技術解讀：800G以太網(wǎng)的標準和實現(xiàn)

2020 年 4 月 6 日，25 Gb 以太網(wǎng)聯(lián)盟發(fā)布更名通知，將名稱變更為“以太網(wǎng)技術聯(lián)盟”，聯(lián)盟成員包括思科、Arista、博通、Dell、Google，Mellanox和微軟等。與此同時，聯(lián)盟發(fā)布了用于800千兆位以太網(wǎng) (GbE)的 800GBASE-R規(guī)范（以下簡稱：800 GbE 規(guī)范）。

800 GbE 規(guī)范引入了新的介質訪問控制(MAC) 和物理編碼子層 (PCS)。它基本上重新利用了來自 IEEE 802.3bs 標準的兩組現(xiàn)有 400GbE 邏輯，并進行了一些修改，以便將數(shù)據(jù)分布在八個 106 Gb/s 物理通道上。由于 PCS 被重用，因此保留了標準 RS(544, 514) 前向糾錯，以便與現(xiàn)有物理層規(guī)范簡單兼容。

以太網(wǎng)技術聯(lián)盟技術工作組主席Rob Stone表示：“這項工作的目的是盡可能地重新調(diào)整標準400GbE 邏輯的用途，以創(chuàng)建 800 GbE MAC 和 PCS 規(guī)范，同時為實現(xiàn)多速率以太網(wǎng)端口的用戶提供最小的開銷成本。800 GbE 規(guī)范是以該聯(lián)盟的新名稱首次發(fā)布的令人興奮的消息，反映了該組織的真正能力。我們?yōu)槲覀兊某蓡T公司在完成此規(guī)范方面的辛勤工作感到自豪?！?br />
通過新思科技的描述，我們也能夠看到一些800 GbE 規(guī)范的好處，數(shù)據(jù)中心采用可擴展的網(wǎng)絡架構構建如葉脊架構。葉脊架構需要大量互連，因為每個葉交換機都扇出到每個主干交換機，從而最大限度地提高服務器之間的連接性。這反過來又推動了以400Gb/s 和 800Gb/s 運行的以太網(wǎng)互連的變化。向 800 Gb/s 以太網(wǎng)的轉變不僅可以節(jié)省電力，還可以節(jié)省面積，從而增加互連密度。

以太網(wǎng)的發(fā)展速度可謂驚人，從1995年的100M到如今的800G，以太網(wǎng)用25年的時間將網(wǎng)絡速度提升網(wǎng)絡數(shù)千倍，通過新思科技整理的下圖可能感受更為直觀。

圖源：新思科技

800 GbE 規(guī)范中提到，800Gb/s以太網(wǎng)技術被設計為使用8個106Gb/s 通道的接口，是使用2xClause 119 PCS (400G) 連接以 800 Gb/s 運行的單個MAC。 下圖顯示了系統(tǒng)架構。請注意，至少就目前而言，目前800 GbE 規(guī)范中并未定義800G PMD。2x400G PMD 可用于形成 800G 接口，例如 2x400GBASEDR4 模塊。這種架構可以支持 8x106.25G、16x53.125G 甚至更慢的接口，但8x106.25G 是主要焦點。

圖源：以太網(wǎng)技術聯(lián)盟

機器學習、人工智能和流媒體游戲服務等新的數(shù)據(jù)中心業(yè)務流量正在推動端到端以及到用戶的成倍的數(shù)據(jù)增長。速率接口從100GbE到400GbE實現(xiàn)了速率的4倍增長，如今800GbE也已經(jīng)整裝待發(fā)。

在800G以太網(wǎng)的落地過程中，成立于2019年9月5日的800G Pluggable MSA工作組將起到積極的帶動作用。800G Pluggable MSA工作組旨在促進數(shù)據(jù)中心運營商與基礎設施、設備、光模塊，光/電芯片和連接器供應商之間的交流與協(xié)作。重點在數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡互連場景，旨在確定最佳的互連體系結構，定義800G可插拔光模塊的接口規(guī)格，構建生態(tài)系統(tǒng)并指導行業(yè)的健康發(fā)展。

800G-SR8和800G-FR4出現(xiàn)在800G Pluggable MSA工作組定義的第一個800G規(guī)范中，前者是一種適用于短距離傳輸應用且具有成本效益的8x100G模塊，在單模光纖上可以傳輸60-100米；后者則提出4 x 200G的光模塊，需要支持新的FEC功能。

從產(chǎn)業(yè)鏈進程來看，目前測試廠商和IP廠商在800G以太網(wǎng)的研發(fā)方面較為領先。2021年6月21日，是德科技宣布，該公司與四通道小型可插拔雙密度（QSFP-DD800）生態(tài)系統(tǒng)中的高速以太網(wǎng)合作伙伴聯(lián)手，成功完成了物理設計驗證解決方案的演示。

QSFP-DDMSA聯(lián)合主席、Molex行業(yè)標準總監(jiān)ScottSommers表示：“為了滿足新一代數(shù)據(jù)中心關于信號完整性、熱性能和端口密度的要求，QSFP-DD的外形尺寸不斷改進。借助整個行業(yè)都在大力推進QSFP-DD基礎設施建設這一東風，是德科技推出了新型G800產(chǎn)品?！?br />
新思科技則從IP層面幫助解決設計挑戰(zhàn)。使用多層以太網(wǎng)協(xié)議進行設計時的一個典型挑戰(zhàn)是確保MAC、PCS 和物理介質附件 (PMA) 子層在集成后提供最佳性能和延遲。在 800G 時，數(shù)據(jù)路徑盡可能高效以確保最低延遲變得更加重要。如果數(shù)據(jù)路徑的不同部分來自不同的供應商，那么建立互操作性可能是一項艱巨的任務，特別是因為 800G 以太網(wǎng)尚未被 IEEE 標準化。

新思科技目前提供可配置控制器和經(jīng)過硅驗證的PHY，速度高達 400G/800G，以及其他驗證IP。

此外，也能夠看到諸如思博倫與旭創(chuàng)科技，兩家公司合作完成了800G以太網(wǎng)互操作性的演示。

不過，從800 GbE 規(guī)范能夠看出，800G以太網(wǎng)更多是對400G的連接擴展，在具體使用上是400G的延伸。比如，800 GbE 規(guī)范中提到，MLD技術的一個重要方面是為每個虛擬通道使用唯一的對齊標記 (AM)。對于400Gb/s，AM每163,840 x 257b塊插入到條帶數(shù)據(jù)流中。這將在800 Gb/s中得以延續(xù)（并保持每個400G流的相同間隔）。但插入的AM將增加兩倍，并且必須修改 AM 以確保一致的 800 Gb/s數(shù)據(jù)流，并防止錯誤配置的400 Gb/s 端口無法同步到 800 Gb/s數(shù)據(jù)流。這些調(diào)整并不是特別困難，難的是以太網(wǎng)如何進入T級，這個思科已經(jīng)研究很多年了，原本在400G之后業(yè)界預期的也是T級，但現(xiàn)在來看還要時間。