随着 5G、物联网(IoT)的快速发展、社交媒体流量爆炸式增长、从传统办公到远程办公的转变…… 所有这些变化都伴随着快速增长的数据和带宽密集型应用程序的压力，数据中心面临容量升级。

此外，有数据显示，2021 年大约 94% 的工作负载和计算都由云数据中心处理，而传统数据中心仅处理 6%。云数据中心的带宽需求每 12 到 15 个月就要翻一番，甚至超过广域互联网的增长速度。所有这些驱动因素都在推动数据中心流量的不断增长以及对高容量数据中心网络解决方案的需求。

目前，100G 是被广泛采用的最快的以太网连接，并且还在稳步增长，但是，随着流量的持续增长，以及视频等大容量数据传输的需求，400G 以太网将成为数据中心的必然趋势。

什么是 400G 以太网?

过去几十年见证了以太网速度从 1G、10/25G 到 40/100G 的转变，以太网行业不断创新以实现更高的网络速度，如 400G 和 800G。

400G 以太网或 400 Gigabit Ethernet (400GbE) 由 IEEE P802.3bs Task Force 于 2017 年开发，它使用与 100 Gigabit Ethernet 大致相似的技术。400GbE 技术需要每秒处理更多符号的能力和高级调制格式，以最佳的每比特成本提供每波长 400Gb / s 的传输容量，同时具有更小的外形尺寸、更少的故障点和接口以及更低的功率和发热 —— 所有这些都是 100Gb / s 容量的 4 倍。

400G 技术发展的挑战及趋势

400G 技术发展的挑战包括以下四个方面：

挑战 1：DCI 连接。数据显示，从 2019 年到 2023 年，全球互连带宽预计将以 45% 的 复合年增长率增长。诸如 CDN 的日益普及、云服务的迅速发展和云之间传输数据的需求以及需要跨数据中心复制的数据量增加等因素促进了 DCI 流量的高速增长。

挑战 2：未压缩的 4K / 8K / 16K 视频。新冠疫情加速了视频作为通信方式的发展，目前超过 80% 的互联网流量是视频。这意味着网络必须提供更高的带宽来传输未压缩的视频。

挑战 3：HPC 集群。高性能计算 (HPC) 集群在数据中心环境中大幅增长，并带来了巨大的扩展挑战。HPC 集群无疑会加强对 400G 数据中心交换能力的需求。

挑战 4：存储和内存。在存储和内存功能方面，400G 数据网络对于简化非易失性内存快速 (NVMe) 功能在数据中心的采用至关重要，而内存优化延迟可能会阻碍 400G 部署。

以下这些技术发展解决了上述挑战：

趋势 1：QSFP-DD。QSFP-DD 技术正在解决快速增长的行业对改进高密度网络解决方案的需求。QSFP-DD 代表了有史以来第一次，从铜缆到长距离光学器件，所有范围都可以以相同的通用外形尺寸提供。QSFP-DD Multi-Source Agreement (MSA) 小组还发布了针对 QSFP-DD 外形尺寸的通用管理接口规范 (CMIS) 4.0 修订版。

CMIS 4.0 版本的开发是为了能够跨产品和模块使用通用代码库，并且还解决了以前版本的可插拔光学管理系统的缺点。CMIS 还有助于确保 QSFP-DD 模块向后兼容所有基于 QSFP 的收发器，包括广泛部署的 40G / 100G / 200G 产品。

随着 400G 采用的增长，QSFP-DD 为数据中心市场提供了最紧凑的 400G 模块，以及最高的端口带宽密度。通过全行业的严格测试，QSFP-DD 功能已被验证为最适合 400G 数据中心网络环境的高密度、高速可插拔模块。

趋势 2：基于收敛以太网 (RoCE) 的远程直接内存访问 (RDMA)。400G 数据网络是加速数据中心采用 RoCE 技术的关键。RDMA 支持零复制网络，通过使网络适配器能够直接将数据传输到应用程序内存或从应用程序内存传输数据，无需在应用程序内存和操作系统的数据缓冲区之间复制数据。RoCEv2 协议还支持跨 L3 边界的 RDMA。

由于 RoCE 结构，数据中心网络交换机通过直接启用显式拥塞通知 (ECN) 提供线速性，从而获得性能提升。此外，RCoE 有助于确保低延迟、智能拥塞管理和 QoS 灵活性。

趋势 3：智能网卡 (SmartNIC)。智能网卡的出现在使 400G 能够满足数据中心新的大量带宽需求方面发挥着关键作用。目前最新的智能网卡提供两个 25G / 50G / 100G 端口或一个 200G / 400G 端口以及具有 50G PAM4 SerDes 功能和 PCIe 4.0 主机连接的以太网连接。智能网卡的可用性是提高网络可编程性和加速应用程序卸载不可或缺的一部分，这对于提高数据中心效率至关重要。

趋势 4：采用 400G ZR / ZR+ 的 DCI 连接。400G ZR 是一种标准，旨在使用 DWDM(密集波分复用)和高阶调制在 DCI 链路上传输多个 400G 有效载荷。400G ZR+ 可实现超过 80 公里的部署，非常适合城域区域应用，例如 5G 回程流量、5G 固定无线接入 (FWA)。

本质上，400G ZR 的开发是为了确保同时实现高带宽和高密度 DCI。通过光互连论坛 (OIF) 的批准，400G ZR 对于推进互操作性和降低 400G 以前的 DCI 的成本和复杂性至关重要。预计 QSFP-DD 外形尺寸的 400G ZR 将支持在城域应用中更多采用路由光网络，包括 DCI 和分布式接入架构 (DAA)。