400 Gigabit Ethernet Für die Rechenzentren der Zukunft

Zukünftige Rechenzentren benötigen schnelle Verbindungen, um die steigende Menge an Daten zu übertragen.
Zukünftige Rechenzentren benötigen schnelle Verbindungen, um die steigende Menge an Daten zu übertragen.

Bedingt durch ein immer höheres Datenaufkommen, müssen Rechenzentren künftig Daten schneller übertragen. Fujitsu und verschiedene Steckverbinderhersteller arbeiten derzeit an unterschiedlichen Konzepten, um Datenraten von 400 GBit/s zu realisieren.

Fujitsu Laboratories und dem Fujitsu R&D Center ist es gelungen, 100 GBit/s pro Kanal zu übertragen - und das zum Teil mit Komponenten, die schon heute in herkömmlichen 10 GBit/s Transceivern Einsatz finden. Die bisherige einfache Modulation des Signals, hier entsprechen die An/Aus-Zustände des optischen Signals den 1/0-Zuständen des digitalen Signals, limitiert die Übertragungsgeschwindigkeit des Signals. Deshalb verwenden die Forscher von Fujitsu das Discrete-Multi-Tone-Modulationsformat (DMT), mit dem DSL bereits erfolgreich arbeitet. Dieses Format hat den Vorteil, dass es die Modulation den Möglichkeiten des Übertragungsmediums anpasst. DMT überprüft die Bedingungen am Empfänger beim Einschalten des Systems und optimiert die Übertragungsleistung und die genaue Art der Modulation je nach Transceiver- und Übertragungsbedingungen. Zur Übertragung selbst teilt DMT die Daten in mehrere Subträger auf und nutzt eine multi-level Modulation für jeden einzelnen Träger. Ist eine hohe Übertragungsleistung möglich, wird der Subträger mit beispielsweise 128QAM moduliert, sonst mit QPSK. Für einen optischen Transceiver mit vier Kanälen ergibt sich so ein 400-GBit/s-Ethernet-Transceiver. Allerdings ist diese Modulationsart auch der Grund, weswegen herkömmliche Module nur teilweise verwendet werden können. Um das Rauschen niedrig zu halten und die Interferenz zwischen den Subträgern zu verhindern, müssen die Digital-Analog-Wandler im Transmitter und die Analog-Digital-Wandler im Empfänger sehr gute Linearitätseigenschaften aufweisen. Für die langsameren Module ist das nicht notwendig.

Dass ihre Technik funktioniert, zeigte Fujitsu auf der Optical Fiber Communication Konferenz, die Mitte März in Anaheim, Californien, stattgefunden hat. Für die weiter entfernte Zukunft arbeiten die Forscher auch schon an noch höheren Übertragungsraten, doch Tomoo Takahara von Fujitsu Laboratories, gibt zu: »Eine Übertragungsrate von 1 Tbps mit nur einer einzigen Wellenlänge zu erreichen ist schwierig für uns«.

Anders als Fujitsu bewahren die Mitglieder des neu gegründeten CDFP-MSA (Multi Source Agreement) die bisherige Übertragungstechnik, erhöhen aber die Anzahl der Kanäle von vier auf 16. So lassen sich mit 25 GBit/s pro Kanal, die heute technisch machbar sind, auch 400 GBit/s pro Modul übertragen. Die Entwicklung von CDFP ähnelt der von SFP, QSFP und CFP, deren Spezifikationen ebenfalls MSAs festgelegt haben. Außerdem wird die Vervierfachung der Übertragungsgeschwindigkeit beibehalten, denn so wie mit dem Wechsel von SFP nach QSFP die Übertragungsrate von 10 auf 40 GBit/s angestiegen ist, erhöht sich die Zahl der übertragenen Daten auch von CFP nach CDFP um den Faktor vier.

Das MSA, dem die Unternehmen Avago Technologies, Brocade Communication Systems, JDS Uniphase, Molex und TE Connecitivity angehören, wird die mechanischen, elektrischen und optischen Interfaces spezifizieren und damit sicherstellen, dass die Produkte der verschiedenen Hersteller untereinander kompatibel sind. Die neuen Module werden sowohl für Kupferkabel als auch für optische Transceiver verfügbar sein.

Trotz der unterschiedlichen Technik weisen die beiden Ansätze auch Gemeinsamkeiten auf. Obwohl es noch keine fertig integrierten Transceiver gibt, ist eine Optimierung des Verhältnisses zwischen übertragenen Daten und dem dafür notwendigen Platzbedarf abzusehen. Herbert Endres, Technology Marketing Molex, meint: »Der CDFP wird kaum größer werden als die bisherigen I/Os mit 10 GBit/s«. Zudem haben sowohl Molex als auch Fujitsu einen Zeitrahmen von etwa zwei Jahren angepeilt, bis das erste Netzwerk Daten mit dieser Geschwindigkeit überträgt.