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隨著AI技術(shù)的快速發(fā)展，尤其是大模型訓(xùn)練和推理過程，數(shù)據(jù)量呈爆炸式增長，這也對底層基礎(chǔ)設(shè)施提出了更高的要求，網(wǎng)絡(luò)傳輸必須朝著更高帶寬和更高密度的方向發(fā)展以滿足需求。800G以太網(wǎng)在400G的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展，提供800Gbps的數(shù)據(jù)傳輸速率。

800G以太網(wǎng)優(yōu)勢何在？

• 高帶寬與高速率： 提供800Gbps的數(shù)據(jù)傳輸速率，遠(yuǎn)超當(dāng)前主流網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。
• 高吞吐量和低延遲： 顯著提升數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐掏铝亢徒档脱舆t。當(dāng)下已推出51.2T交換芯片。
• 支持高密度與大規(guī)模傳輸： 800Gps的傳輸速率使其能夠在有限的物理空間或資源下，有效傳輸更多的數(shù)據(jù)，支持更廣泛的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜痛笠?guī)模部署。

800G以太網(wǎng)的技術(shù)解讀

如圖1所示，800G以太網(wǎng)實際上是一種接口技術(shù)，可以支持單個MAC以800Gb/s的速率運(yùn)行。800G以太網(wǎng)通過集成兩個400G PCS實例來實現(xiàn)其高速率傳輸。這兩個400G PCS實例在數(shù)據(jù)傳輸過程中協(xié)同工作，共同支撐800G的帶寬需求。[800G-ETC-CR8/KR8] 規(guī)定，800G PMD子層基于IEEE 802.3ck標(biāo)準(zhǔn)的400Gb/s技術(shù)，將原來的4個并行通道擴(kuò)展為8個并行通道。這就將PAM4（四電平調(diào)制）和SerDes速度從上一代的50Gbps翻倍至100Gbps，實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)的高帶寬與高速率。

圖1：800G以太網(wǎng)架構(gòu)圖

800G以太網(wǎng)行業(yè)現(xiàn)狀

目前市場上的800G交換芯片主要有Broadcom Tomahawk 5、Marvell Teralynx 10和Cisco Silicon One G200，NVIDIA Spectrum-4芯片不對外售賣。它們的制作工藝大多基于5nm，吞吐量都為51.2Tb/s，在端口速率配置和一些特色功能上略有不同。比如Broadcom Tomahawk 5芯片更側(cè)重其高效的SerDes設(shè)計降低功耗，Marvell Teralynx 10強(qiáng)調(diào)其業(yè)界超低延遲表現(xiàn)，Cisco Silicon One G200采用P4可編程并行處理器，更加靈活可定制，而NVIDIA Spectrum-4則是專注于AI網(wǎng)絡(luò)性能的提升。下面附上芯片能力表格以便直觀對比。

基于這些主流的800G交換芯片已有交換機(jī)廠商率先推出800G以太網(wǎng)交換機(jī)，例如Arista 7060X5、edgecore AIS800-64D、Cisco Nexus 9232E、星融元Aster fusion CX864E-N等。

圖2：800G交換機(jī)組網(wǎng)方案

這代表了網(wǎng)絡(luò)硬件技術(shù)的飛躍，滿足高速數(shù)據(jù)傳輸需求的同時推動了相關(guān)行業(yè)應(yīng)用，但800G以太網(wǎng)技術(shù)仍未完善，所有市面上的相關(guān)產(chǎn)品仍舊有各自的提升空間和要面臨的網(wǎng)絡(luò)挑戰(zhàn)。

800G以太網(wǎng)技術(shù)如何破局？

挑戰(zhàn)一：誤碼問題

信號在高速傳輸?shù)倪^程中受多種因素影響，例如信號衰減、反射散射和噪聲抖動等。這些因素會導(dǎo)致信號質(zhì)量下降，甚至出現(xiàn)比特錯誤，即誤碼。誤碼率指數(shù)據(jù)傳輸中錯誤比特數(shù)與總傳輸比特數(shù)的比例，是數(shù)字通信系統(tǒng)中衡量傳輸質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)。誤碼率越高，數(shù)據(jù)損耗程度越嚴(yán)重。然而在更高速的800G以太網(wǎng)中，常規(guī)的信號處理技術(shù)不足以解決誤碼問題，需要更復(fù)雜的方式來應(yīng)對。

解決方案：

• 更復(fù)雜的FEC算法：FEC是一種前向糾錯技術(shù)，可以在數(shù)據(jù)傳輸過程中添加冗余信息，以便在接收端檢測和糾正錯誤。800G以太網(wǎng)目前所有通道均采用 400 Gb/s 標(biāo)準(zhǔn)支持的 RS（544,514）FEC。然而正在開發(fā)的下一代800G收發(fā)器將使每個通道的速率達(dá)到200Gbps，需要更多的冗余數(shù)據(jù)、更多的糾錯機(jī)制和更復(fù)雜FEC算法來確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/li>

