200G vs 400G：誰是資料中心網路下一站？

網際網路聯接全球 40 億多使用者，支撐著VR/AR、16K影片、自動駕駛、人工智慧、5G、物聯網等層出不窮的數字化應用。教育、醫療、辦公等使用者線上與線下的結合，正在影響和改變人們生活的方方面面。

資料中心網路，作為網際網路業務賴以生存和發展的基礎設施，早已從最初的千兆、萬兆網路，走到了“25G接入+100G互聯”規模部署的階段。

100G互聯：全盒架構被大型網際網路企業看重

“25G接入+100G互聯”的架構下，資料中心網路透過三級組網實現大規模接入，單叢集伺服器規模可以超過10萬臺。

如下圖所示，基於T1和T2層的Pod可以像樂高積木一樣靈活擴充套件，按需建設。

 圖1：右側引用自 https://techblog.comsoc.org/2019/03/18/facebooks-f16-achieves-400g-effective-intra-dc-speeds-using-100ge-fabric-switches-and-100g-optics-other-hyperscalers/

隨著大容量轉發晶片的能力提升以及100G光互聯成本的降低，市場上出現了單晶片交換機裝置構建100G互聯的全盒式裝置組網方案。這種單晶片多平面的互聯方案，以12.8T晶片為典型代表，單晶片可提供128x100G的埠密度，單個POD可提供2000臺伺服器的接入能力。

圖2：典型128口100GE高密盒式交換機

全盒式裝置組網方案，相對傳統框盒裝置方案，雖然網路節點數量和裝置間的光互聯模組數量有所增加，帶來了運維工作量的增長，但因引入了高效能轉發晶片，有效降低了資料中心網路埠的單位元成本，對大型網際網路企業吸引力很強。大型網際網路企業一方面快速引入100G全盒架構，以降低網路建設成本，另一方面基於自身較強的研發能力，提升網路自動化部署和維護水平來應對運維工作量增長挑戰。

因此，大型網際網路企業對於100G網路方案思路趨同，全盒裝置組網成為100GE網路架構演進的基座。

網路提速成為必然，誰會是下一站？

25G接入+100G網際網路絡方案促成晶片選型的統一和快速上量，充分說明了技術紅利驅動了IDC網路架構的快速演進。隨著單晶片網路產品的推出，100G代際的技術紅利也已經得到了完全的獲取。

在當前業務持續快速發展的背景下，頻寬升級成為必然。一個選擇題擺到了企業面前：選200G還是400G？

網路從來都不是孤立的存在，產業的環境是決定技術是否能夠成長、成熟的大土壤。

我們先從網路標準、伺服器和光模組三方面審視下200G和400G的產業現狀。

200G vs 400G標準：協議標準均已成熟

在IEEE 協議標準演進過程中，200G標準啟動晚於400G標準。

IEEE 802.3乙太網工作組（Working Group）在完成BWA I（Bandwidth Assessment I）專案調研後，於2013年立項制定400G標準。2015年，為了進一步擴充套件市場範圍納入50G伺服器和200G交換機規格，IEEE成立802.3cd專案，啟動制定200G標準。

因200G與400G規格具備相關性， 200G單模規格最終納入了802.3bs專案。屆時，400G已經基本完成PCS、PMA、PMD的主要設計，200G單模規格總體上是基於400G單模規格減半制定。

2017年12月6日，IEEE 802最終批准IEEE 802.3bs 400G以太標準規範，包含400G以太和200G以太單模，標準正式釋出。IEEE 802.3cd 定義了200G以太多模的標準，於2018年12月正式釋出。

圖3：IEEE 802.3bs 400GE 標準關鍵里程碑，引自

如下表所見，400G已實現全場景的標準支援，包括100m、500m、2km和長距80km。

50G vs 100G伺服器：100G伺服器將會成為主流

 

圖4：分析師機構對網路卡和伺服器的發貨趨勢預測

根據分析師機構CREHAN的預測，截止2019年，50G和100G網路卡都已經啟動發貨。25G網路卡的下一代升級選擇上，整個產業在2018和2019年存在著搖擺。2019年50G和100G伺服器發貨量產生了逆轉，但2020年後100G伺服器的勢頭全面超越了50G伺服器，產業又開始對100G伺服器充滿信心。

從CPU晶片來看，兩家主流廠商I廠和A廠都陸續推出了新的產品路標。I廠支援PCIe 4.0的晶片將於2020年Q3推出，主流I/O達到50G，高階應用時IO達到100G/200G。兩家巨頭預計將在2021年H1分別推出支援PCIe5.0的晶片，再次將主流I/O提高到100G，高階應用時IO可達到400G【1】。

因此，CPU晶片節奏和伺服器發貨預測均顯示出50G曇花一現，100G伺服器正快速成為主流。 

200G vs 400G光模組：400G成本更優，產業更成熟

資料中心接入伺服器從25G向100G演進，那麼當前的100G網際網路絡應該選擇200G還是400G呢？

從上表可以看出，當資料中心從10G伺服器演進到25G，網路互聯從40G升級到100G，網路頻寬增長一倍，但互聯成本、功耗卻保持不變，即Gbit互聯成本與功耗下降一半。所以100GE取代40GE成為25GE時代的主流網路互聯方案。

200GE和400GE光模組與以往有點不同。傳統光模組採用NRZ（Non-Return-to-Zero)的訊號傳輸技術，採用高、低兩種訊號電平表示數字邏輯訊號的0、1，每個時鐘週期可以傳輸1bit的邏輯資訊。而200G和400G光模組皆採用了高階調製技術——PAM4（Pulse Amplitude Modulation 4四階脈衝幅度調製）。PAM4訊號採用4個不同的訊號電平進行訊號傳輸，每個時鐘週期可以傳輸2bit的邏輯資訊，即00、01、10、11。

因此，在同樣波特率條件下，PAM4訊號位元速率是NRZ訊號的2倍，傳輸效率提高一倍，有效降低Gbit成本。從光模組構成看，200G和400G模組都是採用4-lane的主流架構，所以模組設計成本、功耗趨同。

因為400G模組的頻寬是200G的兩倍，所以Gbit成本和功耗是200G的一半。

另一方面，模組成本除了架構設計，也取決於規模上量的規模。根據第三方諮詢公司Omdia (原OVUM)的發貨資料， 對TOP8供應商當前在200G、400G模組的佈局梳理如下。

如上圖所示，200G的模組種類只有100m SR4和2km FR4兩種，其中100m SR4只有兩家供應商。反觀400G的模組種類達到了5種，TOP8廠商皆對100m、500m和2km模組進行了佈局。400G的產業成熟度遠勝於200G，客戶的選擇也更為豐富。

這一分析結果也進一步說明了由於PAM4技術的引入，存在成本和功耗的技術代價。對在成本、功耗敏感的資料中心網路領域，產業迫切期望跨過200G邁入400G來吸納這個代價。採用同樣技術和成本構成的400G在演進方面更具競爭力。

小結：400G接檔勢頭明顯，200G一代或將跳過

資料中心網路是服務於業務的存在。從業務驅動上看，高速增長的數字化建設將推動100G伺服器在2020年快速起量，併成為主流。從成本上看，由於資料中心光器件成本佔整個資料中心網路裝置成本的一半以上，由於PAM4技術的引入，400G光器件單Bit成本比200G光模組更具優勢，光模組部署成本將直接帶動整個整體建網成本的下降。

從總體上看，400G接檔勢頭明顯，200G代際或成為臨時過渡或被直接跳過。