随着大数据、5G网络、云计算和物联网（IoT）技术的广泛应用，市场对带宽和数据传输速率的更高需求日益增长，800G和1.6T网络速率的升级备受期待。本文将从800G以太网和1.6T网络在升级方面的所做出的创新举措及其所面临的主要挑战两个方面，深入探讨数据中心未来的发展方向。
网络升级所要面临的挑战：
如何提高800G以太网的速率和容量？
当前的800G以太网技术通过8个独立的通道来传输数据，每个通道的传输速率为100G。相较于前者，正在开发的每通道200G速率的800G光模块可以在相同数量的通道下实现更高的总带宽，这将是800G以太网面临的又一个重大挑战。
交换机硅光串行解码器（Switch Silicon SerDes）
SerDes是串行器和解串器的简称，广泛应用于高速度通信中，尤其是在数据中心、网络设备和高速接口中，以提高数据传输效率并减少所需的连接线数。更快的交换芯片能够处理更多的数据包，对于提高800G以太网的通道速率至关重要，为了支持交换芯片整体带宽的增加，SerDes能优化信号完整性、增强错误纠正能力，在速度、数量和功率方面有效支持交换芯片在带宽上的持续增长。
SerDes的功耗在系统总功耗中占据了重要比例，在51.2Tbps的高速数据传输时代，串行数据收发器（SerDes）的性能有了显著提升，其速率从10Gbit/sec提高到了112Gbit/sec，同时，芯片周围的SerDes通道数量也从64个增加到了512个，进一步提高了整体的数据传输能力。而随着技术的发展，下一代交换芯片的带宽将再次翻倍，达到102.4T。此时，SerDes的通道数量将增加到512个，每个通道的速率为200Gb/s。此外，支持800G和1.6T的网络速率的硅交换机可以灵活配置网络拓扑，优化数据路径，进一步降低延迟。
脉冲幅度调制（PAM）
高阶调制通过在每个符号中编码更多的比特，或者在每个单位时间间隔（UI）内传输更多的比特，并在信道带宽和信号幅度之间进行了权衡，从而提高数据传输的效率。PAM4可以与旧版本的设备和系统兼容使用，与更高的调制方案相比，在传输数据时信号的质量更高，干扰和噪声的影响较小，从而优化信噪比（SNR）和传输效率，减少前向纠错 (FEC) 而增加的额外资源或时间消耗。然而，由于模拟带宽的限制，实施PAM4需要更高质量的处理信号模拟前端 (AFE)硬件，并通过创新DSP方案实现在信号传输过程中对信号失真和干扰的补偿，以确保接收到的信号尽可能清晰和准确。
在未来技术发展中，可能会使用能够在每个符号中编码更多比特的调制方式，如PAM6或PAM8，以满足不断增长的数据传输需求。但目前业界可能会在800G以太网或1.6T网络中保留PAM4的多功能性，同时探索高速数据完整性维护的替代方法。
如何降低800G以太网的误码率？
在大多数高速数据标准中，发射器和接收器中的微调均衡器能够使信号在接收端得以正确解读，补偿信道中的信号衰减。然而，随着高传输速率对物理极限的突破，设备需要采用更复杂的方法进行传输，而前向纠错（FEC）就是这样一种解决方案。
前向纠错（FEC）包括传输冗余数据，以帮助接收器重建受损比特的信号，从随机错误中恢复数据帧。前向纠错（FEC）的每种架构在编码增益、开销、延迟和能效方面都各有利弊，且当整个数据帧丢失时会遇到突发错误。在224Gb/s系统中，需要采用更复杂的前向纠错（FEC）来尽量减少突发错误的发生。
| FEC架构 | 案例 | KP FEC增益 | 开销 | 延迟 | 功耗/面积 |
| 端到端 | RS (576,514,31) | -1.5dB | 额外需要6% | 延迟逐渐增加 | 延迟逐渐增加 |
| 分段式 | KP和FEC | FEC主导 | FEC主导 | 延迟显著增加 | 延迟显著增加 |
| 串联式 | KP+BCH/Hamming | ~0.5-1.5 dB | 额外需要3%-6% | 延迟逐渐增加 | 延迟逐渐增加 |
如何提高800G以太网的能效？
每一代光模块的功耗都在增加，800G或1.6T以太网数据中心面临的最大挑战是功耗问题。随着光模块设计的成熟，降低了每比特的功耗从而变得更加高效。然而，由于每个数据中心平均有50,000个光模块，光模块的总体功耗仍然是一个令人担忧的问题。通过在封装内集成光电转换功能，共封装光器件可以降低每个光模块的功耗。但在这一过程中，需要面临的挑战是满足冷却要求。
在800G以太网中，共封装光学能够降低延迟、简化设计并提高信号质量，通过将光学元件靠近ASIC裸芯片，可以实现更高效的信号处理，减少对额外DSP的需求，从而提高800G以太网的整体性能（如下图所示）。
800G和1.6T以太网连接的未来趋势和发展方向
400G以太网的标准和技术进步为下一代的800G以太网奠定了基础，使得800G以太网的实现成为可能。2022年，首款51.2T交换芯片开始面向市场，该芯片支持高带宽和64个800G端口，适用于数据中心和高性能计算等领域。而最新一批800G光模块也已经开始验证。
标准组织发布的IEEE 802.3df和OIF 224G标准将为开发人员提供指导，帮助他们更有效地利用112G和224G的信道来构建800G和1.6T系统。随着相关技术的快速发展，标准组织需要及时更新标准，以适应新的技术和市场需求，预计在不久的将来，标准组织将完成物理层标准的制定，并推动其在实际应用中的开发和验证。
飞速（FS）800G以太网光模块
为了数据中心、云计算和大数据应用的快速发展，飞速（FS） 提供了一系列800G以太网光模块。这些800G以太网光模块能够提供更低的延迟和更高的吞吐量，适用于需要快速数据传输的应用场景，可满足现代网络不断变化的需求。下面是飞速（FS）推出的800G以太网光模块：
| 飞速（FS）P/N | 消耗功率 | 连接器 | 传输距离 |
| QDD-SR8-800G | ≤13W | MTP/MPO-16 | 50m |
| QDD-DR8-800G | ≤16.5W | MTP/MPO-16 | 500m |
| OSFP-SR8-800G | ≤14W | 双MTP/MPO-12 | 50m |
| OSFP-DR8-800G | ≤13W | 双MTP/MPO-12 | 500m |
| OSFP-2FR8-800G | ≤13W | 双 LC双工 | 2km |
| OSFP800-PLR8-B2 | ≤13W | 双MTP/MPO-12 | 10km |
| OSFP800-2LR4-A2 | ≤18W | 双 LC双工 | 10km |
结论
由于其成熟的技术、相对较低的成本和广泛的应用需求，400G以太网目前正在被广泛采用。尽管800G以太网具有更高的数据传输速率，但技术的成熟度、成本、以及市场需求等因素使得它的普及和部署仍需时间，尚未达到大规模应用的阶段，而1.6T以太网作为未来的技术方向，目前在标准化、技术实现和市场需求等方面仍存在不确定性。在近几年内，用户对网络速度和响应时间的要求不断提高，行业在容量、速度和效率方面仍在持续改进。800G和1.6T以太网涉及复杂的技术架构和组件，提前设计和规划有助于应对未来的技术挑战。飞速（FS）能够为客户提供端到端的网络解决方案，逐步推出符合行业标准的800G和1.6T以太网产品，推动光模块和网络设备的创新，助力您在数字时代的网络升级。
