Грядущий взрывной рост потребности в пропускной способности ЦОД и сетей хранения, а также недостаточная экономическая эффективность предшествующих решений для серверов подтолкнули рабочую группу IEEE 802.3 принять в июле прошлого года решение о разработке спецификации нового поколения кабельных систем. Стандарт 40GBaseT призван, с одной стороны, устранить намечающуюся нехватку пропускной способности и существующие ограничения по дальности, а с другой — обеспечить экономически выгодное повышение плотности мощности и энергоэффективности.

В деле развития высокоскоростных сетей Ethernet у комитета ISO/IEC JTC1 SC25 WG3 особая роль. Публикация технического отчета ISO/IEC 11801-99-1 под названием «Руководство по сбалансированным кабельным системам для поддержки передачи данных на скоростях не менее 40 Гбит/с» (Guidance for Balanced Cabling in Support of at Least 40 GBit/s Data Transmission) стало ориентиром для оценки ныне существующих кабельных систем и реализуемости будущих.

После публикации и внедрения в 2006 году стандарта 10 Gigabit Ethernet (IEEE 802.3an) казалось, что в области высокоскоростных систем наступит временное затишье. Однако уже вскоре появился новый стандарт IEEE 802.3ba на волоконно-оптические соединения с поддержкой скоростей 40 и 100 Гбит/с на магистрали (Backbone) и в ядре сети (Core) центров обработки данных.

Если экстраполировать дальнейшее развитие, то к 2015 году возникнет потребность в скоростях 40 Гбит/с по меди для серверов и 400 Гбит/с по волоконно-оптическим линиям в ядре сети. Кроме того, проведенный в общемировом масштабе анализ спроса показал, что, несмотря на экономический спад в 2009 и 2010 годах, соединения 10 Гбит/с достигнут насыщения уже в 2015 году и постепенно им на смену придут соединения 40 Гбит/с. Этот взрывной рост потребности в пропускной способности сетей случится до окончания срока эксплуатации современных кабельных систем (10–15 лет), поэтому специалисты советуют поторопиться с решением этого вопроса.

IEEE 802.3 PROJECT TEAM 40GBASET

19 июля прошлого года комитет IEEE 802.3 большинством голосов принял решение о создании исследовательской группы для технической и экономической оценки новых систем передачи данных (NGBaseT) на основе симметричных медных кабелей (см. Рисунок 1). После нормирования интерфейсов, поддерживающих до 10 Гбит/с по симметричным медным кабелям, IEEE 802.3 намеревается подготовить стандарт для передачи данных в этой среде со скоростью 40 Гбит/с.

Рисунок 1. Принципиальная схема технологии 40GBaseT.
Рисунок 1. Принципиальная схема технологии 40GBaseT.

 

Эта инициатива стала возможной вследствие недостатков предшествующих систем, разрабатывавшихся в соответствии со стандартом IEEE 802.3ba. Среди них — ограничение на дальность передачи 7 м при использовании восьмипарных кабелей Twinax (CR4, проводка Top-of-Rack, ToR), а также недостаточные экономическая эффективность и сложность миграции в случае восьмиволоконных оптических кабелей OM3/OM4 (проводка End-of-Row, EoR).

В ходе многочисленных встреч новая исследовательская группа обсуждала различные публикации, оценивала общие требования и намечала основные ориентиры для новых технологий. После встречи в Орландо (18–23 марта 2013 года) было наконец-то официально объявлено о том, что рабочая группа IEEE 802.3bq займется разработкой спецификации для следующего поколения Ethernet — 40GBaseT. Сфера его применения преимущественно центры обработки данных, а именно: для EoR — каналы между серверами и коммутаторами с двумя разъемными соединениями дальностью до 30 м, а для ToR — соединения между портами (Port-to-Port) посредством соединительных шнуров (Patch Cord) протяженностью от 5 до 10 м.

К числу прочих базовых параметров относятся полнодуплексный режим, поддержка стандарта 802.3 и формата кадров Ethernet (поле длины / тип данных), минимальный и максимальный размеры кадра согласно стандарту 802.3, частота ошибок не выше 10-12, поддержка автоматического согласования (Auto-Negotiation) в соответствии со статьей 28 стандарта IEEE 802.3, а также опциональная поддержка энергоэффективного Ethernet (Energy Efficient Ethernet). Кроме того, должны обеспечиваться поддержка соединений локальной сети через структурированные кабельные системы, включая прямые соединения, и соблюдение требований FCC и CISPR в отношении электромагнитной совместимости. Правда, еще не определен желаемый частотный диапазон. Специалисты с нетерпением ожидают, на какую частоту падет выбор: 1600 МГц, 2000 МГц или другую. Подробная информация опубликована в техническом отчете ISO/IEC 11801 99 1.

ISO/IEC JTC1/SC25 WG3 еще в прошлом году организовала проектную группу, которая составила технический отчет ISO/IEC 11801-99-1 «Руководство по симметричной проводке для поддержки передачи данных со скоростью по меньшей мере 40 Гбит/с» (Guidance for Balanced Cabling in Support of at Least 40 GBit/s Data Transmission). С помощью этого документа комитет IEEE 802.3 намеревается обеспечить необходимую экспертизу и оценку производительности современных кабельных систем, а также реализуемости будущих кабельных решений.

