技术解读:800G以太网的标准与实现

2020年4月6日，25 Gb以太网联盟发布更名公告，更名为“以太网技术联盟”。其成员包括思科、阿里斯塔、博通、戴尔、谷歌、Mellanox和微软。同时，联盟发布了800千兆以太网(GbE)的800GBASE-R规范。800 GbE规范引入了新的媒体访问控制(MAC)和物理编码子层(PCS)。它基本上重用了来自IEEE 802.3bs标准的两组现有的400GbE逻辑，并做了一些修改，以便在8个106 Gb/s的物理通道上分发数据。因为PCS被重用，所以标准的RS(544，514)前向纠错被保留，以便与现有物理层规范简单兼容。以太网技术联盟技术工作组主席Rob Stone表示：“这项工作的目的是尽可能重用标准的400GbE逻辑来创建800 GbE MAC和PCS规范，同时为实现多速率以太网端口的用户提供最小的开销成本。800 GbE规范是首次以联盟的新名称发布的令人兴奋的消息，反映了组织的真实能力。我们为我们的成员公司在完成这一规范方面的辛勤工作感到自豪。”通过新思科技的描述，我们也可以看到800 GbE规格的一些好处。数据中心采用可扩展的网络架构，如叶岭架构。叶主干架构需要大量的互连，因为每个叶交换机都分散到每个主干交换机，从而最大限度地提高服务器之间的连通性。反过来，这又带动了以400Gb/s和800 Gb/s运行的以太网互联的变化，过渡到800 GB/s的以太网不仅可以省电，还可以节省面积，从而增加互联密度。以太网的发展速度惊人。从1995年的1亿到现在的800G，以太网需要25年的时间才能将网速提升几千倍。新思科技整理的下图可能感觉更直观。

来源：新思科技

根据800 GbE规范，800Gb/s以太网技术被设计为使用8个具有106Gb/s通道的接口，这是一个使用2x子句119 PCS (400G)连接以800 Gb/s运行的单个MAC。下图显示了系统架构。请注意，至少目前，800G PMD在当前的800 GbE规范中没有定义。2x400G PMD可用于形成800G接口，如2x400GBASEDR4模块。该架构可以支持8x106.25G、16x53.125G甚至更慢的接口，但8x106.25G是主要重点。

来源：以太网技术联盟

机器学习、人工智能和流媒体游戏服务等新的数据中心流量正在推动端到端和用户之间的多重数据增长。速率接口从100GbE到400GbE，速率提升了4倍，现在800GbE已经准备好了。在落地800G以太网的过程中，2019年9月5日成立的800G可插拔MSA工作组将发挥积极的引领作用。800G可插拔MSA工作组旨在促进数据中心运营商与基础设施、设备、光模块、光/电芯片和连接器供应商之间的沟通与合作。聚焦数据中心网络互联场景，旨在确定最佳互联架构，定义800G可插拔光模块接口规格，构建生态系统，引导行业健康发展。800G-SR8和800G-FR4出现在800G可插拔MSA工作组定义的第一个800G规范中。前者是适用于短距离传输应用的性价比高的8x100G模块，可以在单模光纤上传输60-100米；后者提出4200g光模块，需要支持新的FEC功能。从产业链的进程来看，目前测试厂商和IP厂商都在主导800G以太网的研发。2021年6月21日，泽德科技宣布，与四通道小型可插拔双密度(QSFP-DD800)生态系统中的高速以太网合作伙伴合作，成功完成物理设计验证解决方案的演示。QSFP-DDMSA联合主席、Molex行业标准总监ScottSommers表示：“为了满足新一代数据中心对信号完整性、热性能和端口密度的要求，QSFP-DD的整体尺寸不断提升。在大力推进QSFP-DD基础设施建设的全行业帮助下，德科技推出了全新的G800产品。”思思科技从知识产权层面帮助解决设计难题。使用多层以太网协议进行设计时，一个典型的挑战是确保MAC、PCS和PMA子层在集成后提供最佳的性能和延迟。在800G时，数据路径尽可能高效以确保最低延迟变得更加重要。如果数据路径的不同部分来自不同的供应商，那么建立互操作性可能是一项困难的任务，尤其是因为800G以太网还没有被IEEE标准化。目前，思思科技提供可配置控制器、速度高达400G/800G的硅验证PHYS以及其他认证IP。此外，我们还可以看到，例如赛博坦和许闯科技，他们合作展示了800G以太网的互操作性。但是从800 GbE规范中可以看出，800G以太网更多的是400G连接的扩展，在具体使用上是400G的扩展。例如，如800 GbE规范中所述，MLD技术的一个重要方面是为每个虚拟通道使用唯一的对准标记(AM)。对于400Gb/s，每163，840 x 257b个数据块将一个调幅插入条带数据流。这将继续以800 Gb/s的速度进行(并且对于每个400G的流保持相同的间隔)。但是，插入的AM将增加两倍，必须修改AM以确保一致的800 Gb/s数据流，并防止配置错误的400 Gb/s端口无法同步到800 Gb/s数据流。这些调整并不是特别困难。难的是以太网如何进入T级。这个思科研究了很多年。