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iThome整理,2019年6月

以Google與微軟為首,加上Arista Networks、Broadcom與Mellanox等網通廠商,在2014年7月初,組成25Gb乙太網路聯盟(25 Gigabit Ethernet Consortium),改變了乙太網路的發展進程。

在10年前,一般認為乙太網路的升級路徑,是從1Gb開始,沿著10Gb—40Gb—100Gb的路線進行,然而自從5年前25Gb乙太網路聯盟誕生後,新的25Gb規格短時間內便站穩腳步,進一步以此延伸發展出新的50Gb、100Gb與400Gb規格,也讓乙太網路的升級路徑,成為10Gb—25/50Gb—100Gb—400Gb。

到了今日,資料中心的網路架構已大不同於5年前。

在伺服器端,10Gb早已成為主流,並開始轉往25Gb;在交換器方面,100Gb也已經相當成熟,作為上行/骨幹網路(Uplink/Spine)的傳輸通道,取代40Gb的角色,而新一代的400Gb規格產品也已經開始出貨,頻寬規格的升級速度明顯越來越快。

【乙太網路的傳輸速度發展】在雲端服務基礎建設需求的推動下,乙太網路的規格更新,在2010年代以後變得十分頻繁。

而2015年標準化的25Gb與50Gb規格,是推動新一代乙太網路發展的起點,新的100Gb(25Gb×4或50Gb×2)、200Gb(25Gb×8或50Gb×4)與400Gb(25Gb×16或50Gb×8)規格,都是由此發展而來。

接下來預訂於2021年完成的單線100Gb規格,預期將會成為下一波乙太網路發展的新起點,可由此發展出成本更低的200Gb、400Gb,以至800Gb以上的新規格。(圖片、資料來源/Synopsys)

主流乙太網路規格的世代交替

當前各市調公司的乙太網路應用報告,都指出了共同的趨勢:資料中心乙太網路的主流規格,已從2010年代中期的10Gb與40Gb,轉移到25Gb與100Gb。

關鍵轉折點發生在2017年後期,2014年問世、2015年推出首批產品的25Gb規格,僅僅花了兩年的時間,便超越了原有的40Gb規格產品。25Gb除了作為10Gb規格的接班人,為伺服器提供更大的傳輸頻寬外,還提供了基於25Gb「4線化」而成、成本更低的新一代100Gb規格,讓100Gb乙太網路在2017年後大幅成長,迅速成為主流規格之一。

25/50Gb規格引領新世代乙太網路的發展

在這一輪乙太網路的技術規格發展,25Gb的出現是重大關鍵,不僅提高了伺服器端的傳輸頻寬,更重要的是,透過25Gb與多線(Multi-lane)技術的結合,建立了通往100Gb以上超高速網路的便利途徑。

事實上,25Gb規格的制訂,正是以便於擴展到100Gb以上頻寬為目的。因為,25Gb其實就是將100Gb頻寬拆成1/4,反過來,若將25Gb「4線化」或「4通道化」,就是100Gb。比起早先由10Gb「10線化」而成的100Gb規格(802.3ba),基於25Gb「4線化」的100Gb規格,成本明顯低了許多,促成100Gb以上規格加速發展。

而IEEE先後在802.3by與802.3bj協定中,予以25Gb規格標準化以後,也接著著手制定單線50Gb的新規格802.3cd。然而,50Gb本身不像25Gb那樣普及,卻是擴展到更高頻寬的重要橋樑,能以更簡單的架構,實現200Gb與400Gb的網路頻寬。

接下來,為了跨越到400Gb等級以上頻寬,IEEE已發布了單線100Gb的新規格,802.3ck小組也正在發展一系列基於單線100Gb架構的新標準,將會成為下一波乙太網路發展的新起點,可更簡便地提供400Gb頻寬。

驅動乙太網路發展的新動力

乙太網路誕生至今不過40年,從早期的10Mb推進到10Gb,耗費了超過20年,但接下來,從10Gb發展到40Gb/100Gb只花了10年,然後僅僅過了6、7年,就推進到400Gb規格。

驅動乙太網路加速發展的動力,是全球資訊網(WWW)的興起。在全球資訊網出現之前的20年間,乙太網路的速度增長,大約是每10年左右提高一個量級,如1980~1990年代初期的20多年間,通行的規格為10Mb,直到1993年才轉為100Mb。

但是,從全球資訊網興起後的1990年代,只需5年左右時間,乙太網路的速度就能更新一代,如1998年誕生了1Gb規格,接著,在10Gb便在2002年問世,然後,到了2011年,又出現了40Gb/100Gb規格。

接下來,到了2010年是另一個重要轉折點,因為,架構在全球資訊網上的雲端服務,以及支撐雲端服務的超大規模資料中心,從此時開始蓬勃發展。

而這樣的趨勢逐漸發酵,在2016~2017年間出現了重大變化——雲端服務供應商所購買的伺服器數量,與乙太網路交換器銷售份額,超過了一般企業。

也就是說,當前超過一半的新售伺服器與交換器,是部署在雲端與服務供應商的大型或超大規模資料中心內,連帶也促成了新一代乙太網路的急迫需求,這些公司體認到,唯有引進更高傳輸速度的乙太網路規格,才能讓大型或超大規模資料中心內的數千臺伺服器,有效率地互連與傳輸資料,這也讓雲端服務業者為驅動乙太網路發展的主要動力。

邁向1Tb等級頻寬的乙太網路

目前IEEE制定的乙太網路標準,最高只到400Gb,不過稍早乙太網路連盟(Ethernet Allianc)在其2018年版技術路線圖中,已經提出了800Gb與1.6Tb乙太網路的展望。

事實上,早在2010年時, Facebook工程師Donn Lee就曾表示,Facebook資料中心所當時就已經需要100Gb乙太網路,未來則需要1Tb乙太網路,預期1座Facebook資料中心將需要64條1Tb乙太網路作為骨幹通道。但就2010年當時,1Tb等級的乙太網路還遙不可及。時隔9年之後,目前的技術進展,已讓1Tb等級乙太網路露出曙光。

透過IEEE、100G Lambda MSA、Optical Internetworking Forum (OIF)等組織新發展的單線100Gb技術,透過聚合8條100Gb通道就能得到800Gb頻寬,而若採用10線或16線的聚合技術,便可望實現1Tb與1.6Tb乙太網路,將乙太網路推到Tb等級頻寬。

資料中心乙太網路主流規格的變化趨勢

在2016年以前,10Gb與40Gb規格仍是乙太網路交換器出貨的主流,不過,在2016~2017年之間,25Gb與100Gb規格的份額開始迅速成長,逐漸超越10Gb與40Gb規格,進而在2018~2019年以後,完成從10/40Gb到25/100Gb的世代交替。資料來源:650 Group Long Term Ethernet Switch Forecast,2017年12月

 

超大型資料中心成為乙太網路發展主要驅動力

從上兩圖可以看出,隨著雲端服務在2010年代初期的興起,支撐雲端服務的超大規模資料中心迅速增加,雲端服務業者購買的伺服器與乙太網路交換器比重,也迅速提高,並在2016~2017年間超過一般企業,一半以上的新售伺服器與交換器,是部署在雲端業者的大型或超大規模資料中心,由此也帶來對於新一代超高速乙太網路的急迫需求,進而讓雲端業者的基礎建設需求,成為促進乙太網路發展的主要推動力。資料來源:Dell’Oro,2017年1月

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