Отчет состоит из нескольких разделов, содержащих, к примеру, спецификации по использованию современных кабельных трактов различных категорий — от 6A (500 МГц) до 7A (1000 МГц) — длиной до 30 м. Кроме того, там содержатся спецификации класса I на основе будущих компонентов Категории 6A, экстраполированных на 1,6 ГГц, и класса II на основе будущих компонентов Категории 7A, экстраполированных на 1,6 ГГц (тоже до 30 м). Сюда же включены и аттестационные требования, сформулированные с учетом ожидаемых спецификаций IEEE 802.3, для уже проложенной проводки с компонентами Категории 7A. Наконец, документ содержит оценку пропускной способности и потенциальной дальности передачи для упомянутых кабельных систем в сочетании с предполагаемыми электронными компенсаторами и подавлением помех.

ОБЗОР РЕЗУЛЬТАТОВ

Для Категории 6A (500 МГц) сделан следующий вывод: даже при максимально возможной компенсации она не позволяет реализовать передачу данных со скоростью 40 Гбит/с на расстояние 30 м. В отношении Категории 7A (1000 МГц) этот отчет дает положительные прогнозы, ведь здесь достижение 40 Гбит/с при дальности 30 м возможно даже в случае незначительной компенсации. Значение CNEXT равно 20 дБ, CFEXT составляет 15 дБ, а показатель Creturn Loss равен 58 дБ.

При экстраполяции характеристик Категории 6A на 1,6 ГГц (класс I) скорость 40 Гбит/с и дальность 30 м при высокой компенсации тоже становятся реализуемыми. Параметры при этом таковы: CNEXT = 50 дБ, CFEXT = 35 дБ и CReturn Loss = 58 дБ. Еще лучше дела обстоят при экстраполяции Категории 7A на 1,6 ГГц (класс II): при незначительной компенсации, а именно при CNEXT = 30 дБ, CFEXT = 14 дБ и Creturn Loss = 56 дБ, можно достичь скорости 40 Гбит/с и дальности передачи 30 м.

Таким образом, стандарт 40GBaseT реализуем только при использовании экранированных кабельных систем с диапазоном рабочих частот не менее 1000 МГц. Системы класса FA / Категории 7A уже могут предоставить достаточную пропускную способность. Класс I (1600 МГц) и класс II (1600 МГц) существенно отличаются по издержкам на компенсацию, при этом класс II однозначно имеет преимущество. Эта техника позволяет реализовать трансиверы 40G с меньшими затратами и большей энергоэффективностью.

МЕЖДУНАРОДНАЯ УНИФИКАЦИЯ

Попытки найти компромисс между ANSI/TIA (США), ISO/IEC (международные стандарты) и Cenelec (Европа) в отношении содержания и названия до сих пор не увенчались успехом. Похоже, история с Категорией 6A и Категорией 6A повторяется на более высоком уровне. Очевидно, следующие категории компонентов будут называться Категория 8, Категория 8.1 и Категория 8.2. Решающую роль в этой дискуссии играют нынешние различия. В США существует документ ANSI/TIA PN- 568-C.2-1, версия 0.7, где предлагаются каналы передачи данных (Channel) и постоянные линии (Permanent Link) Категории 8 (2 ГГц), а также кабели и разъемные соединители этой же категории. В TIA отсутствует спецификация для Категорий 7 и 7A. В результате Категория 8 поддерживает обратную совместимость лишь с Категорией 6А (Cat. 6A).

Международные комитеты задали следующие условия: канал передачи данных и постоянная линия в соответствии с еще не принятым стандартом ISO/ IEC 11801-x, класс I (1,6 ГГц на основе Категории 6A) и класс II (1,6 ГГц на основе Категории 7A). Для кабеля определяющими являются нормы IEC 61156-9 (46C976NP) и IEC 61156-10 (46C977NP) с Категорией 8.1 для класса I и с Категорией 8.2 для класса II. Для разъемных соединений действуют IEC 60603-7-81 и IEC 60603-7-82 / IEC 61076-3-110/104, тоже с Категорией 8.1 для класса I и с Категорией 8.2 для класса II. Техническое превосходство класса II (с Категорией 8.2) обусловливается требованиями к параметрам NEXT, PSNEXT, ACR-F и PSACR F.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ПРОГНОЗ

Технология 40GBaseT реализуема только при использовании экранированных кабельных систем. В качестве возможных кандидатов рассматриваются класс FA/7A (1 ГГц), класс I (1,6 ГГц на основе Категории 6A) и класс II (1,6 ГГц на основе Категории 7A). Расширение полосы рабочих частот свыше 1 ГГц не дает ощутимого выигрыша. Тем не менее класс II требует наименьших затрат на компенсацию и позволяет с наибольшей выгодой и энергоэффективностью реализовать трансиверы 40G. При этом следует иметь в виду, что только компоненты Категории 8.2 поддерживают обратную совместимость с Категориями 7 и 7A. Кроме того, они обладают резервами для дальнейшего повышения пропускной способности соединений.

Хотя в ближайшие годы организации по стандартизации будут, вероятно, активно заниматься стандартизацией технологий 40 Гбит/с для серверов и 400 Гбит/с для ядра сети, им стоит заглянуть и в отдаленное будущее. Дальнейшие технологические скачки уже запрограммированы. 100 Гбит/с по четырехпарным симметричным медным кабелям — логическое продолжение истории успешного развития Ethernet. Именно поэтому такие производители, как Leoni, принимают участие в исследовательском проекте, задача которого заключается в изучении реализуемости кабеля, разъемных соединений и измерительных технологий.

Иван Энгельс — начальник отдела управления продуктами в подразделении Datacom Business Unit ID компании Leoni Kerpen.

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями

Купить номер с этой статьей в PDF