มความทะเยอทะยานมากยิ่งขึ้น โมดูลเชื่อมโยงกัน 400ZR/ZR+ ซึ่งวางแผนไว้สำหรับปี 2020 อาจต้องใช้ 20W นวัตกรรมอย่างต่อเนื่อง รวมถึงระบบและการออกแบบกรง ได้แสดงให้เห็นว่าสิ่งนี้เป็นไปได้ และองค์กรมาตรฐานจะอนุมัติสิ่งเหล่านี้ในไม่ช้าโซลูชันสำหรับ QSFP-DD. ขั้นตอนสุดท้ายในการรองรับ 20W ทำได้โดยการเพิ่มหม้อน้ำที่ด้านหน้าของโมดูล ดังแสดงในรูปด้านล่าง
ข้อควรพิจารณาด้านความร้อนอีกประการหนึ่งคือโมดูลออปติคอลไม่สามารถถือเป็นระบบปิดได้ ต้องทำงานในการออกแบบโดยรวมของเราเตอร์ สวิตช์ หรือเซิร์ฟเวอร์ เมื่อเปรียบเทียบกับ OSFP คุณลักษณะที่สำคัญของโมดูล QSFP ก็คือขนาดที่เล็กลงช่วยให้อากาศเข้าได้มากขึ้น ปัจจัยนี้เป็นประโยชน์ต่อส่วนที่เหลือของระบบ ดังที่เห็นได้ชัดเจนในแพลตฟอร์มที่เสนอทั้งสองตัวเลือก
ยังมีอีกหลายด้านที่การบรรลุการคุ้มครองการลงทุนใน QSFP-DD จำเป็นต้องมีความร่วมมือขนาดใหญ่ทั่วทั้งอุตสาหกรรม ทุกขั้นตอนในการเดินทางจาก 40G ถึง 400G แสดงให้เห็นถึงความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีที่สำคัญ ซึ่งหลายขั้นตอนเคยคิดว่าเป็นไปไม่ได้ ในขั้นตอนนี้ ผู้คนเริ่มจัดการกับความท้าทายเหล่านี้สำหรับความเร็วอีเธอร์เน็ตในอนาคต ดังนั้นเราจึงไม่ควรกังขาถึงข้อโต้แย้งเบื้องต้นที่ว่า QSFP ที่ซ้ำกันนั้นถึงขีดจำกัดแล้ว
การจัดการห่วงโซ่อุปทานได้กลายเป็นปัจจัยสำคัญที่สร้างความแตกต่างสำหรับความสำเร็จของซัพพลายเออร์ฮาร์ดแวร์และผู้ให้บริการเครือข่าย เนื่องจากการปรับใช้ศูนย์ข้อมูลขนาดใหญ่ที่ปรับขนาดได้นั้นมีขนาดใหญ่มาก ความหลากหลายของผู้จำหน่ายจึงมีความสำคัญ และหากรูปแบบการห่อหุ้มแบบโมดูลาร์ทั้งสองยังคงอยู่ ผู้จำหน่ายแต่ละรายอาจต้องแยกการจัดการห่วงโซ่อุปทานออก
ทางเลือกทางการตลาดที่ดีที่สุดคือการจัดหาสินค้าจำนวนมากในราคาที่ยอมรับได้ เมื่อรูปแบบการห่อหุ้มโมดูลได้รับการบูรณาการเรียบร้อยแล้ว การเปิดตัว 400GbE จะได้รับประโยชน์จากการเพิ่มประสิทธิภาพของผู้มีส่วนร่วมทั้งหมดและคู่แข่งหลายรายในผู้จำหน่าย เราไม่สามารถทำซ้ำบทเรียนของ CFP4 เพียงเพื่อดำเนินการลดความเสี่ยงในระยะสั้นอย่างไม่สมเหตุสมผล
บทสรุป
การเปิดตัว 400GbE จะเริ่มในปี 2562 และจะไต่ระดับอย่างรวดเร็ว การถกเถียงเกี่ยวกับรูปแบบของบรรจุภัณฑ์โมดูลออปติคัลสิ้นสุดลงแล้ว และไม่ว่าผู้จำหน่ายระบบจะเลือก QSFP-DD หรือทั้งสองอย่าง โฟกัสได้เปลี่ยนไปสู่ความเร็วในอนาคตแล้ว ในระยะยาว 400GbE จะเลือก QSFP-DD เป็นหลัก ในขณะที่อุตสาหกรรมยังคงบูรณาการ QSFP-DD ต่อไป การประหยัดต่อขนาดก็จะเกิดขึ้น และ 400GbE จะบรรลุศักยภาพสูงสุด
