隨著5G、物聯網（IoT）的快速發展、社交媒體流量爆炸式增長、從傳統辦公到遠程辦公的轉變……所有這些變化都伴隨著快速增長的數據和帶寬密集型應用程序的壓力，數據中心面臨容量升級。

此外，有數據顯示，2021 年大約94% 的工作負載和計算都由雲數據中心處理，而傳統數據中心僅處理6%。雲數據中心的帶寬需求每12 到15 個月就要翻一番，甚至超過廣域互聯網的增長速度。所有這些驅動因素都在推動數據中心流量的不斷增長以及對高容量數據中心網絡解決方案的需求。

目前，100G 是被廣泛採用的最快的以太網連接，並且還在穩步增長，但是，隨著流量的持續增長，以及視頻等大容量數據傳輸的需求，400G以太網將成為數據中心的必然趨勢。

什麼是400G以太網？

過去幾十年見證了以太網速度從1G、10/25G 到40/100G 的轉變，以太網行業不斷創新以實現更高的網絡速度，如400G和800G。

400G 以太網或400 Gigabit Ethernet (400GbE) 由IEEE P802.3bs Task Force 於2017 年開發，它使用與100 Gigabit Ethernet 大致相似的技術。400GbE 技術需要每秒處理更多符號的能力和高級調製格式，以最佳的每比特成本提供每波長400Gb/s 的傳輸容量，同時具有更小的外形尺寸、更少的故障點和接口以及更低的功率和發熱——所有這些都是100Gb/s 容量的4 倍。

400G 技術發展的挑戰及趨勢

400G 技術發展的挑戰包括以下四個方面：

• 挑戰1：DCI 連接。數據顯示，從2019 年到2023 年，全球互連帶寬預計將以45% 的複合年增長率增長。諸如CDN的日益普及、雲服務的迅速發展和雲之間傳輸數據的需求以及需要跨數據中心複製的數據量增加等因素促進了DCI流量的高速增長。
• 挑戰2：未壓縮的4K/8K/16K 視頻。新冠疫情加速了視頻作為通信方式的發展，目前超過80% 的互聯網流量是視頻。這意味著網絡必須提供更高的帶寬來傳輸未壓縮的視頻。
• 挑戰3：HPC 集群。高性能計算(HPC) 集群在數據中心環境中大幅增長，並帶來了巨大的擴展挑戰。HPC集群無疑會加強對400G數據中心交換能力的需求。
• 挑戰4：存儲和內存。在存儲和內存功能方面，400G 數據網絡對於簡化非易失性內存快速(NVMe) 功能在數據中心的採用至關重要，而內存優化延遲可能會阻礙400G 部署。

以下這些技術發展解決了上述挑戰：

• 趨勢1：QSFP-DD。QSFP-DD技術正在解決快速增長的行業對改進高密度網絡解決方案的需求。QSFP-DD 代表了有史以來第一次，從銅纜到長距離光學器件，所有範圍都可以以相同的通用外形尺寸提供。QSFP-DD Multi-Source Agreement (MSA)小組還發布了針對QSFP-DD外形尺寸的通用管理接口規範(CMIS) 4.0修訂版。

CMIS 4.0版本的開發是為了能夠跨產品和模塊使用通用代碼庫，並且還解決了以前版本的可插拔光學管理系統的缺點。CMIS 還有助於確保QSFP-DD 模塊向後兼容所有基於QSFP 的收發器，包括廣泛部署的40G/100G/200G 產品。

隨著400G 採用的增長，QSFP-DD 為數據中心市場提供了最緊湊的400G 模塊，以及最高的端口帶寬密度。通過全行業的嚴格測試，QSFP-DD 功能已被驗證為最適合400G 數據中心網絡環境的高密度、高速可插拔模塊。

• 趨勢2：基於收斂以太網(RoCE)的遠程直接內存訪問(RDMA)。400G數據網絡是加速數據中心採用RoCE技術的關鍵。RDMA支持零複製網絡，通過使網絡適配器能夠直接將數據傳輸到應用程序內存或從應用程序內存傳輸數據，無需在應用程序內存和操作系統的數據緩衝區之間複製數據。RoCEv2 協議還支持跨L3 邊界的RDMA。

由於RoCE結構，數據中心網絡交換機通過直接啟用顯式擁塞通知(ECN)提供線速性，從而獲得性能提升。此外，RCoE有助於確保低延遲、智能擁塞管理和QoS靈活性。

• 趨勢3：智能網卡(SmartNIC)。智能網卡的出現在使400G 能夠滿足數據中心新的大量帶寬需求方面發揮著關鍵作用。目前最新的智能網卡提供兩個25G/50G/100G 端口或一個200G/400G 端口以及具有50G PAM4 SerDes 功能和PCEi 4.0 主機連接的以太網連接。智能網卡的可用性是提高網絡可編程性和加速應用程序卸載不可或缺的一部分，這對於提高數據中心效率至關重要。

趨勢4：採用400G ZR/ZR+ 的DCI 連接。400G ZR 是一種標準，旨在使用DWDM（密集波分複用）和高階調製在DCI 鏈路上傳輸多個400G 有效載荷。400G ZR+ 可實現超過80 公里的部署，非常適合城域區域應用，例如5G 回程流量、5G 固定無線接入(FWA)。

