Seit 2015 hat die Ethernet Alliance ihre Fahrpläne kontinuierlich aktualisiert, um klare und umfassende Übersichten über die Entwicklungen der Ethernet-Technologie zu liefern.Diese Updates dienen als wertvolle Ressourcen für Fachleute in verschiedenen Branchen und helfen ihnen, über aufkommende Trends und Innovationen in der Ethernet-Technologie informiert zu bleiben.
Die folgende neu veröffentlichte Ethernet-Roadmap 2024 skizziert die sich entwickelnden Ethernet-Geschwindigkeitsanforderungen in wichtigen Sektoren, einschließlich Gebäude- und Industrieautomatisierung, Fahrzeugnetzwerken, Unternehmens- und Campusanwendungen, Telekommunikation und mobilen Diensten sowie hyperskalierbaren Rechenzentren.Ein bedeutendes Update im Fahrplan 2024 ist die Einführung eines speziellen Abschnitts, der sich auf KI und maschinelles Lernen konzentriert.Dieser neue Abschnitt stellt KI in den Mittelpunkt der Fortschritte in der Ethernet-Technologie und unterstreicht ihren wachsenden Einfluss auf die zukünftige Entwicklung der Ethernet-Standards.

Quelle：https://ethernetalliance.org


Quelle：https://ethernetalliance.org

Die obenstehende "2024 Ethernet-Roadmap" führt aktualisierte Schnittstellen und Nomenklatur ein, die Übertragungsmedien in zwei Haupttypen klassifiziert: Kupferkabel und Glasfaser, wobei WiFi ausgeschlossen ist.Diese Klassifizierung bietet einen klareren Rahmen für das Verständnis der sich entwickelnden Rolle von Ethernet in modernen Netzwerktechnologien.In Ethernet-Anwendungen von 10M bis 10G sind Kupferkabel weiterhin die bevorzugte Lösung.Diese Kabel sind weit verbreitet, da sie in der Lage sind, eine große Anzahl von Netzwerkgeräten zu verbinden, was sie ideal für die Handhabung zahlreicher Anschlussstellen macht.Kupferkabel haben typischerweise kürzere Übertragungsdistanzen, normalerweise innerhalb von 100 Metern, obwohl der 10Base-T1L-Standard Niedriggeschwindigkeits-10M-Anwendungen mit einer größeren Reichweite von bis zu 1000 Metern unterstützt.

Ein wesentlicher Vorteil von Kupferkabeln ist ihre Unterstützung für Power over Ethernet (PoE).Dieses Feature ermöglicht es Kupferkabeln, sowohl Daten als auch elektrische Energie gleichzeitig an angeschlossene Geräte zu liefern, was sie äußerst praktisch und kosteneffektiv macht.Diese Funktion ist besonders nützlich in Umgebungen, in denen sowohl Datenübertragung als auch Stromversorgung für Geräte wie IP-Kameras, Zugangspunkte und Telefone erforderlich sind.
Zusammenfassend bieten Kupferkabelschnittstellen eine kostengünstige, leistungsstarke Lösung für die Ethernet-Konnektivität.
In Ethernet-Anwendungen über 10G, insbesondere für ultraschnelle Netzwerkverbindungen wie 40G, 100G, 400G und sogar 800G und 1,6T, können nur Glasfasern die Anforderungen erfüllen.Für Rechenzentrumsanwendungen innerhalb von 300 Metern bietet Multimode-Glasfaser ein ideales Gleichgewicht zwischen Kosten und Leistung.Für längere Glasfaserübertragungen kann jedoch nur die Single-Mode-Faser die erforderliche Reichweite und Stabilität für eine zuverlässige Datenübertragung über große Entfernungen bieten.
Multimode-Fasern verwenden typischerweise einen MPO-Anschluss mit paralleler Übertragung über mehrere Kerne, was sie gut für Anwendungen mit hoher Dichte geeignet macht.Und Singlemode-Fasern verwenden häufig einen Dual-Core-LC-Stecker mit Wellenlängenmultiplextechnologie (WDM) für die Übertragung, was es ihnen ermöglicht, effizient die Datenübertragung über lange Strecken zu unterstützen.(Hinweis: Diese Diskussion umfasst nicht die in PON-Systemen gefundenen einkernigen bidirektionalen oder dreifachpfadübertragungstechnologien.)

Laut dem Ethernet-Fahrplan 2024 und den neuesten Schnittstellen- und Nomenklaturleitfäden ist 400 Gbps zur gängigen Geschwindigkeitsanforderung für aktuelle Rechenzentren für Künstliche Intelligenz (AIDC) geworden.Größere, fortschrittlichere AIDC erkunden bereits Möglichkeiten, 800 Gbps und sogar 1,6 Tbps Netzwerkübertragungskapazitäten bereitzustellen.Welche Strategien können die optischen Übertragungsgeschwindigkeiten effektiv steigern, um diesen steigenden Anforderungen gerecht zu werden?

