[導讀]支持100G的接口與應用技術種類非常多且各具特點。這對于即將部署100G的數據中心用戶的選擇帶來了困惑：具體選擇什么類型的100G對于數據中心用戶從技術層面，長遠升級以及投資回報率上更具有優勢呢?本文嘗試從這些角度提供一些可供參考的建議。

自2010年IEEE802.3ba標準發布之日起，100G的應用從技術層面已經具備了可行性，從2010年以來到現在，100G的應用與技術層面的探討一直備受關注。而由于IEEE802.3ba中無論是單模還是基于多模光纖技術所支持的100G應用并未形成規模化的應用趨勢，這與早期標準多模光纖應用以10G*10并行傳輸100G的方式，以及單模光纖基于WDM技術支持長距離的方式，總體光收發器與光纖鏈路的合并總體成本偏高，端口功耗高，特別是多模光纖100G與40G接口與通道不統一等因素相關，更重要的是100G的市場實際需求還未真正被激發起來。經過最近2-3年的發展，100G的應用已經形成多種技術類型與聯盟，無論是已經標準化的IEEE802.3bm還是以SWDM，MSA等多個織織所推出的100G應用模型。支持100G的接口與應用技術種類非常多且各具特點。這對于即將部署100G的數據中心用戶的選擇帶來了困惑：具體選擇什么類型的100G對于數據中心用戶從技術層面，長遠升級以及投資回報率上更具有優勢呢?本文嘗試從這些角度提供一些可供參考的建議。

數據中心100G應用處于一觸即發的靜默期

IEEE802.3ba標準自2010年發布后，40G基于多模光纖并行傳輸的規模化應用實際是從2013年下半年開始的，其間也有一部分用戶選擇基于BIDI技術等40G應用，經過這幾年的規模化部署，40G已經整體市場已經趨于穩定狀態。而100G的規模化部署將處于一觸即發的靜默狀態，為什么這么說呢?因為100G的應用當前對許多用戶來說是有真實需求的。

下圖1以太網端口趨勢的預測來自DELL，可以看到2016年100G的應用處于急速增長前的階段。

　　圖1 全球以太網交換機端口趨勢

那么哪些原因使100G的應用落地?有幾個方面因素促使100G以太網規模化應用。從宏觀上看，近年來數據通信量處于快速增長的趨勢，據Cisco的報告中顯示，全球移動網絡的數據通信量年復合增長率57%; 物聯網(IoT)在中國市場投資增長年復合增長達到30%以上，物聯網的快速增長使得機器之間MTM(Machine to Machine)的數據通信量急增且許多數據24小時不間斷; 除此以外，據統計，全球三網合一寬帶網絡投資年復合增長率達到15%左右。除了上述的幾大類可以預測的數據增長大趨勢，未來幾年還有許多基于互連網的技術的應用將促進全球基于IP數據通信量的快速增長，年復合增長率達到25%且云計算數據中心比例在持續增長，如下圖2所示。

　　圖2 Source: Cisco Global Cloud Index, 2014–2019

上述提及的多方面應用的快速發展都需要依賴數據中心網絡技術的支持。采用云計算虛擬化的技術云計算數據中心可以大幅度提高數據中心服務器的利用率，據Cisco的預測報告中統計，全球云計算數據中心服務器負荷是傳統數據中心服務器負荷的2.6倍以上且每年差距還正在不斷拉大。為應對服務器端口數據量的不斷提升。IEEE802.3by標準工作小組正在制訂服務器端口采用25G的標準，可采用多種介質如多模光纖或雙軸平行電纜DAC，以及即將發布的新標準即基于Cat8銅纜的25GBase-T與40GBase-T等技術。當服務器端口從10G升級到25G的時候，數據中心的接入層網絡到核心網絡之間的主干連接以及虛擬化數據中心Spine與Leaf之間連接都需同步升級到100G的網絡，網絡總體演進需滿足收斂比的要求。多模光纖每通道傳輸25G相當于IEEE803.3bm標準中將單個傳輸通道分離出來，無論從市場還是技術實現服務端口25G的應用是大勢所趨，這個新的25G標準將在2016年內正式發布。這些方面都在促使數據中心100G網絡應用的迫切性與必要性。

