数据中心的40G/100G 前景系统解析

随着各类服务器、开关、布线和收发器最终进行相互整合，我们预测数据中心40Gb/s互联产品将得到腾飞。

推迟了约6个月，英特尔终于发布了新一代"Romley"体系结构，每个微处理器能提供10个内核，PCI Express 3.0总线支持更快速的I/O。在服务器和开关已经发展成熟的条件下，因为数据中心基础设施开始新一轮主要更新期，所以使用直连式电缆(DAC)、有源光缆(AOC)和光收发器的40G市场需求将上升。

10G困难重重

服务器一旦升级，需求更快速的架顶式开关上行链路。但是1G到10G的传输问题多多。在过去，包括千兆以太网(GbE) 和RJ-45板上局域网(LOM)等服务器是"免费的"——但是，今天双端口10GBase-T的成本远高于先前 "慷慨"所造成的成本。再者，以前Cat5e也差不多是免费的，所以互联不会是一个严重的成本问题，但是今天它(互联)是(一个严重的成本问题)了。

服务器公司向可插拔"子卡(daughter cards)"供应10G端口，以消灭后续市场的竞争对手并确保公司享受高价。子卡具有不同的针对范围：1G到10GBase-T和2个到4个SFP+端口，或将来100G CXP到CFP/2的双端口QSFP。服务器制造商从10G/40G升级中获取巨额利润，但是我们回避了问题的本质--服务器公司会回到买家认为免费的LOM模式吗?

同时，10GBase-T已经出现高功耗、尺寸和成本上的问题。这就打开了SFP+ DAC布线进军之门，然而10GBase-T供应商开发28nm部件。该事件改变了整个行业的格局。但是DAC也有自己的问题，因为它"从电力"上连接两个不同的系统，并且并不是所有的SFP+都是相似的。

LightCounting预测，2012年将实际有约100万个10GBase-T端口，意味着约有500,000个连接点--基本上是，今天每个比较大型的单一数据中心就会有一个1GBase-T端口。SFP+ DAC的需求正在上升，约需求250万到350万个端口，多数是连接到服务器，连接到架顶式开关的数量不足700万个。

SFP+ AOC即将在光纤终端模块面市，光纤收发器通常用于连接距离超出7m的开关。LightCounting预测，2012年将出货600万个10G SFP+SR和LR光纤收发器。

40G成为"下一个宠儿"

将服务器-开关连接从1G升级到10G，迫使连接架顶式(top-of-rack)和列末(End-of-row)的开关上行链路以及所有的开关层调至40G。但是，尽管数据中心运营商从经济危机中恢复，预算依然十分紧张，"递增式升级(incremental upgrades)"是运营商所青睐的模式。增加"所需的"10G/40G连接是运营商目前的购买方案。

100G似乎成为了所有贸易展览会的宠儿和各大媒体的头条新闻，人们将在未来的两到三年内投资40G。数据中心目前仅仅击中了4G至6G的需求，从来不考虑10G，所以许多数据中心正处于需要升级的转型阶段。谷歌、Facebook和微软等所谓的"百万数据中心(Mega Data Centers)"每条花费10亿美元，尽管它们十分吸引人的眼球，但是它们并不代表数据中心的主流。

将会出现追棒40G收发器商机的情况，在提供40G QSFP SR收发器和用于少于50m应用的以太网AOC方面，许多收发器供应商已经展开架势。超过10家收发器公司已经宣布推出新款收发器和/或AOC，更多的供应商正在赶来抢夺商机。入行技术门槛较低，对成本十分敏感的互联网数据中心(尤其是在中国)或在产能上实现全球崛起。

LightCounting预测，收发器行业将上演其传统的价格争斗--"让我们自割喉咙，看谁流血死到最后"。结果，40G SR模块的价格降幅看似最大，从今天的约250美元降至190美元以下，以全部迎合明年OEM的要求。我们甚至看到有商家出价65美元，他们玩只要进入市场就有希望的游戏。(但是您将得到您所付出的!)OEM以太网AOC价格低于190美元--目的在于将两端和光纤实现完全相连。

在距离约100m范围内，唯一只有40G QSFP MSA能使用多模式光纤支持SR，或在10km范围内，使用双工单模光纤支持SR--都是使用相同的QSFP开关端口。ColorChip和Sumitomo等其他公司提供QSFP模块;Oclaro (通过与Opnext并购)、NeoPhotonics、菲尼萨集团(Finisar)和InnoLight等公司提供较大型的CFP设备。与只有四个CFP端口相比，QSFP在每条线卡上允许36个端口。电压为32伏，LightCounting表示他们更愿意把CFP称为"轻巧型煎锅(Compact Frying Pan)";这尽管在电信领域十分流行，但是在数据通信领域却不流行!OEM的价格幅度从2000美元到3000美元，主要是根据数据中心或电信的表现情况来定。

实行100G的情况更加复杂

行业里很多人认为，数据中心急需要数以万计的100G中等距离达到的连接，以支持服务器虚拟化、大数据、智能手机、平板电脑和甚至软件网络中即将出现的"洪水灾害"。10通道CXP主要是由大型核开关公司用于收发器和AOC领域。在4x25G的25G信号下，多模式噪声尖峰导致多模式收发器的达到范围降到50至70m;所以这些组件需要求前向纠错(FEC)，和/或达到125m同等水平。

100G 2km存在的问题

事实已经证明，在超出100m的范围发送100G是十分困难的，开发时间远长于先前的预期。IEEE 40/100G High Speed Study Group在七月份召开会议，将研究时间再往后推6个月，以解决所遇到的技术问题。

对于到达更长距离的问题，工程师正在努力将所有的光学和电子学融入到新的MSA包中，并满足所有功率、尺寸、电子和光学的要求。该目标是可以实现的--但是成本和功率依然是大家所熟知的难题。CFP/2并不是一个已经完成的部分!很多争论依然集中在下一代MSA的zCXP vs CFP/2上，因为Molex 和 TE Connectivity一直都在支持zCXP。同时，Luxtera、 Kotura和LightWire/思科(Cisco)等硅电子公司生产能将所有需要的光学和电子学融入到QSFP中。

调整好25G至28G线性速率对IEEE来说十分重要，因为这是众多协议的融合点：26G的InfiniBand EDR、25G的以太网、24G的SAS 4.0、28G的光纤通道(Fibre Channel)和28G的电信。

目前，在经济上，100m至600m范围的问题上没有其他的选择;随着数据中心越来越强大，这将成为IEEE领域中争论的热点和中心。每外延1m，收发器OEM的成本范围从1000美元(1个CXP)到14000美元(1个以电信为中心的CFP)!我们通常所指的距离为2km，在有接线板和不干净连接器的有损耗数据中心的环境下，实现该距离的应用实际是将距离转化为400m和600m之间，光预算约为4-5 dB。为了实现10km的距离，连接需要6 dB。正在研发新一代激光器和CMOS电子(而不是SiGe)，但是Mother Nature阻碍了我们行业发展的脚步。

结语

在未来的几年中，将发展英特尔的Romley服务器体系结构、后续硅收缩、PCI Express 3.0、连接架顶式10G上行链路和交换基础设施40G上行链路。在未来的3年内，人们将投资转移到支持40G连接上，但是大家都可以看到下一站是100G。IEEE将会解决技术层面的问题，100G基础设施技术将在2014年年底开始实施。对于这个行业来说，处理好这些事情十分重要，因为100G的应用时间将会比较长久。