800G 이더넷의 새로운 표준(IEEE 802.3df)

하이퍼스케일 데이터 센터가 더 많은 대역폭을 찾고 중추 네트워크에 400GbE(기가비트 이더넷) 링크를 사용하기 시작함에 따라 이제는 새로운 800GbE 표준으로 이동하고 있습니다. 업계에서는 이미 25.6Tb 스위치 및 라인 카드를 지원하는 QSFP-DD800 및 OSFP 폼 팩터에 2개의 400GbE(총 800G)를 배포하고 있습니다. 

ETC(Ethernet Technology Consortium)는 400GbE PCS/FEC의 이중 인스턴스를 기반으로 800GbE 표준을 정의했습니다. 

또한 800G 플러그형 트랜시버 모듈은 800G 플러그형 MSA, QSFP-DD MSA 및 OSFP MSA에 의해 지정되었습니다.

코히런트 400ZR 옵틱은 이더넷을 코히어런트 링크에서 직접 전송함으로써 DCI(Data Center Interconnect)를 사용하여 지역 데이터 센터를 상호 연결함으로써 데이터 센터에서 400GbE를 지원하고 있습니다. 현재 일부 독점적인 파장당 800G 코히어런트 광 트랜시버도 사용 가능합니다. 

그러나 상호 운용성을 위해 OIF(Optical Internetworking Forum)는 현재 DCI 애플리케이션을 처리하기 위해 800ZR을 정의하고 캠퍼스 애플리케이션을 위해 최대 10km의 단일 파장 일관성을 처리하기 위해 800G-LR을 정의하기 위해 노력하고 있습니다

ETC 800GbE 표준 및 IEEE 802.3 800/1600GbE 표준

그렇다면 800G 표준 개발 현황은? 현재 IEEE 802.3은 800GbE 및 1600GbE를 지정하기 위해 802.3df 태스크 포스를 구성했습니다. IEEE 802.3df 태스크 포스 개발은 세 가지 주요 프로젝트로 분류할 수 있습니다.

I. 800/1600GbE MAC, PCS 및 FEC를 정의합니다. 800-KR/CR, 800G-SR8(100m), 800G-DR8(500m), 800G-FR8(2km), 800G-LR/LR8(10km) 등 800GbE를 지원하는 PMD 정의 및 800G-ER/ER8(40km).

II. 주요 노력은 레인당 새로운 200G 광학 PMD를 정의하는 것입니다. 800G-DR4(500m), 800G-FR4(2km) 및 800G-LR4(10km)와 같은 PMD를 정의합니다.

III. 주요 노력은 레인당 200G 전기 IO를 정의하는 것입니다. 200G-KR/CR, 1600G-DR8(500m), 1600G-FR8(2km), 800G-LR(10km) 및 800G-ZR(80km)과 같은 PMD를 정의합니다.

IEEE 800G 표준은 최대 100m의 다중 모드 광섬유를 사용하는 8x100G, 최대 500m의 8x100G 병렬 단일 모드 광섬유, 

최대 2km 및 10km의 단일 모드 광섬유를 통한 8x100G WDM(파장 분할 다중화)을 다룹니다. 

레인당 200G를 기반으로 하는 보다 효율적인 PMD가 뒤따릅니다.

 IEEE 802.3df는 400G를 넘어서는 새로운 이더넷 표준을 개발하는 데 수년이 걸리므로 이더넷 기술 컨소시엄은 기존 400G 이더넷에 근접한 800GbE MAC/PCS 표준을 정의하기 위해 개입했습니다. FEC/PCS VL(가상) 레인 수를 두 배로 늘림으로써(16에서 32로) 새로운 미디어 액세스 제어(MAC)가 8 x 106.25Gbps로 지정되었으며 800GbE에서 작동합니다. 

대부분 400G IEEE 802.3bs 표준을 활용함으로써 이더넷 기술 컨소시엄은 800G-ETC-R(미래의 IEEE 표준과 구별하기 위해)이라고 부르는 새로운 800G 사양을 개발하는 데 상당한 시간과 노력을 절약했습니다.