數據中心類型不同決定了不同的需求，當前不是所有數據中心用戶都有部署100G的需要，什么樣類型的用戶最需要部署100G的網絡?要回答這個問題，我們可以把數據中心分成兩個大類，IDC(Internet Data Center互聯網數據中心)與EDC(Enterprise Data Center 企業數據中心)。相對而言部分IDC數據中心部署100G的主干網絡更具有迫切性，具體來說如大的互連網公司或運營商的數據中心或一些規模化的云計算數據中心等，也不完全排除部分大的企業數據中心用戶，但從總體比例上來看當前階段IDC采用100G的比例或迫切性更高。

數據中心100G主流應用模型與特點

當前市場中可以實現100G應用的接口技術種類已經非常豐富，對于數據中心的實際而言，大部分數據中心的連接點之間距離不超過500米，除非超大型數據中心的園區主干可能會有部分超過500米。筆者根據自己的經驗，從現在的大量100G接口模型中選擇了最有可能應用于數據中心的4個模型的特點來作進一步的分析，供即將需部署100G的用戶作參考。

模型1：100GBase-SR4, 此應用模型符合新的標準IEEE802.3bm,該標準已經于2015年正式發布。采用8芯多模光纖組成的4個通道并行傳輸。多模OM3與OM4光纖均支持100G應用，接口采用12芯MPO接口，其中中間4四芯光纖不啟用，每個通道支持25G，傳輸模型與IEEE802.3ba中40GBase-SR4完全一致，收發器采用QSFP28，具體通道與接口如下圖3所示：

圖3 100G Base-SR4傳輸模型與接口

100GBase-SR4的總體特點：接口模型與40GBase-SR4是完全一致，與QSFP28的光模塊上采用MTP/MPO光纖連接器進行對接。原MTP/MPO的物理光纖鏈路可以直接升級為100G應用。本模型可采用常規OM3與OM4多模光纖分別支持100G應用70米與100米的距離。

值得關注的是，目前已經有部分主流光收發器廠家在推動100GBase-eSR4，主要是加大發光功率以增加傳輸距離，100GBase-eSR4有望在基于OM4光纖的基礎上達到200米的傳輸距離以達到絕大部分數據中心主干應用長度覆蓋范圍, eSR4將解決并行多模光纖傳輸距離的瓶頸，很大程度提升了SR4光接口的可用性。

模型2：100GBase-SWDM4，SWDM(Short Wavelength Division Multiplexing)是指短波段波分復用技術，在一芯多模光纖上傳輸4個波段的光信號。多模光纖中四個波段的窗口分別是850nm,880nm,910nm以及940nm。波分復用的原理與單模上的CWDM類似，而SWDM是首次將波分復用技術應用多模光纖短波段上，可以參考下圖4傳輸原理的模型。

圖4 100G Base-SWDM4傳輸原理

傳統OM3及OM4的多模光纖的主要傳輸窗口定義在850nm, 而如果采用SWDM技術則需要有四個窗口傳輸光信號，四個波段光源仍采用性價比高的VCSEL垂直腔面發射激光器。為了提高整體的帶寬，新一代多模光纖WBMMF(Wideband Multimode Fiber)的帶寬將有了新的提升，帶寬性能最高點處于大約在880nm波段附近且最高帶寬點高于傳統OM4多模光纖，參考下圖5關于傳統多模OM4光纖與WBMMF光纖的帶寬對比圖。

