Historicamente, as interfaces Ethernet de alta velocidade foram inicialmente impulsionadas pelos requisitos de densidade e eficiência espectral dos provedores de serviços. Os módulos ópticos começam grandes - geralmente uma placa por vez. Ao longo de várias gerações, cada velocidade foi mesclada em um dos dois pacotes: SFP e QSFP. E à medida que a procura aumenta substancialmente, o custo e o consumo de energia também diminuem gradualmente.
A taxa de crescimento de cinco anos do 400GbE sem cabo de cobre e AOC também está prevista para ser 20 vezes mais rápida do que a do 100GbE (veja a figura abaixo: comparação dos primeiros cinco anos do 100GbE e do 400GbE). Esta oportunidade está a impulsionar investimentos sem precedentes na indústria por parte de empresas estabelecidas e startups.
400 GbEna via rápida
O 10GbE levou dez anos para evoluir de XENPAK para SFP+. O 100GbE implantou CFP, CPAK e CFP2 e depois mudou para QSFP28 em 5 anos. O 100GbE também sofreu com os erros do CFP4, mas também aprendeu uma lição importante de que a óptica deve ser sincronizada com outros objectivos para plataformas, redes e negócios. Caso contrário, é uma perda de tempo e dinheiro. O tamanho do CFP4 é atraente, mas quebra a compatibilidade com versões anteriores e não atende a todos os três objetivos.
Alcançar alta capacidade e baixo custo para 400 GbE é fundamental para operadoras de rede, fabricantes de chips, fornecedores ópticos, fornecedores de roteadores e switches e muitos outros membros do ecossistema óptico. Notavelmente, uma das razões para a implementação bem-sucedida do 400GbE foi a convergência de taxa e PMD entre membros do IEEE, OIF e protocolo multifonte (MSA). Infelizmente, a indústria inicialmente tinha dois modelos de embalagens conectáveis, o que levou ao redesenvolvimento e à fabricação. Esta duplicação poderá reduzir a capacidade do mercado para alargar soluções comuns.
Desvantagens dos dois modos de encapsulamento do transceptor
Os fatores-chave para o lançamento bem-sucedido do 400GbE incluem custo, proteção do investimento e cadeia de abastecimento. Quando o custo é crítico, é importante não sobrecarregar a funcionalidade. O padrão 100GbE original era baseado em fibra monomodo de 10 km. Mais tarde, a indústria desenvolveu distâncias curtas para otimizar a energia e reduzir custos. O 400GbE beneficiará de uma gama completa de disponibilidade mais rápida e de tamanhos mais pequenos – dos 1 milhão aos 10 km iniciais em 2019 e aos 100 km em 2020.
Outro fator de custo é a obtenção de economias de escala. Infelizmente, a existência de ambos os formatos de encapsulamento de módulos impede que o mercado aproveite ao máximo os outros benefícios da consistência. A produção enxuta é essencial para economias de escala, uma vez que a procura impulsiona a produção e, portanto, os custos. Assim, a linha de produção compartilhada é a chave, e grandes ecossistemas com dezenas de empresas se beneficiarão da padronização. O ecossistema inclui desenvolvedores de equipamentos de fabricação, equipamentos de teste, ferramentas de design de software, conectores e gaiolas, soluções térmicas, equipamentos de conformidade e certificação. Dadas as expectativas iniciais e o rápido crescimento do 400GbE, é importante alcançar rapidamente a uniformidade.
Por que a compatibilidade com versões anteriores é tão importante?
Na última década, a relação de custo entre plataformas de mainframe e dispositivos ópticos mudou significativamente em direção a dispositivos ópticos, uma tendência que só irá acelerar com a chegada do 400GbE. A compatibilidade entre gerações ajuda a compensar esta tendência. Até o final de 2019, mais de 24 milhões de módulos QSFP serão implantados, com um investimento de mais de US$ 8 bilhões. Mesmo com a introdução do 400GbE, a procura pelo QSFP 100GbE continuará a crescer fortemente, graças ao surgimento de servidores 100GbE e ao aumento da largura de banda em toda a rede para empresas e prestadores de serviços.
Não basta adicionar novos dispositivos e rodar mais rápido na mesma rede; vários aspectos da compatibilidade com versões anteriores devem ser considerados, incluindo a reutilização de módulos existentes e o investimento contínuo em 100GbE. Portanto, apenas novas portas que suportem módulos existentes podem ser implementadas. Em segundo lugar, as vantagens de custo, energia e espaço físico da implantação dos roteadores e switches mais recentes são anteriores à necessidade da funcionalidade de 400 GbE. Isto permite que as operadoras se preparem para o crescimento futuro e se beneficiem de novo hardware sem ter que investir imediatamente na óptica 400GbE de primeira geração. Finalmente, há a necessidade de proteger os investimentos em roteadores e switches instalados que sejam compatíveis com a arquitetura de refrigeração (por exemplo, de cima para baixo ou de lado a lado). O QSFP-DD resolve esse problema separando módulos e radiadores, permitindo que o sistema host seja personalizado conforme necessário.
