本文研究了用于400G和200G以太網(wǎng)的最新IEEE Std 802.3bs-2017標(biāo)準(zhǔn)。該新標(biāo)準(zhǔn)延續(xù)了以太網(wǎng)的快速發(fā)展，以適應(yīng)云數(shù)據(jù)中心不斷增長的帶寬需求。目前的400G規(guī)格僅含蓋光纖媒介，提升了光學(xué)通道速度的限制和鏈路中的并行光纖數(shù)量。與大多數(shù)新的以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)一樣，業(yè)界已經(jīng)開發(fā)了許多新的收發(fā)器外形、連接器和電纜以適應(yīng)新的400G標(biāo)準(zhǔn)。這個以太網(wǎng)創(chuàng)新的新時代無疑將引發(fā)新的發(fā)展，這種發(fā)展將一直持續(xù)到未來的某個時期。

以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)從1G到400G的演進(jìn)

以太網(wǎng)發(fā)展的驚人速度現(xiàn)已飆升至400G。 從1997年的1 Gbps以太網(wǎng)到2004年的10 Gbps、2010年的100 Gbps，以及2014年的4通道(4×25 Gbps)100 Gbps，下一步需要一段時間才能達(dá)到400G。IEEE于2017年12月6日正式批準(zhǔn)了其200G和400G的802.3bs標(biāo)準(zhǔn)。在云數(shù)據(jù)中心不斷增加的互聯(lián)網(wǎng)流量需求的推動下，總是需要更多帶寬，因此可以預(yù)期800 Gbps 或1600 Gbps以太網(wǎng)也不會太遠(yuǎn)。

像往常一樣，IEEE利用現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)打造通向400G的途徑。當(dāng)前數(shù)據(jù)速率的關(guān)鍵特性和限制是使用當(dāng)前電氣技術(shù)來實(shí)現(xiàn)單通道串行速率。最新的100 Gbps以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)是基于四個25 Gbps的并行通道，這被證明是400G開發(fā)的自然起點(diǎn)。然而，400G顯然需要一種將通道數(shù)據(jù)速率提高到50 Gbps的方法，并且已經(jīng)開始去努力實(shí)現(xiàn)100 Gbps光學(xué)通道，使用這些新成就將映證400G以太網(wǎng)的巨大優(yōu)勢。

以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)逐年發(fā)展

在考慮網(wǎng)絡(luò)行業(yè)的各種權(quán)衡和要求的同時，有多種方法可以實(shí)現(xiàn)400G目標(biāo)。由于400G標(biāo)準(zhǔn)將物理介質(zhì)限制為僅多模和單模光纖，因此鏈路中的光纖數(shù)量顯然是關(guān)鍵問題。已知多個平行光纖對于長達(dá)500米的短距離鏈路是可接受的解決方案，但對于成本過高的較長電纜長度(2000米到1萬米)則不行。但是，具有16 x 25 Gbps并行通道的400G數(shù)據(jù)速率將需要每個鏈路32個光纖用于發(fā)送和接收。在制定400G的一套規(guī)范時，IEEE工作組采用了多種技術(shù)和方法，為短距離多模光纖和使用各種光纖和線路數(shù)率的遠(yuǎn)程單模光纖定義了可接受的成本效益解決方案。此外，基于400G標(biāo)準(zhǔn)的一組200G標(biāo)準(zhǔn)也被指定為400G的實(shí)用遷移通道。

PAM4編碼的研發(fā)挑戰(zhàn)

50 Gbps的通道速率是達(dá)到400G的基礎(chǔ)，第一個主要決定是改變信號編碼方案。到目前為止，所有以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)都使用簡單的2級非歸零(NRZ)方法將二進(jìn)制數(shù)據(jù)流編碼為可傳輸?shù)碾娦盘枴榱双@得更高的通道數(shù)據(jù)速率，需要使用被稱為4級脈沖幅度調(diào)制(PAM4)的編碼方案，這將有效地使在相同時間量內(nèi)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量加倍。
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