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隨著AI技術的快速發展，尤其是大模型訓練和推理過程，數據量呈爆炸式增長，這也對底層基礎設施提出了更高的要求，網絡傳輸必須朝著更高帶寬和更高密度的方向發展以滿足需求。800G以太網在400G的基礎上進行擴展，提供800Gbps的數據傳輸速率。

800G以太網優勢何在？

• 高帶寬與高速率： 提供800Gbps的數據傳輸速率，遠超當前主流網絡標準。
• 高吞吐量和低延遲： 顯著提升數據傳輸的吞吐量和降低延遲。當下已推出51.2T交換芯片。
• 支持高密度與大規模傳輸： 800Gps的傳輸速率使其能夠在有限的物理空間或資源下，有效傳輸更多的數據，支持更廣泛的網絡拓撲和大規模部署。

800G以太網的技術解讀

如圖1所示，800G以太網實際上是一種接口技術，可以支持單個MAC以800Gb/s的速率運行。800G以太網通過集成兩個400G PCS實例來實現其高速率傳輸。這兩個400G PCS實例在數據傳輸過程中協同工作，共同支撐800G的帶寬需求。[800G-ETC-CR8/KR8] 規定，800G PMD子層基于IEEE 802.3ck標準的400Gb/s技術，將原來的4個并行通道擴展為8個并行通道。這就將PAM4（四電平調制）和SerDes速度從上一代的50Gbps翻倍至100Gbps，實現了網絡的高帶寬與高速率。

圖1：800G以太網架構圖

800G以太網行業現狀

目前市場上的800G交換芯片主要有Broadcom Tomahawk 5、Marvell Teralynx 10和Cisco Silicon One G200，NVIDIA Spectrum-4芯片不對外售賣。它們的制作工藝大多基于5nm，吞吐量都為51.2Tb/s，在端口速率配置和一些特色功能上略有不同。比如Broadcom Tomahawk 5芯片更側重其高效的SerDes設計降低功耗，Marvell Teralynx 10強調其業界超低延遲表現，Cisco Silicon One G200采用P4可編程并行處理器，更加靈活可定制，而NVIDIA Spectrum-4則是專注于AI網絡性能的提升。下面附上芯片能力表格以便直觀對比。

基于這些主流的800G交換芯片已有交換機廠商率先推出800G以太網交換機，例如Arista 7060X5、edgecore AIS800-64D、Cisco Nexus 9232E、星融元Aster fusion CX864E-N等。

圖2：800G交換機組網方案

這代表了網絡硬件技術的飛躍，滿足高速數據傳輸需求的同時推動了相關行業應用，但800G以太網技術仍未完善，所有市面上的相關產品仍舊有各自的提升空間和要面臨的網絡挑戰。

800G以太網技術如何破局？

挑戰一：誤碼問題

信號在高速傳輸的過程中受多種因素影響，例如信號衰減、反射散射和噪聲抖動等。這些因素會導致信號質量下降，甚至出現比特錯誤，即誤碼。誤碼率指數據傳輸中錯誤比特數與總傳輸比特數的比例，是數字通信系統中衡量傳輸質量的關鍵指標。誤碼率越高，數據損耗程度越嚴重。然而在更高速的800G以太網中，常規的信號處理技術不足以解決誤碼問題，需要更復雜的方式來應對。

解決方案：

• 更復雜的FEC算法：FEC是一種前向糾錯技術，可以在數據傳輸過程中添加冗余信息，以便在接收端檢測和糾正錯誤。800G以太網目前所有通道均采用 400 Gb/s 標準支持的 RS（544,514）FEC。然而正在開發的下一代800G收發器將使每個通道的速率達到200Gbps，需要更多的冗余數據、更多的糾錯機制和更復雜FEC算法來確保數據傳輸的可靠性。

圖3：FEC工作原理

• 更先進的DSP技術：優化數字信號處理技術，使得DSP芯片對接收到的信號進行更精確的處理，提高信號的質量和穩定性，減少誤碼的發生。

挑戰二：能耗問題

隨著數據中心容量和密度的提升，采用傳統可插拔光模塊方式逐漸遇到一個困難。傳統交換芯片與光模塊之間有一條較長的電通道，電通道在速率提升時數據損耗越來越大，為了克服通道上的數據損耗，需要在電通道上做復雜信號處理，這些處理會顯著增加系統功耗。再加上光模塊本身功耗大，盡管已經進行了高效設計，但在大型數據中心中擁有數以萬計的光模塊，其整體功耗仍是問題。除了光模塊外，SerDes的通道數量和單個通道的速率也在不斷提升。在800G以太網中，SerDes的速度增加到100Gbps，芯片周圍的SerDes通道數量增加到512，這都會導致功耗的上升。

解決方案：

• CPO光電共封裝技術：OFC 2022的Workshops針對高速以太網的功耗問題提到了CPO（Co-packaged Optics）技術。該技術將交換芯片和光引擎共同裝配在同一個Socketed（插槽）上，形成芯片和模組的共封裝。這樣的封裝方式顯著減小了電通道帶來的能耗損失和信號干擾，為800G以太網提供更高的功效。

圖4：CPO技術的電路板組裝

• 更高效的SerDes設計：SerDes需要支持更高的速率和更低的功耗，同時保持較小的面積和成本。
• 優化電路板設計：采用更高效的電路設計和低功耗材料來減少功耗，提高整體能效。

800G以太網的未來

• 從技術創新的角度來說： 交換機和光模塊技術不斷發展，比如100Gbps SerDes廣泛應用，都為800G以太網的實現提供了技術基礎，有望在未來幾年實現800G以太網的大規模商用。目前一些領先的芯片制造商已經發布了支持1.6T以太網PHY解決方案的產品，這表明800G以太網將向著更高速率邁進。
• 從行業標準的制定來說 ：2022年，OIF完成了400ZR標準規范，并正在制定800G LR和ZR的規范，包括光系統參數、FEC算法、DSP技術、OTN映射等技術方面。2023年，IEEE 802.3dj項目中就800G 10km應用是否采用IMDD（強度調制和直接檢測）還是其他相關技術進行了討論。目前，IEEE 802.3正在積極推進800G及1.6T以太網接口的標準化工作。預計在未來兩年內，IEEE 802.3、OIF等國際標準組織將陸續完成800G以太網物理層標準的制定，并推動其在實際應用中的開發和驗證。
• 從市場的角度來說： 5G 網絡、云計算和[人工智能]等領域快速發展，數據中心對帶寬的需求日益增長。800G以太網能夠提供更高的帶寬和更低的延遲，必定會投入使用，擴大市場規模。再加上目前國內外市場不斷有企業在800G通信領域取得顯著進展，不難看出800G以太網將成為通信市場的重要增長點。有相關機構預測，到2025年，800G以太網將占數據中心交換機端口的25%以上，表明在未來幾年內，800G以太網將實現快速普及。

總結

綜上，800G以太網技術是應對未來網絡需求的關鍵解決方案，不斷推動數據中心和網絡基礎設施的升級，滿足日益增長的數據傳輸和處理需求。未來，隨著技術的不斷進步和市場的擴大，800G以太網有望在未來幾年內實現更廣泛的商業化和部署。

參考：https://ethernettechnologyconsortium.org/wp-content/uploads/2021/10/Ethernet-Technology-Consortium_800G-Specification_r1.1.pdf

審核編輯 黃宇