本質上，400G ZR 的開發是為了確保同時實現高帶寬和高密度DCI。通過光互連論壇(OIF) 的批准，400G ZR 對於推進互操作性和降低400G以前的DCI 的成本和復雜性至關重要。預計QSFP-DD 外形尺寸的400G ZR 將支持在城域應用中更多采用路由光網絡，包括DCI 和分佈式接入架構(DAA)。

哪些垂直行業正在推動400G 的發展？

以下關鍵垂直行業在推動400G 需求方面發揮著重要作用：

(1) 通信服務提供商（CSP）。通信服務提供商在推動400G 的採用方面處於領先地位。從戰略上講，通信服務提供商致力於為消費者和企業客戶部署5G，從而提高整個網絡的帶寬需求。此外還必須RAN/小型蜂窩部署的密度，以滿足其5G業務目標。通信服務提供商正在加速100G/400G 架構的採用，5G 構建需要將雲資源移動到更靠近用戶以及應用程序和設備的位置。因此，邊緣計算資源必須在整個網絡中支持更多的設備，每平方公里多達100,000台活躍設備。相比之下，4G/LTE在一平方公里內最多只能支持2000台活躍設備。通過400G 帶寬，5G 能夠擴展其主流採用所需的設備和應用程序。

(2) 超大規模雲提供商。來自云提供商數據中心帶寬需求的大幅增加是採用400G 的關鍵推動因素。Hyperscalers正在向50/100G 網卡過渡，擴展網絡可編程性，實現對提高整體數據中心效率至關重要的應用程序卸載，包括降低功耗。由於數據中心佔全球電力消耗的1% 到3%，超大規模企業正在大力投資改善電力使用效率（Power UsageEffectiveness）。

(3) 大型企業。大型企業正在加速採用400G 技術，這是其未來三年或更長時間內網絡戰略的一部分。這一戰略的主要驅動力是AI/ML 計算集群的廣泛採用，這些集群需要50/100G I/O 和400G 擴展。這些功能對於企業至關重要。

(4) 專業媒體網絡。未壓縮的4K/8K/16K視頻需要更多帶寬和更少的延遲來滿足視頻專業標準。自2020年以來，視頻流量激增，視頻流服務比最高增長超過70%。視頻應用容量需求和帶寬的爆炸式增長超過了當前的傳輸能力，400G在滿足視頻網絡領域的擴展和QoE需求方面變得至關重要。

400G廠商

(1) 思科

思科Nexus 9000系列產品支持提供全面的400G 解決方案。思科已宣布其Nexus 系列相關的400G 產品將滿足所有網絡架構的需求，將經濟高效地為具有大型網絡規模的客戶提供高密度的100G/400G 支持，整個系統將具有更高的靈活性。

Nexus 9300和9500 是Nexus 9000 系列支持400G 的新一代非模塊化產品。該系列基於思科Cloud Scale 技術，引入完全向後兼容的400G 光纖接口-四通道小型封裝熱插拔-雙密度(QSFP-DD)端口，可以通過透明方式將現有數據中心交換矩陣從40Gbps 和100Gbps 速度遷移到400Gbps。憑藉高度靈活的第二層和第三層可擴展性，以及可以滿足虛擬數據中心和自動化雲環境不斷變化需求的高性能。

(2) 英偉達

2022年4月，英偉達發布了新一代以太網平台英偉達Spectrum-4。該平台由英偉達Spectrum-4 交換機系列、ConnectX-7 智能網卡、英偉達BlueField-3 DPU 和DOCA 數據中心基礎設施軟件組成，能夠大幅加速大規模雲原生應用。

Spectrum-4號稱是全球首個400Gbps 端到端網絡平台，其單芯片交換吞吐量達到了51.2Tbps，比上一代產品高出4 倍，能夠為規模大數據中心基礎設施提供超高的網絡性能和強大的安全性。由Spectrum-4 加持的SN5000 交換機，最高可以支持128 個400GbE 端口或64 個800GbE 端口。Spectrum-4 還優化了RoCE 網絡架構，並提供自適應路由（Adaptive Routing）和增強擁塞控制。加密帶寬達到了12.8Tbps，可以支持硬件級MACsec 和VXLANsec。

(3) 新華三

2022年4月，新華三發布了400G園區核心交換機H3C S10500X-G，S10500X-G依托數據中心級網絡技術及全新設計理念，打破園區交換機性能極限。S10500X-G採用新華三自主研發的雲原生網絡操作系統Comware，具備先天的雲化、容器化、微服務化的內核能力，可支撐業務百秒通流與故障業務快速恢復，並通過RDMA、RoCE及AI ECN技術的應用，實現了數據的高吞吐、低時延。在安全方面，S10500X-G交換機支持全端口硬件級加密技術MACSec（Media Access Control Security，MAC安全），密鑰長度可達256 bits，從根源上保護二層協議免受攻擊，降低數據洩漏和遭受惡意網絡攻擊的風險。

400G時代正在來臨，你準備好了麼？

毋庸置疑，400G以太網的發展已成為必然。

對於廠商而言，機遇與挑戰並存。如今，各大供應商陸續推出400G產品，想從激烈的400G市場競爭中獲勝並不容易。不過對於用戶而言，隨著400G產品的標準化、規模化及量產的實現，400G搭建成本將逐步降低，用戶的選擇也會更多。另外，伴隨25G和100G部署成本的大幅下降，無論是對400G有迫切需求的用戶，還是對處於觀望中的用戶，無疑都是有利的。

400G時代正在來臨，你準備好了麼？