Sempre que possível, a nova geração deve tentar manter a compatibilidade com versões anteriores. Estender a compatibilidade da terceira ou mesmo quarta geração é tecnicamente exigente, mas também valioso. A decisão de equilibrar a proteção do investimento com os novos requisitos nunca é simples. Em questão em 2017 e 2018 está a necessidade de conversões de formato encapsulado em 400 GbE, 800 GbE e velocidades ainda mais altas. É geralmente aceito que as conversões de formato encapsulado devem ser feitas quando for absolutamente necessário devido a problemas técnicos ou custos. Alcançar a proteção do investimento, a alta densidade e uma gama completa de capacidades exige riscos, mas o QSFP-DD pode resolver tudo isto, permitindo que a indústria avance com economias de escala.
Desafios e soluções QSFP-DD
A compatibilidade com versões anteriores do QSFP-DD exige o enfrentamento de uma variedade de desafios, incluindo tamanho e layout dos componentes, resfriamento de módulos e sistemas e conectores elétricos que suportam quatro e oito canais usando 56G SerDes. Esses fatores estão inter-relacionados e requerem consideração de outros componentes do sistema, como o ASIC de alta potência. É claro que estes desafios mecânicos são mais fáceis de resolver para novos tipos de módulos que quebram a compatibilidade com as gerações anteriores.
Um dos desafios técnicos mais óbvios é o resfriamento. Espera-se que o PMD inicial de 400 GbE exija 12 W, enquanto o QSFP28 suporta apenas cerca de 4 W, por isso é compreensível que alguns tenham dificuldade em dar o salto. O sucesso do objectivo original impulsionou uma ambição ainda maior. O módulo coerente 400ZR/ZR+, planejado para 2020, pode exigir 20W. A inovação contínua, incluindo sistemas e design de Cage, mostrou que isso é possível, e a organização de padrões aprovará em breve estessoluções para QSFP-DD. A etapa final no suporte de 20W é obtida adicionando um radiador na frente do módulo. Conforme mostrado na figura abaixo.
Outra consideração térmica é que os módulos ópticos não podem ser considerados um sistema fechado; eles devem operar no projeto geral de um roteador, switch ou servidor. Em comparação com o OSFP, uma característica importante dos módulos QSFP é que seu tamanho menor permite maior entrada de ar. Este fator beneficia o resto do sistema, como pode ser visto claramente na plataforma que oferece ambas as opções.
Existem muitas outras áreas onde alcançar a protecção do investimento em QSFP-DD requer uma colaboração em larga escala em toda a indústria. Cada passo na jornada de 40G para 400G representa um progresso tecnológico significativo, muitos dos quais antes eram considerados impossíveis. Nesta fase, as pessoas estão a começar a enfrentar estes desafios para futuras velocidades Ethernet, por isso devemos ser céticos em relação ao argumento inicial de que o QSFP repetitivo atingiu o seu limite.
A gestão da cadeia de fornecimento tornou-se um factor chave de diferenciação para o sucesso dos fornecedores de hardware e operadores de rede. Como a implantação de data centers escaláveis em larga escala é tão grande, a diversidade de fornecedores é crítica e, se os dois padrões de encapsulamento modular persistirem, cada fornecedor poderá ter que dividir o gerenciamento da cadeia de suprimentos.
A melhor opção de mercado é fornecer a granel a um custo aceitável. Depois que o padrão de encapsulamento do módulo for integrado com sucesso, a implementação de 400GbE se beneficiará da otimização de todos os colaboradores e de vários concorrentes do fornecedor. Não podemos repetir as lições da CFP4 apenas para procurar uma redução injustificada dos riscos a curto prazo.
Conclusão
O lançamento do 400GbE começa em 2019 e aumentará rapidamente. O debate sobre a forma de embalagem do módulo óptico está praticamente encerrado e, independentemente de o fornecedor do sistema ter escolhido QSFP-DD ou ambos, o foco agora mudou para velocidades futuras. No longo prazo, o 400GbE escolherá principalmente QSFP-DD. À medida que a indústria continua a integrar o QSFP-DD, surgirão economias de escala e o 400GbE atingirá todo o seu potencial.
