בימינו, העולם חווה עליה דרמטית בדרישות העומדות בפני תשתיות תקשורת הנתונים. המניע לגידול זה טמון במעבר מתעבורת טקסט בלבד עם דרישות צנועות של רוחב פס, אל מולטימדיה מלאה ועליה ברוחב הפס, בכמה סדרי גודל. כדי לעמוד בדרישות הגדלות שניצבות מול רוחב הפס, התפתחו חיבורי תקשורת מערוצים מבוססי נחושת לחיבורים סיב אופטיים. במרכזי נתונים מודרניים, חיבורי 10 Gigabit Ethernet (10 GBE) משמשים לחיבור 24 ו–48 מתגי 1 GBE לתשתית התקשורת. הדרישה ל–10 GBE צפויה לגדול רק כשספקי המתגים ישיקו את הפלטפורמות העתידיות, עם יכולות של 10 ג’יגה–סיביות בשנייה לכל port. סביר שעבור מערכות כאלו, לחיבור אל חלק של תשתית התקשורת תידרש תפוקה גבוהה יותר וטכנולוגיות 100 GBE המתפתחות יספקו נתיב למימוש יכולת זו.
Ethernet הוא פרוטוקול תקשורת המבוסס על סדרת תקני IEEE 802.3 לתוכנה ולחומרה, ומהווה את הטכנולוגיה השלטת לכבילה ולהעברת נתונים ברשתות מקומיות. עמידה קפדנית של הספקים בתקני IEEE 802.3 הביאה לפרוטוקול עמיד ביותר ולדרישה גוברת לפרישת רשתות Ethernet. רשת Ethernet חודרת גם למרחב רשתות האחסון (SAN), אשר מחליפות את האחסון המקומי בשרתים בזכות יתרונותיהן, בהם גישת רשת רחבה, אמינות גבוהה, תחזוקה זולה וניצול כוננים קשיחים. חיבורי הכניסה והיציאה של הכוננים הם בין צרכני רוחב הפס העיקריים בשרתים, והדרישה לרוחב פס ברשת גדלה עם המעבר לאחסון ברשת. ממשק SCSI לאינטרנט (iSCSI) ברישות GBE הוכח היטב בשימוש ויכול לתמוך בצורכי יישומים המיועדים לארגונים בגודל בינוני. תקן הערוץ הסיב אופטי דרך Ethernet (FCoE) יאפשר מיזוג תעבורת SAN ו–Ethernet במתאם רשת משותף ויפחית את מספר המתאמים הנדרש. מטרת תקן FCoE היא יצירת רשת מתכנסת עם ממשק משותף עבור רשתות SAN ו–LAN ושימוש בקבוצת כבלים ומתגים אחת יחידה.
בכינוס שנערך בנובמבר 2006, הסיקה קבוצת המחקר להגדלת המהירות בתקן IEEE 802.3 (HSSG) שהפיזור בדרישות רוחב הפס בין תעשיות הרישות והמחשוב מחייב פיצול בקצבי הבסיס של הנתונים. רשת Ethernet ב–100 ג’יגה–סיביות בשנייה נראה הפתרון לתשתית האינטרנט ולנקודות התחברות ורשת ב–40 ג’יגה–סיביות בשנייה מתאימה יותר לטכנולוגיות המחשוב, כדוגמת עיבוד בריבוי ליבות. תקן Ethernet ל–100 ג’יגה–סיביות בשנייה נקבע לתמוך בחיבורים סיב–אופטיים רב–אופניים למרחק של 100 מטר לפחות, ובחיבורים חד–אופניים למרחק של 10 ק”מ לפחות. בנובמבר 2007 הוסמכה הקבוצה להרחיב את הפרוטוקול למהירויות פעולה של 100 ו–40 ג’יגה–סיביות בשנייה, ובמקביל לשמור על תאימות מרבית עם הממשקים הקיימים. המפרט הסופי נקבע למסירה בשנת 2010. בינתיים, הדרישה לרוחב פס גבוה תגדל בגלל:
*שיתוף וידיאו, רצף וידיאו, וידיאו לפי דרישה;
*שידור וידיאו ברזולוציה גבוהה;
*אספקה ואחסון מקוונים של תוכן מדיה;
*תעבורה ארגונית;
*העברת נתונים בין מתקנים ארגוניים, אקדמיים ומחקר רפואי לבין מתקני מחשוב.