아래 그림은 Ethernet Technology Consortium 800G 인터페이스의 상위 수준 아키텍처를 보여줍니다. 

MAC은 800G까지 확장되었지만 약간만 수정된 400G 이더넷 표준의 FEC(Forward Error Correction)가 포함된 두 개의 물리적 코딩 하위 계층이 있습니다. 

MAC은 32개 레인에서 2개의 PCS로 데이터를 분배하고 각 PCS에 25Gbps 데이터의 16개 레인을 분배합니다. 수정된 정렬 마커는 800G 데이터 스트림을 수신하고 처리할 수 있도록 각 PCS 데이터 레인에 삽입됩니다. 그런 다음 32개의 PCS 레인은 PMA(Physical Medium Attachment) 계층에서 다중화되어 8개의 106.25Gbps 레인을 PMD(Physical Medium Dependent) 계층에 공급합니다.

현재 업계가 직면한 과제는 32개의 VL이 있는 ETC 800GbE PCS/FEC를 채택하거나 800GbE용 8개 VL 및 1.6TbE용 16개 VL을 기반으로 IEEE 802.3df에서 보다 효율적인 PCS/FEC를 정의하는 것입니다

IEEE 802.3df 작업은 800GbE 및 1.6TbE를 모두 정의하는 주요 작업이며 여기에는 13개의 광학 PMD, 6개의 구리(Cu) PMD 및 6개의 AUI를 정의하는 것이 포함됩니다. 

레인당 100G 기반의 모든 PMD는 패스트 트랙 프로젝트(~2023년)에, 레인당 200G 광학계는 후속 프로젝트(~2024년)에, 레인당 200G Cu/CR은 이후 프로젝트( ~2026년 경)

800G 플러그형 모듈용 옵션

데이터 센터에서 800G 채택의 핵심 부분은 800G 플러그형 광 트랜시버 모듈의 가용성에 달려 있습니다. 

800G Pluggable MSA 그룹은 저비용 8x100G 모듈과 4x200G 모듈을 지정했습니다. 

저가형 8x100G 모듈은 길이가 2미터에서 100미터인 8개의 병렬 단일 모드(PSM) 파이버로 구성된 광학 인터페이스를 지정하지만 IEEE 802.3df는 도달 범위가 500미터인 유사한 PMD를 정의할 것으로 예상합니다. 

4x200G 모듈은 파장 분할 다중화(WDM)를 사용하여 길이가 2미터에서 2km인 단일 모드 파이버에서 4개의 서로 다른 파장으로 200Gbps 신호를 전송하는 광 인터페이스를 지정합니다.

 QSFP-DD800 및 OSFP 모두 800G 인터페이스를 정의했지만 트랜시버 폼 팩터 및 전기 인터페이스는 800G 플러그형 MSA에 의해 지정되지 않았습니다

또한 QSFP-DD MSA는 8x100G 인터페이스를 지원하는 QSFP-DD800이라는 800G 모듈 표준을 정의했습니다. 

이 모듈 사양에는 8개의 전기 레인과 케이지 및 커넥터 시스템이 포함됩니다. QSFP-DD800 모듈은 8레인 QSFP-DD 및 4레인 QSFP28과도 역호환됩니다

4x200G WDM 모듈에 대한 800G 플러그형 MSA 사양은 레인당 200G가 800G 이상의 이더넷 속도에 대해 미래에 선호되는 선택이 될 것으로 예상합니다. 

이 표준은 또한 안정적인 작동을 보장하기 위해 모듈에 구현된 추가 FEC의 포함을 제안합니다. 

따라서 현재 800G의 초점은 8x100G 솔루션이며 4레인 솔루션은 미래에 더 비용 효율적일 것입니다.

800G-ETC-R 표준 및 8x100G 플러그형 모듈 솔루션이 현재 800G 이더넷에 초점을 맞추고 있기 때문에 데이터 센터 내 케이블 및 커넥터 문제가 남아 있습니다.

 8x100G 솔루션에는 각 링크에 대해 16개의 파이버가 필요합니다. 