Quelle：https://ethernetalliance.org

Das obige Diagramm zur Kombination der Übertragungsraten von optischen Modulen zeigt drei Methoden, um eine Übertragungsrate von 100 Gbps zu erreichen: Erstens, die Verwendung von vier 25G-Kanälen (4x25G);zweite, unter Verwendung von zwei Kanälen mit einer erhöhten Bitrate von jeweils 50G (2x50G);und drittens die Nutzung eines einzelnen 100G-Kanals.Diese Methoden bieten flexible, hochgeschwindigkeitslösungen, die auf unterschiedliche Netzwerkbedürfnisse zugeschnitten sind und eine optimierte Datenübertragung für moderne Infrastrukturen gewährleisten.
Um eine ultra-hochgeschwindigkeits Ethernet-Übertragung zu erreichen, gibt es zwei Hauptansätze: die Erhöhung der Datenrate einer einzelnen Leitung oder das Hinzufügen zusätzlicher Übertragungsleitungen.Die spezifischen Implementierungsmethoden sind wie folgt:

Quelle：https://ethernetalliance.org

Um die Übertragungsrate eines Einkanal-Signals zu erhöhen, sind Verbesserungen der optischen Modulationsmethoden entscheidend. Derzeit gibt es mehrere ausgereifte, kosteneffektive optische Modulationstechniken, die Folgendes umfassen:

• NRZ (Non-Return to Zero, auch bekannt als PAM-2, Pulsamplitudenmodulation mit zwei Ebenen) : Diese Technik unterstützt Übertragungsraten von bis zu 25G pro Kanal und wird aufgrund ihrer Zuverlässigkeit und breiten Anwendung in bestehenden Geräten häufig eingesetzt.

• PAM-4 (Pulsamplitudenmodulation mit vier Ebenen) : Im Vergleich zu NRZ bietet PAM-4 ein höheres Modulationsniveau, das Übertragungsraten von 50G pro Kanal ermöglicht und es zu einer idealen Wahl für Anwendungen macht, die eine größere Bandbreite erfordern, ohne dass die Kosten erheblich steigen.

• 16-QAM (16-Level Quadraturamplitudenmodulation) : Für ultra-schnelle Übertragungen wird 16-QAM typischerweise in kohärenten Kanalsystemen verwendet, die Übertragungsraten von bis zu 100G pro Kanal unterstützen, was es für anspruchsvolle, hochkapazitive Netzwerke geeignet macht.

2, Die optische Übertragungsgeschwindigkeit kann auf zwei Arten erhöht werden, indem mehrere Kanäle aggregiert werden, was die Effizienz und Leistung steigert.

Quelle：https://ethernetalliance.org

A.Eine Methode besteht darin, die Anzahl der physischen Kanäle zu erhöhen. Dies hängt hauptsächlich vom Paket der optischen Module ab, die in verschiedenen Formfaktoren erhältlich sind. Hier sind einige der gängigsten Formfaktoren für optische Module:

• SFP (Small Form-factor Pluggable)

  Ein Upgrade zum GBIC, SFP verwendet ein Dual-Channel-Paket und unterstützt Übertragungsraten von bis zu 1G.Es ist eine weit verbreitete Lösung für Netzwerk-Upgrades.

• SFP+

  Auf dem SFP-Formfaktor basierend, unterstützt SFP+ höhere Übertragungsgeschwindigkeiten von bis zu 10G und bietet eine fortschrittlichere Lösung für schnellere Datenübertragung.

• QSFP (Quad Small Form-factor Pluggable)

  QSFP verfügt über ein Vierkanalpaket, das das Äquivalent von vier SFP-Kanälen bietet.Dies steigert die Datenübertragungsrate erheblich und macht es ideal für Hochgeschwindigkeitsanwendungen.

• QSFP-DD (Doppelte Dichte)

  Als verbesserte Version von QSFP verfügt QSFP-DD über 8 Kanäle, was die Kanalanzahl im Vergleich zum Standard-QSFP verdoppelt.Dies ermöglicht noch höhere Datenübertragungsraten.

• OSFP (Octal Small Form-factor Pluggable)

  Ähnlich wie QSFP-DD unterstützt auch OSFP 8 Kanäle.Es bietet hochdichte Übertragungsfähigkeiten und erfüllt die steigende Nachfrage nach höherer Bandbreite in modernen Netzwerken.

Es ist wichtig zu beachten, dass Fortschritte in der Verpackungstechnologie sowohl die Anzahl der optischen Faserkanäle als auch die Gesamtkosten erhöhen können. Daher ist es entscheidend, ein Gleichgewicht zwischen Leistung und Kosten für ein kosteneffizientes, hochgeschwindigkeits Netzwerkdesign zu finden.

Eine weitere Methode besteht darin, die Anzahl der virtuellen Kanäle zu erhöhen, indem man die Wellenlängenmultiplextechnik (WDM) in Einzelmodenfasern verwendet. WDM funktioniert, indem zusätzliche Laser hinzugefügt werden, um die Anzahl der Kanäle zu erhöhen und somit höhere Übertragungsgeschwindigkeiten zu erreichen. Dies führt jedoch auch zu einem höheren Energieverbrauch und einer erhöhten Systemkomplexität, was zu höheren Kosten führt. Infolgedessen wird die WDM-Technologie typischerweise von Telekommunikationsanbietern für Anforderungen an die Übertragung über lange Strecken, mit hoher Bandbreite und hoher Geschwindigkeit eingesetzt.

Zusammenfassend haben wir nun ein umfassendes Verständnis für die Nachfrage nach ultra-hochgeschwindigkeits Ethernet-Übertragung und die Methoden zu deren Erreichung, was auch die Grundlage für ein weiteres Verständnis der vorkonfektionierten Glasfaserlösungen des AIDC schafft.