זרימת וידיאו והורדתו
אחד מספקי הווידיאו באינטרנט הידועים ביותר הוא YouTube שזכה בדצמבר 2007 ל–238 מיליון ביקורים ויותר. על אף שהאתר מעביר וידיאו ברזולוציה ובקצב הצנועים ביותר (Flash 7 ב–250 קילו–סיביות בשנייה), הפוטנציאל לקצב הסיביות הרגעי המצטבר עבור YouTube ועבור ספקים אחרים כדוגמת MSN, Yahoo, AOL ו–MySpace נראה מדהים. בנוסף, רבות מרשתות הטלוויזיה החלו להציע את תוכניותיהן לפי דרישה באינטרנט ברזולוציה רגילה או גבוהה. Netflix החלה בינואר 2007 לאפשר ללקוחותיה לצפות בסרטים באמצעות טכנולוגיית זמן מבוססת על יישום דפדפן. טכנולוגיה זו דורשת יכולת הורדה של 1 מגה–סיביות בשנייה למשתמש ורזולוציית DVD מתאפשרת בחיבור של 3 מגה–סיביות בשנייה.
במרס 2007, חברות בארה”ב סיפקו דרך האינטרנט 7 מיליארד קטעי וידיאו ויותר. YouTube לבדה סיפקה 1.1 מיליארד קטעי וידיאו. לפי ממוצע של שלוש דקות לקטע וידיאו ו–4 מגה–ביית לדקה לרזולוציה נמוכה, גודל כל קטע הוא 12 מגה–ביית בממוצע. לצורך כך נדרש ל–YouTube רוחב פס של 12.5 פטה–ביית (PB) לחודש, אשר תואם לערמת מכשירי DVD ברזולוציה גבוהה, בגובה של יותר מקילומטר וחצי.
ספקי שרות אחרים מספקים וידיאו לפי דרישה, חיבור משולש (אינטרנט מהיר, טלוויזיה וטלפון) ורשתות VPN. הדרישה לשירותים אלו רק תגדל, והספקים פורשים רשתות 10 GBE בקצב גובר.
אחסון ואספקת
קובצי מדיה
ספקי שירות אחסון קובצי מדיה נבדלים מספקי וידיאו בכך שהתוכן שהם מספקים נשאר בידי משתמש הקצה. הספק הידוע ביותר בתחום זה הוא I–Tunes של Apple. החברה הודיעה שעד ל–1 באוגוסט 2007 היא מכרה באופן מקוון יותר משלושה מיליארד שירים. כיום מוצעים באופן דומה תוכניות טלוויזיה, סרטים, ספרי אודיו ומשחקים.
הגידול בצילום ספרתי הוביל לפריחת אתרים לאחסון תמונות ולשיתופן. אחד האתרים, Flicker, הודיע בנובמבר 2007 שהוא קלט את התמונה ה”שני מיליארד” שלו, ושמדי יום מתקבלות עוד 3 עד 5 מיליון תמונות. אין כל ספק שרוחב הפס הנדרש לו ימשיך לגדול עם העלייה ברזולוצית המצלמות.
מחשוב ארגוני ובביצועים גבוהים
מנהלים במרכזי נתונים פונים לשימוש בטכנולוגיות של וירטואליזצית שרתים ויצירת אשכולות, כדי להגדיל ביצועים ולהקטין עלויות. אשכולות מחשוב בביצועים גבוהים (HPC) המורכבים משרתים רבים המחוברים ברשת, לביצוע משימות מחשוב גדולות בעיבוד מקבילי, עולים בקביעות במהירותם עקב ההתקדמות בטכנולוגיית המעבדים. ככל שגדלה יכולת העיבוד עולה גם הצורך ברישות מהיר יותר בתוך האשכול. קצב הפרישה של טכנולוגיות 10 GBE במרכזי הנתונים גדל בהתמדה. פרישה זו מתאפשרת בחלקה עקב הזמינות של מודולי מקמ”שים סיב–אופטיים זולים שניתנים לחיבור. ככל שפרישה זו מתרחבת, גדל הצורך שחיבורי מתגים אל התשתית יהיו מהירים יותר עבור צירוף רשתות. מפעילי מרכזי נתונים רבים מאמינים שיכולת צירוף הרשתות ממתג–למתג חייבת לגדול בסדר גודל אחד לפחות, כדי להתמודד עם הדרישה הגוברת לרוחב פס. 100 GBE מספק נתיב התקדמות למתן מענה לדרישה זו. צפוי שטכנולוגיה זו תמומש לא רק בחיבורי מתגים לתשתית בתוך המרכזים אלא גם בחיבורי MAN ו–WAN בתוך מבנים וקמפוסים עבור רשתות ארגוניות.
100 GBE בשכבה הפיסית
אפשר ליצור את ההתקנים הפיסיים (PMD) של 100 GBE בטכנולוגיות שונות. חלק מטכנולוגיות אלו קיים כיום, ואחרות עדיין שלבי פיתוח. המימוש המדויק יושפע ממגבלות תכנון כדוגמת אורך הקישור, פיזור הספק, גורם הצורה, והחשוב מכל – העלות.