　　圖5 Source from OFS

WBMMF同樣也是50/125um的規格，目前TIA-42工作組已經正在制定新的行業標準，新的WBMMF光纖標準為TIA-492AAAE，該標準有望在2016年下半年正式發行。WBMMF可以與常規OM3及OM4光纖向下兼容。 SWDM技術同樣可以采用OM4光纖作為傳輸介質，只是傳輸距離要作相應的縮減。目前SWDM非完全公開技術，是由SWDM聯盟的幾家成員公司在推動，該聯盟主要以網絡設備廠家以及光模塊設備廠家為主，基于SWDM 100G的光模塊將優先采用小型化接口QSFP28以支持交換機面板更高的密度。

100GBase-SWDM4的總體特點：SWDM4的QSFP28光模塊上光纖接口采用多模雙工LC接口僅需要2芯光纖。采用WBMMF光纖可以支持100G距離達到300米，即便采用常用OM4光纖，也可以支持100G達到至少100米的距離。相比SR4模型，SWDM4多模光纖數量只需要25%的光纖量。

模型3：100GBase-PSM4

100GBase-PSM4的總體特點：采用單模光纖并行傳輸的模式，每個100G模型采用8芯單模光纖共構成4個獨立的通道，每通傳輸25G數據。接口采用12芯MPO接口，其中MPO接口的中間4芯光纖不啟用，每個通道支持25G，光纖傳輸模型類似100GBase-SR4，最大的差別是PSM4采用單模光纖作為傳輸介質，采用激光光源1310窗口，收發器同樣采用小型化接口QSFP28，連接器采用MTP/MPO單模APC，如下圖6所示。

圖6 100G Base-PSM4傳輸模型

100GBase-PSM4的總體特點：采用QSFP28的接口，使用單模MTP/MPO光纖連接器進行對接。本模型可采用常規OS2單模光纖可以支持距離達到500米，在這個距離范圍內PSM4模型的整體價格才具有一定的競爭力。目前100GBase-PSM4還未得到IEEE標準化組織的承認，主要由PSM4 MSA聯盟在進行推廣中。

模型4：100GBase-CWDM4

100GBase-CWDM4是基于單模粗波分復用技術的100G傳輸模型，光纖收發器采用單模激光光源，采用LC雙工接口，每芯光纖上支持4個長波段的信號傳輸，這4個發射窗口分別是1271nm,1291nm,1311nm,1331nm，每個波段傳輸25G。光纖收發器也是采用QSFP28小型化收發器，與傳統單模10KM及以上的高昂的收發器成本不同，100GBase-CWDM4基于2KM長度的光收發器的成本具有一定的價格競爭力，傳輸接口模型如下圖7所示。

圖7 100G Base-CWDM4傳輸模型

100GBase-CWDM4的總體特點：基于單模光纖的粗波分復用技術上已經比較成熟，但這種應用模式還未被標準化組織IEEE正式批準，目前由CWDM4 MSA進行技術標準的統一與市場推廣。

4個模型的統一比較表：以下將上述的4種100G技術類型作表格如下。

　　100G光收發器與布線市場價格分析

上述4種100G應用類型中主體成本由光收發器與布線兩個部分構成，不同技術類型光收發器與布線產品成本比率是不同的。為了方便統一比較，我們將以上4種產品按完整傳輸通道的方式中多模統一采用OM4光纖作為比較基礎，每個通道設定布線長度為100米，通道中包含2個光收發器以及完整的布線系統，布線系統包括了主干預端接光纜以及配線架及跳線等按端口數作平均分配，根據計算可以得出當前的價格趨勢與大致比例如下圖8所示，需要注意的是絕對價格通常不完全正確，因為這與供貨渠道與市場有關。這些數據僅用于作為統一基準的比較作參考，

　　圖8 4種100G應用方案價格比較

從當前價格上來看，基于SR4多模100G雖然布線成本相對高一些，但總體價格有一定的優勢，特別是光收發器的價格明顯低于其他幾種類型。而基于CWDM單模粗波分復用的光收發器價格明顯高于其他3種類型。PSM4與SWDM總體價格差異不大。由于短波分復用技術是由少部分光收發器廠家參與的SWDM聯盟，目前不是公開技術，暫時市場價格相對還維持較高水平，但從技術與成本構成來說，SWDM短波分復用技術還有較大的價格下降空間，這種產品在未來有一定的市場潛力。

