La era del 400G (como es llamada la tasa de transferencia de 400 Gb/s) dentro de los Data Centers empezó en 2017 y, desde entonces, no ha detenido su crecimiento en opciones. Aunque estaba disponible comercialmente algún tiempo antes, el inicio de esa nueva era fue marcado por la aprobación de la interfaz 400GBASE-SR16 por el grupo 802.3 Ethernet do IEEE. En aquella época, el canal base disponible era de 25 Gb/s y la multiplicación por 16 resultó en el deseado 400 Gb/s, en la distancia de hasta 100 metros, usando un conector MPO de 32 fibras ópticas - algo bastante complicado de fabricar, probar y mantener.

En marzo de 2020, fue aprobada la interfaz 400GBASE-SR4.2, con diversas novedades. Una de ellas es el uso de canal base de 50 Gb/s en PAM4 (Pulse-Amplitude Modulation 4 level) y, por primera vez en un estándar, más de una longitud de onda fue introducida en fibra óptica multimodo, aprovechando las ventajas de la recién desarrollada OM5 para alcanzar 150 metros. Los esfuerzos para ampliar el abanico de 400G siguen en grupos de trabajo que desarrollan interfaces de cortas distancias y bajo costo, para conexión de servidores, hasta aquellas para distancias de 80 quilómetros, que van a posibilitar la conexión de Data Centers para sincronización de contenido y servicios de alta demanda como video, juegos y conferencias.

Pero si las interfaces 400G parecen estar técnicamente maduras y diversificadas y, al mismo tiempo, deben experimentar un aumento de demanda de mercado en los próximos años, ¿qué puede venir después?
Existen varias iniciativas siendo trabajadas en paralelo, en diversas frentes. La opción más popular parece ser la de 800 Gb/s (800G), sin embargo, existen consideraciones con relación a 1,6 Tb/s. Esa discusión, que ya estaba sucediendo, fue potencializada por la publicación del Bandwidth Assessment Report II (BWA) pelo IEEE, en abril de 2020, que reúne las tendencias de crecimiento de la demanda en varias aplicaciones, teniendo como base la tasa de 400 Gb/s en comparación con 800 Gb/s y 1,6 Tb/s.

El aumento de velocidad, en general, se hace por una multiplicación de "dimensiones" que son impactadas directamente por los factores costo y viabilidad técnica. Entre los retos para que se pueda lograr velocidades superiores a 400G, es posible destacar:

Canal base de 100 Gb/s ó superior: hasta la mitad del año 2021, deberá estar estandarizado el canal básico eléctrico de 100 Gb/s y sus multiplicaciones 200 Gb/s y 400 Gb/s. Esta puede ser la primera opción para una interfaz 800 Gb/s, mediante la paralelización de la velocidad en 8 canales. Eso puede ser hecho usando más fibras ópticas – en este caso, serían 16 – ó también, más de una longitud de onda por fibra óptica, llevando más canales – como en la 400GBASE-SR4.2. Pero, una opción bastante interesante es el desarrollo de un canal base de 200 Gb/s. De esa forma, los 800 Gb/s serian alcanzados por una multiplicación del canal por 4, bajando la complejidad a nivel del medio de transmisión. En ese caso, la complejidad seria trasladada para la señalización (es posible continuar con el PAM4 u órdenes superiores) y corrección de los errores con consecuencias para el procesamiento.  El reto es la búsqueda del equilibrio entre la viabilidad técnica y económica para un nuevo canal base.

Medio de transmisión y conectividad: Otra balanza que debe ser equilibrada y que depende directamente del canal base. Un canal base de 200 Gb/s requiere la mitad del medio exigido por el canal de 100 Gb/s. Este es el principal cambio entre las interfaces 400GBASE-SR16 (16x25 Gb/s) y 400GBASE-SR8 (8x50 Gb/s). Otro ejemplo que muestra como las dimensiones son usadas está en la diferencia entre las interfaces 400GBASE-SR8 y 400GBASE-SR4.2. Ambas usan el canal base de 50 Gb/s y multiplican por 8 para alcanzar los 400 Gb/s. La diferencia es que en el primer caso utiliza un canal por par de fibra óptica, lo que demanda 16 fibras ópticas, y en el segundo caso la 400GBASE-SR4.2 coloca 2 canales por par de fibra óptica en longitudes de onda diferentes, exigiendo solo 8 fibras ópticas. La conectividad queda simplificada en el segundo caso, una vez que usa un conector MPO de 8 fibras ópticas (en el primer caso, de 16 fibras ópticas). Por otro lado, es más complejo fabricar un transceiver que usa dos longitudes de onda en cada fibra óptica. Esta misma consideración se puede hacer para alcanzar los 800 Gb/s, por ejemplo. Suponiendo dos opciones de canal base y dos de multiplexación por longitud de onda tendríamos, eventualmente, cuatro métodos de conectividad y uso del medio físico.

