【带宽聚合技术与光学收发模组的选择】迈向超高速以太网路的不同途径

在资料中心的以太网路架构中，100Gb已经是现在进行式，400Gb则是未来的方向，但问题在于，是哪一种100Gb与400Gb？

由于发展路线与技术架构的不同，无论100Gb还是200Gb、400Gb以太网路，都存在着不同的型式。

100Gb以太网路的4个世代

以100Gb以太网路来说，便可分为3个世代。最早的100Gb以太网路是10Gb的“10线化”（10Gb×10），包括100GBASE-CR10、-SR10等，支援双轴电缆与光纤传输，以及从7米到40公里的连接距离，现在已经退出市场主流。

第2代的100Gb规格是以25Gb为基础扩展而来，是25Gb的“4线化”版本（25Gb×4），包括100GBASE-CR4、-KR4、-SR4、-LR4、-PSM4等十多种版本，支援双轴电缆、铜线背板与光纤传输，连接距离从1米到40公里，是目前主流规格。

第3代100Gb规格是50Gb的扩展，是50Gb的“双线化”版本（802.3cd-2018），包括100GBASE-CR2、-KR2、-SR2等，支援双轴电缆、铜线背板与光纤传输，以及1米到500米的传输距离，是目前主流规格之一。

第4代100Gb以太网路则是单线100Gb的规格，包括IEEE去年发布的100GBASE-DR（光纤传输），以及802.3ck小组发展中用于电子界面、双轴电缆与铜线背板的版本。

200Gb以太网路的类型

200Gb以太网路可分为3种版本。

第1种200Gb以太网路是25Gb的“8线化”版本（25Gb×8），只提供芯片到芯片电路板走线连接（200GAUI-8），允许的传输距离为25公分。

第2种版本是50Gb的“4线化”版本（50Gb×4），包括200GBASE-CR4、-SR4、-DR4、-LR4等，支援芯片到芯片电路板走线、双轴电缆、电路背板与光纤连接，最大传输距离从25公分到40公里，是200Gb以太网路的主流规格。

第3种版本，是以100Gb为基础“双线化”而成（100Gb×2），预定支援芯片到芯片电路板走线、双轴电缆、电路背板与光纤连接。

400Gb以太网路的不同类型

类似200Gb以太网路，400Gb以太网路也分为3种版本。

第1种版本是25Gb的“16线化”版本（25Gb×16），包括400GAUI-16与400GBASE-SR16，提供芯片到芯片电路板走线与多模光纤连接，允许的传输距离为25公分到10米。

第2种版本是50Gb的“8线化”版本（50Gb×8），包括400GAUI-8与 400GBASE-SR8、-FR8、-LR8，支援芯片到芯片电路板走线与光纤连接，最大传输距离从25公分到40公里，是400Gb以太网路主流规格。

第3种版本，是由100Gb“4线化”而成（100Gb×4），包括400GBASE-SR4.2、-DR4等，支援距离达500米的光纤传输。

少即是好——带宽聚合技术的选择

理论上，透过多线技术聚合多个传输通道，可以得到任何想要的高带宽，但考量到收发器模组与线路的复杂性与成本，使用越多的传输通道聚合，技术便越复杂、成本也更高。

所以当初10Gb×10版本的100Gb便是因为过于复杂、昂贵，难以推广，最后为25Gb×4版本的100Gb以太网路取而代之。事实上，这只是十多年前的10Gb时代，单通道10Gb规格战胜2.5Gb×4规格的重演。

类似的，换成100Gb以太网路，单通道100Gb版本的100Gb（如100GBASE-DR），又比25Gb×4版本更为有利，依IEEE的说法，单通道100Gb的成本，要比25Gb×4要便宜了40%。

在400Gb以太网路领域，虽然早期曾有25Gb×16的方案，但这显然过于复杂，实际上并不实用。所以目前400Gb的主流是50Gb×8与100Gb×4两种版本。

原则上，100Gb×4是达到400Gb规格的最理想选择，不过，目前IEEE制订的单通道100Gb以太网路规格（100GBASE-DR），以及以此为基础4线化而成的400Gb以太网路规格（多模光纤的400GBASE-SR4.2与单模光纤的400GBASE-DR4），最大传输距离分别只有100米与500米（400GBASE-DR4），所以一些厂商正在100Gb Lambda多源协议（MSA）下，发展传输距离可达道2公里以上的新一代100Gb以太网路（100G-FR、100G-LR），以及400Gb以太网路规格（400G-FR4）。

另一个重点：光学收发模组的选择

一直到25Gb与40Gb以太网路领域，都还有低成本的铜线连接方式可用（即使用Cat8缆线的25GBASE-T与40GBASE-T），不过到了100Gb以上规格，铜缆的适用性越来越窄，基本上是以光纤传输为主，铜缆仅能用在机架内短距离连接的场合。

而随着以太网路的持续发展，如何在提高带宽的同时，维持传输埠的部署密度与成本，也让光学收发模组（transceiver）成为另一个发展重点。

光学收发模组考量的重点，包括尺寸、功耗、散热与向下相容性。原则上，尺寸越小的光学收发模组，越有利于提高传输埠配置密度，因此，趋势是以尺寸较小的光学收发模组，取代较大型的模组，如在10Gb以太网路上，小尺寸的SFP+收发模组，最终便取代了早期使用的XFP、X2、XENPAK模组。

另一方面，随着以太网路传输速度大幅提升，光学收发器用于传输讯号的能量也随之增加，连带也产生越来越多的热量，也让冷却与热管理越形重要。SFP+、SFP28之类的单通道收发模组，通常不需要特别的冷却机制，依靠为其他元件提供冷却的气流即可。不过对于4通道以上的光学收发模组，散热便成为重要考量。

如400Gb以太网路使用的QSFP-DD收发器模组，内含了8个通道，也就是有8束激光在模组内发热，也让冷却与热量监控，成为400Gb交换器的重要设计重点。

而对于制造商与用户来说，向下相容性是另一个重要考量因素，如QSFP-DD便是以相容于QSFP与QSFP28的优势，在架构上更具灵活性，而成为主要的400Gb光学收发器规格。

主流的光学收发模组规格

如前所述，10Gb以太网路早期曾先后有XENPAK、XPAK、X2、 XFP等多种主要光学收发模组规格，目前的主流是SFP+。

40Gb以太网路目前最常见的收发模组则是QSFP+，即4通道版的SFP+，另一种CFP模组目前已经很少见。

至于25Gb以太网路的光学收发模组是SFP28，50Gb以太网路则采用SFP56，都是单通道收发模组。

到了100Gb等级以上领域，100Gb以太网路主要的光学收发模组，是4通道的QSFP28，200Gb以太网路是4通道的QSFP56。

而在400Gb以太网路方面，最早使用的收发器规格是CFP 8，可支援25Gb×16或50Gb×8架构，后来则是QSFP与QSFP-DD两种8通道规格收发模组互相竞争，技术特性各有优劣，密度都能达到1U/36埠，就目前看来，应该是以QSFP-DD为主流，已有的400Gb交换器产品大都采用QSFP-DD。

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