數據中心100G未來發展應用分析

結合前面的相關分析可以看出，100G Base-SR4從當前來看具有良好的應用前景，首先從IEEE802.3標準化組織來看，目前100G Base-SR4已經是標準化的應用，而其他三種產品目前還未得到IEEE802.3標準組織的批準。其次，SR4的很重要的一個優勢是可以在100G網絡設備接口上直接采用1分4的MPO/MTP轉LC跳線，直接可以將1個100G端口分解成4個獨立的25G接口，可以統一交換機的接口種類同時也降低了單位流量的擁有成本。再次，從現階段來比較，SR4的整體價格是當前最具有性價比的方案之一。最后非常關鍵的一點是，該模型可以從現有40GBase-SR4的布線系統直接升級為100G，對于原有40G數據中心升級來說將會是首選。基于以上分析，這種模型在100G應用的初期將會得到更為廣泛的應用。當然SR4也有支持距離相對短的缺點，目前采用OM4最長只有100米，但隨著eSR4的推出，后期應用距離也將不是最大的問題。

100G Base-SWDM4具有非常大的潛力應用，首先從可管理性角度上來看，SWDM技術可以減少75%光纖的數量達到同樣等級的100G速率，對于減化線纜管理并適用于更高密度的應用。其次，SWDM技術可以支持更長的傳輸距離采用WBMMF的光纖有望達到300米的距離，適用于絕大部分數據中心對于主干距離的要求。再次從產品制造成本上看，SWDM光收發器采用VCSEL光源生產成本與SR4相比差異并不大，但為什么現在市場上價格比SR4明顯要高約30%-50%，這與當前以SWDM產品技術對有源光收發器未標準化以及SWDM技術由SWDM聯盟主導未對外開放有關。但技術本身具有較大的優勢。在100G初期看來，SWDM在市場上的容量預估不如SR4產品，但在中后期，預估基于SWDM的100G應用將會有爆發式增長的機會。相比較現有數據中心升級與擴容更多用戶選擇SR4技術，全新建設的數據中心部分客戶將可能青睞SWDM的產品。

100GBase-PSM4基于單模光纖并行傳輸的方式相比較多模應用距離至少達到500米，可以滿足98%數據中心主干的要求，與傳統單模收發器價格過高不同，基于PSM4技術的收發器價格差異不是很大，加上單模光纜比多模光纜價格更有優勢，有源加無源總體系統價格還是具有一定的競爭力，特別是當主干米數平均長度超過300米的時候價格優勢更能得到體現。總體來看對于規模較大的數據中心主干長度有可能超過300米應用的數據中心來看，PSM4是具有應用前景的。但由于單模接口基于MTP/MPO的方式，光纖端面比較敏感，現場維護要求相對較高。預測PSM4在100G的市場中會取得一部分的機會特別對于大型數據中心或部分互連網IDC的用戶，但從更長遠來看，PSM4成本缺少較大幅度下降的基礎，預計PSM4比較難以成為主流。

100G Base-CWDM4基于單模傳統的波分復用技術最大達到2KM的距離，總體來看該技術的最大優勢在于支持長距離的應用，適用于超大規模的數據中心主干的應用，以及數據中心產業園內各幢數據中心建筑主干之間的100G連接。 由于該應用未被IEEE標準化組織批準，會有一定的局限性，適用于超大規模互連網數據中心部分用戶，同樣100G Base-CWDM4預計不會成為數據中心100G主流應用，而會成為超大規模100G數據中心主干應用中細分市場中的一部分。

結束語

當前，100G接口的應用模型在市場上不下10種類型，不同接口有不同的應用側重點。對于較多的數據中心用戶來說，如同霧里看花無從下手。本文從當前市場中提取4種類型的接口技術聚焦于數據中心應用領域對接口技術模型，市場價格以及未來趨勢多個維度進行分析與預測，希望能給部分即將部署100G的數據中心用戶提供有價值的參考。