El formato del transceiver: el desarrollo de nuevos transceivers viene buscando anticiparse a las necesidades de la industria, enfrentando el desafío de acomodar la mayor potencia y disipación térmica, exigida por el procesamiento en mayores velocidades, y la necesidad de ocupar poco espacio, una vez que la densidad de conexiones crece cada vez más. Los nuevos formatos que son candidatos naturales en acomodar las próximas interfaces son el OSFP (Octal Small Form-Factor Pluggable) y el QSFP-DD (Quad Small Form-factor Pluggable Double Density). Ambos fueron desarrollados con 8 canales para aplicación directa de 400 Gb/s (8X50 Gb/s), pero ya fueron adoptados por los MSAs (Multi-Source Agreements) para 800G.

Como alternativa a los formatos “pluggables” de tranceivers, se encuentran en desarrollo métodos de conexión óptica directa en las placas de comunicación, como propone la iniciativa COBO - Consortium for On-Board Optics. En este caso, la conexión óptica es realizada directamente en la placa, próxima al chipset, pudiendo economizar bastante espacio en la parte frontal de los switches.

Algunos acuerdos de compatibilidad y especificación entre fabricantes (MSAs) y organizaciones ya salieron adelante y pretenden invertir en el desarrollo de las nuevas velocidades:

Además de las iniciativas del mercado, en el ambito normativo, el grupo NEA (New Ethernet Applications) del IEEE 802.3 - el mismo que estuvo al frente de la edición del BWA Report - está considerando una nueva propuesta de estándar aún sin definición de velocidad, pero que será el “más allá de los 400G”. Varios retos técnicos estan en discusión, lo que va a exigir mucho trabajo de este nuevo grupo de estudio, que puede arrancar en 2021.

Cuanto, a las aplicaciones para la siguiente velocidad, podemos considerar dos perspectivas más amplias: el uso a partir del core de la red y las conexiones intra e inter-Data Centers.

Velocidades más altas son adoptadas siempre en el centro de la red, naturalmente en función del volumen de datos y de la banda requerida en ese nivel. Se espera que las conexiones entre equipamientos Spine y Leaf esten preparados para un futuro 800 Gb/s, de la misma manera que actualmente están siendo conectados por 400 Gb/s, o también con 100 Gb/s. La arquitectura más tradicional jerárquica también debe acomodar, primeramente, en las conexiones entre los Switches Core y los Agregadores.

Este movimiento debe “empujar” las velocidades consideradas altas, hoy en el centro, más para el borde de las redes, alcanzando las capas en dirección a los servidores. Em poco tiempo, los servidores serán conectados por links de 50 Gb/s y 100 Gb/s, por ejemplo. Actualmente es común que velocidades de 10 Gb/s y 25 Gb/s conecten los servidores, muchas de las veces, todavía, usando cables de cobre.

El escenario inter-data centers está adoptando rapidamente las mayores velocidades directas, aprovechando esa característica para mantener las comunicaciones en tiempo real y atender a la creciente demanda por servicios en nube, con la sincronización necesaria. La implementación 400G-ZR, publicada por el Optical Internetworking Forum (OIF) en marzo de 2020, es hoy una de las más discutidas y consideradas para las conexiones de 80 hasta 120 quilómetros entre Data Centers. En ese mismo forum, está en discusión lo que podrá venir despues, siendo el 800G-ZR una de las opciones. El camino ya está siendo abierto, una vez que el propio OIF empezó estudio sobre la implementación eléctrica de 224 Gb/s, que deberá ser una base para el próximo salto.

La conclusión es que la velocidad de las redes siempre irá aumentar, una vez que la demanda por más banda, mayor disponibilidad y acceso más instantáneo solo crece. Si la tasa de crecimiento continuará a desafiar la Ley de Moore, solo el futuro va a decir. La búsqueda continúa en el sentido de volver la tecnología capaz de entregar este aumento cada vez más grande de la velocidad a un costo aceptable. El Data Center sigue siendo el actor principal en ese escenario. En él, deben ser concentradas las primeras inversiones en la siguiente ola, cuando, dentro de algunos años, el 400G se encuentre en plena actividad.