Qu'est-ce que l'Ethernet 1.6 T ? Questions-réponses destinées aux ingénieurs réseau et de test
La prochaine étape majeure en matière de bande passante dans le secteur a désormais un nom : l'Ethernet 1,6T. Alors que cette technologie passe de la phase d'élaboration des normes et de validation en laboratoire à celle des premiers déploiements commerciaux, les architectes réseau, les responsables de laboratoires et les équipes de conception doivent comprendre les changements qu'entraîne l'arrivée de l'Ethernet 1,6T. Ils doivent également saisir les implications de ces changements pour l'infrastructure des centres de données dédiés à l'IA. Dans la première partie de cette série de questions-réponses en deux volets consacrée à l’Ethernet 1,6 T, je présente l’Ethernet 1,6 T et je réponds aux questions qui nous sont le plus souvent posées par les équipes chargées d’évaluer cette technologie.
Qu'est-ce que l'Ethernet 1.6 T ?
L'Ethernet 1.6 T (c'est-à-dire l'Ethernet à 1.6 térabit) constitue la prochaine étape dans l'évolution sans cesse accélérée de la bande passante Ethernet. Il est en cours de définition dans le cadre de l’amendement IEEE P802.3dj, le groupe de travail IEEE 802.3 chargé d’élaborer le prochain amendement à la norme Ethernet pour les débits de 200 G, 400 G, 800 G et 1.6 T. Et oui, vous avez bien lu : « dj » fait partie du nom de désignation du projet — un nom tout à fait approprié pour ce travail qui donne le ton à la prochaine génération d’Ethernet.
Le format OSFP est parfaitement adapté à la prise en charge de l’Ethernet 1.6 T, grâce à sa prise en charge native de huit voies électriques à haut débit. L’accord multi-fournisseurs OSFP a déjà défini le module OSFP1600, qui prend en charge huit voies de 200 Gbit/s. En établissant des spécifications mécaniques, électriques et thermiques communes, cet accord fournit une base normalisée pour le développement de modules 1.6 T à l’échelle du secteur.
Pour atteindre un débit de données agrégé de 1.6 Tbit/s, une interface Ethernet 1.6T utilise huit voies de 200 Gbit/s dans chaque sens — soit le double du débit par voie utilisé pour l’Ethernet 800G. En d’autres termes, une liaison 1.6 T achemine simultanément le trafic sur huit voies distinctes de 200 Gbit/s dans chaque sens.
Sur le plan électrique, la technologie SerDes de nouvelle génération, prise en charge par le groupe de spécifications CEI-224G de l’OIF, permet d’atteindre des débits de signalisation d’environ 224 Gbit/s par voie grâce à la modulation PAM4. Ce débit de signalisation plus élevé de 224 Gbit/s prend en charge la surcharge liée au protocole et à la correction d’erreurs (FEC) nécessaire pour prendre en charge un débit de voie Ethernet de 200 Gbit/s.
Les modules enfichables 1.6 T font leur apparition dans plusieurs configurations optiques, notamment DR8, 2 x DR4 et 2 x FR4. Chacun d’entre eux comporte huit voies de 200 Gbit/s, avec des configurations conçues pour prendre en charge différentes architectures de fibre optique et différentes portées — allant de liaisons parallèles en fibre monomode s’étendant sur des centaines de mètres à des liaisons à multiplexage par répartition en longueur d’onde atteignant jusqu’à 2 km. Ces modules sont développés pour s’aligner sur les spécifications IEEE 802.3dj émergentes et utilisent une interface de gestion conforme à la norme CMIS sur I²C. Cela fournit un cadre commun pour la configuration, les diagnostics, la surveillance et la gestion du micrologiciel, permettant ainsi aux modules 1.6 T de fonctionner avec les mêmes outils de gestion déjà utilisés pour les technologies précédentes telles que le 400G et le 800G.
En quoi l’Ethernet 1.6 T diffère-t-il des débits Ethernet précédents ?
La principale différence entre l’Ethernet 1.6 T et l’Ethernet 800 G réside dans le passage à huit voies PAM4 de 200 Gbit/s. Alors que la capacité Ethernet a traditionnellement augmenté soit par l’ajout de voies, soit par l’augmentation du débit de données par voie, soit les deux, l’Ethernet 1.6 T conserve l’architecture à huit voies utilisée par l’Ethernet 800G et double le débit de données par voie, le faisant passer de 100 Gbit/s à 200 Gbit/s.
À ce débit symbolique plus élevé, les défis de mise en œuvre sont nettement plus importants : les signaux sont notamment confrontés à une perte d’insertion plus importante, à une sensibilité accrue au bruit et à des interférences intersymboliques (ISI). Cela nécessite une égalisation plus avancée au niveau de l’émetteur et du récepteur pour maintenir des performances de signal fiables.