MPO(다중 광섬유 푸시 온) 커넥터 및 케이블에는 16개의 광섬유를 수용할 수 있는 다양한 옵션이 포함되어 있습니다. 

MPO-16 및 MPO-12 Two Row(MPO-24라고도 함)는 확실한 선택입니다. 이중 MPO-12 커넥터는 800G에 사용할 수 있는 새로운 추가 기능입니다. 

이러한 MPO 커넥터뿐만 아니라 유연한 포트 브레이크아웃 옵션을 지원하는 SN 및 MDC와 같은 새로운 초소형 폼 팩터 커넥터가 있습니다. 

25.6Tbps 스위치가 데이터 센터에 공급되기 시작하면서 800G 포트 브레이크아웃을 통해 하나의 스위치에서 최대 256개의 100G 연결 포트를 사용할 수 있습니다. 

이러한 스위치는 데이터 센터에서 더 높은 밀도와 더 나은 효율성을 제공합니다. 이 추세는 51.2Tbps 스위칭 실리콘을 사용할 수 있고 800G 및 1.6T를 지원하는 포트가 나타나기 시작할 때까지 계속됩니다

800G의 코히어런트 광학

800G 이더넷을 향한 또 다른 단계는 코히어런트 광학을 사용하여 이루어지고 있습니다. 

코히어런트 옵틱은 일반적으로 고차 변조 기술을 사용하여 더 먼 거리에 대해 단일 파이버를 통해 더 많은 데이터를 전송할 수 있는 데이터 센터 상호 연결 애플리케이션에 사용되며, 그 결과 더 낮은 전력 소비로 더 나은 스펙트럼 효율성을 제공합니다.

OIF(Optical Internetworking Forum)는 80km에서 최대 120km까지의 링크를 지원하는 400G 코히어런트 광 구현 계약인 400ZR을 성공적으로 개발했습니다. 

이 표준은 DWDM(고밀도 파장 분할 다중화) 시스템용 가변 레이저와 함께 59.84Gbaud 기호 속도에서 이중 편파 DP-16QAM 변조를 사용합니다. 

상호 운용 가능한 400ZR 플러그형 광학 장치는 모듈에 내장된 저전력 디지털 신호 프로세서(DSP)를 사용하고 광섬유의 신호 분산을 보상합니다.

800G 이후에는

하이퍼스케일 데이터 센터가 급증하는 데이터 트래픽 양을 확장하기 위해 지속적으로 고군분투하고 있는 상황에서 800G 이더넷 스위치와 플러그형 광 모듈은 편리한 솔루션을 제공할 것입니다. 

이더넷 기술 컨소시엄의 800G 표준은 몇 년 후 IEEE 표준이 완료될 때까지 800G 이더넷 솔루션을 제공하는 데 도움이 될 것입니다.

 800G 이더넷 스위치가 시장에 출시되기 시작하면서 8x100G 플러그형 광학 장치도 QSFP-DD800 및 OSFP 폼 팩터에서 사용할 수 있어야 합니다. 

더 나아가 레인당 200G 시그널링은 800G에 추가 향상을 제공하고 1.6Tb 이더넷의 토대를 마련할 것입니다

성장과 중요성을 지속하는 AI(인공지능) 하드웨어 등장

AI가 중요해지고 더 많은 애플리케이션에 적용됨에 따라 AI 가속기 하드웨어에 대한 수요는 계속해서 증가할 것입니다. 

데이터 센터의 AI 교육이든 네트워크 에지의 AI 추론이든 AI 하드웨어는 처리 능력과 효율성이 모두 증가하면서 계속 발전할 것입니다. 상호 운용성과 유연성을 지원하는 개방형 모듈식 AI 인프라를 지정하기 위한 OCP 이니셔티브는 의심할 여지 없이 AI 솔루션 공급자의 개발 노력에 도움이 되었습니다. 

새로운 AI 가속기 하드웨어가 등장함에 따라 이제 많은 새로운 복잡한 AI 애플리케이션의 데이터를 통해 전력을 공급하기 위해 신속하게 공급될 것입니다