圖3：FEC工作原理

• 更先進(jìn)的DSP技術(shù)：優(yōu)化數(shù)字信號處理技術(shù)，使得DSP芯片對接收到的信號進(jìn)行更精確的處理，提高信號的質(zhì)量和穩(wěn)定性，減少誤碼的發(fā)生。

挑戰(zhàn)二：能耗問題

隨著數(shù)據(jù)中心容量和密度的提升，采用傳統(tǒng)可插拔光模塊方式逐漸遇到一個困難。傳統(tǒng)交換芯片與光模塊之間有一條較長的電通道，電通道在速率提升時數(shù)據(jù)損耗越來越大，為了克服通道上的數(shù)據(jù)損耗，需要在電通道上做復(fù)雜信號處理，這些處理會顯著增加系統(tǒng)功耗。再加上光模塊本身功耗大，盡管已經(jīng)進(jìn)行了高效設(shè)計，但在大型數(shù)據(jù)中心中擁有數(shù)以萬計的光模塊，其整體功耗仍是問題。除了光模塊外，SerDes的通道數(shù)量和單個通道的速率也在不斷提升。在800G以太網(wǎng)中，SerDes的速度增加到100Gbps，芯片周圍的SerDes通道數(shù)量增加到512，這都會導(dǎo)致功耗的上升。

解決方案：

• CPO光電共封裝技術(shù)：OFC 2022的Workshops針對高速以太網(wǎng)的功耗問題提到了CPO（Co-packaged Optics）技術(shù)。該技術(shù)將交換芯片和光引擎共同裝配在同一個Socketed（插槽）上，形成芯片和模組的共封裝。這樣的封裝方式顯著減小了電通道帶來的能耗損失和信號干擾，為800G以太網(wǎng)提供更高的功效。

圖4：CPO技術(shù)的電路板組裝

• 更高效的SerDes設(shè)計：SerDes需要支持更高的速率和更低的功耗，同時保持較小的面積和成本。
• 優(yōu)化電路板設(shè)計：采用更高效的電路設(shè)計和低功耗材料來減少功耗，提高整體能效。

800G以太網(wǎng)的未來

• 從技術(shù)創(chuàng)新的角度來說： 交換機(jī)和光模塊技術(shù)不斷發(fā)展，比如100Gbps SerDes廣泛應(yīng)用，都為800G以太網(wǎng)的實現(xiàn)提供了技術(shù)基礎(chǔ)，有望在未來幾年實現(xiàn)800G以太網(wǎng)的大規(guī)模商用。目前一些領(lǐng)先的芯片制造商已經(jīng)發(fā)布了支持1.6T以太網(wǎng)PHY解決方案的產(chǎn)品，這表明800G以太網(wǎng)將向著更高速率邁進(jìn)。
• 從行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制定來說 ：2022年，OIF完成了400ZR標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，并正在制定800G LR和ZR的規(guī)范，包括光系統(tǒng)參數(shù)、FEC算法、DSP技術(shù)、OTN映射等技術(shù)方面。2023年，IEEE 802.3dj項目中就800G 10km應(yīng)用是否采用IMDD（強(qiáng)度調(diào)制和直接檢測）還是其他相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了討論。目前，IEEE 802.3正在積極推進(jìn)800G及1.6T以太網(wǎng)接口的標(biāo)準(zhǔn)化工作。預(yù)計在未來兩年內(nèi)，IEEE 802.3、OIF等國際標(biāo)準(zhǔn)組織將陸續(xù)完成800G以太網(wǎng)物理層標(biāo)準(zhǔn)的制定，并推動其在實際應(yīng)用中的開發(fā)和驗證。
• 從市場的角度來說： 5G 網(wǎng)絡(luò)、云計算和[人工智能]等領(lǐng)域快速發(fā)展，數(shù)據(jù)中心對帶寬的需求日益增長。800G以太網(wǎng)能夠提供更高的帶寬和更低的延遲，必定會投入使用，擴(kuò)大市場規(guī)模。再加上目前國內(nèi)外市場不斷有企業(yè)在800G通信領(lǐng)域取得顯著進(jìn)展，不難看出800G以太網(wǎng)將成為通信市場的重要增長點(diǎn)。有相關(guān)機(jī)構(gòu)預(yù)測，到2025年，800G以太網(wǎng)將占數(shù)據(jù)中心交換機(jī)端口的25%以上，表明在未來幾年內(nèi)，800G以太網(wǎng)將實現(xiàn)快速普及。

總結(jié)

綜上，800G以太網(wǎng)技術(shù)是應(yīng)對未來網(wǎng)絡(luò)需求的關(guān)鍵解決方案，不斷推動數(shù)據(jù)中心和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的升級，滿足日益增長的數(shù)據(jù)傳輸和處理需求。未來，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和市場的擴(kuò)大，800G以太網(wǎng)有望在未來幾年內(nèi)實現(xiàn)更廣泛的商業(yè)化和部署。

參考：https://ethernettechnologyconsortium.org/wp-content/uploads/2021/10/Ethernet-Technology-Consortium_800G-Specification_r1.1.pdf

審核編輯 黃宇