Pour prendre en charge des applications à plus longue portée, la correction d’erreurs sans voie de retour (FEC) doit évoluer parallèlement à l’interface physique. Les implémentations Ethernet précédentes à 100 Gbit/s par voie s’appuyaient généralement sur la FEC Reed-Solomon externe utilisée par la sous-couche de codage physique Ethernet. Pour de nombreuses couches physiques (PHY) à 200 Gbit/s par voie, la norme IEEE P802.3dj introduit une architecture de FEC concaténée dans laquelle une couche de FEC interne corrige les erreurs plus près de la voie physique avant de transmettre les données à la couche de FEC externe. Cette couche FEC interne supplémentaire constitue un changement majeur par rapport aux implémentations 400G et 800G conventionnelles. Par conséquent, un plan de test Ethernet 1.6 T complet peut nécessiter d’évaluer les performances de la FEC interne, celles de la FEC externe, ainsi que l’interaction entre les deux — et pas seulement le taux d’erreur sur les bits final après FEC.
Il existe quelques autres différences importantes. L’un d’entre eux est le multiplexage de symboles, dans lequel ce sont des symboles FEC, et non des bits individuels, qui sont répartis sur les voies physiques.
Une autre différence majeure réside dans le fait que l’apprentissage de la liaison, bien qu’il reste facultatif dans certains cas, revêt une importance accrue et est parfois obligatoire pour certaines interfaces (notamment les interfaces électriques). Cependant, la définition et la terminologie de cette négociation de paramètres évoluent vers un échange plus détaillé et plus complet, pouvant impliquer une ou plusieurs liaisons inter-sous-couches (ISL), et le processus est également en train d’être rebaptisé « démarrage autonome de chemin » (APSU).
Pourquoi l’Ethernet 1.6 T est-il important pour les réseaux d’interconnexion des centres de données ?
L’infrastructure d’IA est un moteur majeur de la transition vers l’Ethernet 1.6 T. Les clusters de GPU plus importants et les charges de travail d’IA de plus en plus distribuées nécessitent davantage de bande passante pour les connexions en échelle horizontale au sein des centres de données et les connexions en échelle verticale entre les centres de données. En augmentant le débit de chaque port Ethernet de 800 Gbit/s à 1.6 Tbit/s, les commutateurs et modules optiques de nouvelle génération peuvent acheminer deux fois plus de données par port tout en prenant en charge la densité de réseau plus élevée requise par les maillages d’IA.
Le cuivre a atteint ses limites — ou du moins, en grande partie. À mesure que les débits par voie augmentent, la portée électrique pratique diminue. La transmission d’un signal de classe 224G sur cuivre au-delà de très courtes distances constitue déjà un défi technique majeur, ce qui explique pourquoi le secteur continue de rapprocher les composants optiques des ASIC des commutateurs.
La consommation électrique est l’autre contrainte que les ingénieurs ne peuvent ignorer. Les modules enfichables de 1.6 T basés sur un DSP ont un coût énergétique réel, et la consommation électrique devient un critère de conception de premier ordre plutôt qu’une simple note de bas de page. La pression pour réduire la consommation d’énergie par bit ouvre la voie aux modules optiques enfichables linéaires (LPO) et aux modules optiques de réception linéaires (LRO), qui suppriment le DSP du module conventionnel afin de réduire la consommation, la latence et la chaleur. Les économies d’énergie exactes (pouvant atteindre 50 %) dépendent de la mise en œuvre, mais ce compromis façonne déjà l’architecture des modules 1.6 T de nouvelle génération et les décisions de conception.
En ce qui concerne plus particulièrement les interconnexions de centres de données (DCI), la norme 1.6 T revêt une importance particulière car elle permet aux opérateurs de doubler la bande passante effective des ports sans doubler le nombre de ports physiques, d’émetteurs-récepteurs ou l’encombrement en unités de rack. Selon la configuration optique, cela peut également réduire le nombre de connexions par fibre nécessaires pour une capacité agrégée donnée — un avantage significatif alors que les budgets en énergie et en espace des installations se resserrent, tandis que le trafic lié à l’IA continue de croître.
L’Ethernet 1.6 T offre la densité de bande passante dont l’infrastructure d’IA a besoin, mais il place également la barre plus haut en matière d’intégrité du signal, de performances FEC, de gestion thermique et d’interopérabilité. Dans la deuxième partie, nous examinerons ce que ces défis impliquent pour les tests de l’Ethernet 1.6 T — ainsi que les compétences dont les ingénieurs ont besoin pour valider les performances en toute confiance.