בעבר, מקמ”שים חד–אופניים שימשו למרחקי חיבור גדולים מכמה מאות מטרים לעומת התקנים רב–אופניים מבוססי 850 ננו–מטר שנתנו מענה למרחקים קצרים מ–500 מטרים. מבחינה טכנית פתרונות חד–אופניים יכולים לשמש למרחקים קצרים, אך ההבדל בעלויות מהווה בעיה. כיום, למשל, מקמ”ש 10GBASE–LR XFP חד–אופני ל–1310 ננו–מטר יקר פי שניים, בערך, ממקמ”ש 10GBASE–SR XFP רב–אופני ל–850 ננו–מטר. בטכנולוגיות הדרושות למימוש 100 GBE, הפרש העלויות יהיה דומה.
הדרך שנראית כיום המבטיחה ביותר לשידור אופטי ב–100 ג’יגה–סיביות בשנייה היא בפיצול רצף הנתונים לכמה רצפים במהירות נמוכה יותר. בסיבים חד –אופניים משתמשים בריבוב חלוקת אורכי גל (WDM) באמצעות מקורות של אורכי גל משתנים ובסיבים רב–אופניים הנתונים נשלחים במקביל דרך חיבורים נפרדים במכלול כבל אחד. קרני האור מהמקורות המשתנים (FP או DFB) משולבות יחד באמצעות מרבב אופטי ונשלחות דרך סיב יחיד. בצד המקלט, רצף הנתונים בצבעים שונים מופרד לפי אורך הגל והקרניים הנפרדות מנותבות למערך מקלטים בדידים.
רכיבי ASIC לתקשורת יכולים כיום לפעול בקצב של עד 10 ג’יגה–סיביות בשנייה. אמנם אפשר ליצור פתרון WDM עם 10 יחידות, אך רצוי לשאוף למספר ערוצים נמוך יותר מבחינת פיזור ההספק, האמינות, הגודל במעגל ומעל לכל – העלות. נראה שהפתרון שיופיע בקרוב לטווחים ארוכים יהיה מקמ”ש WDM עם ארבעה ערוצי 25 ג’יגה–סיביות בשנייה. עדיין נדרש לקבוע את המרווחים של אורכי הגל האמורים להיות רחבים דיים עבור משדרי לייזר שאינם מקוררים.
אחד הרכיבים העיקריים – שחסרונו המסחרי מעכב מימוש מערך מקמ”שי WDM בסידור 25×4 ג’יגה–סיביות בשנייה – הוא ממיר ומפענח לטורי (SERDES) של 10:4. חברת Avago Technologies הכריזה באוגוסט 2008 על SERDES הפועל ב–20 ג’יגה–סיביות בשנייה.
בניגוד ל–WDM, הרי שהטכנולוגיה הדרושה למימוש 100 GBE כלכליים במודולים אופטיים רב–אופניים מקביליים קיימת כבר כיום. מערך כזה, תוצרת Avago Technologies, הוצג עם זוגות של משדרים ומקלטים ב–12 ערוצים. אב הטיפוס שהוצג העביר אות 100 GBE דרך רשת DWDM לטווח ארוך מלאס–וגאס אל לוס–אנג’לס ובחזרה, לאחר שהועבר דרך ממשק אל מערכת אופטית רב–אופנית של Avago.
המערכת בהדגמה לא הותאמה לפעולה ב–100 ג’יגה–סיביות בשנייה, אך המודולים האופטיים של XAvago פעלו ב–10 ג’יגה–סיביות בשנייה לערוץ והעבירו פתיחת “עין” UI של 0.4 במוצא RX אחרי 50 מטרים של סיב OM3.
המודולים המקביליים קיימים כיום במגוון קונפיגורציות ומארזים ומוגדרים באמצעות הסכמי MSA. SNAP–12 מגדיר מודולי שידור וקליטה ב–12 ערוצים לציר Z, POP4 מתאר מקמ”שי 4 ערוצים, PPOD דומה ל–SNAP–12 עם קצבי נתונים גבוהים יותר, המגיעים ל–5–6 ג’יגה–סיביות בשנייה ו–QSFP מגדיר מקמ”ש עם מחבר חשמלי שונה. Avago Technologies מציעה משפחה שלמה של פתרונות אופטיים מקביליים רב–אופניים עם רוחב פס מצטבר של עד 72 ג’יגה–סיביות בשנייה (12 ערוצים), והרחבת רוחב פס זה ל–100 ג’יגה–סיביות בשנייה אמורה להיות פשוטה.
יחידות הבסיס העיקריות עבור פתרון 100 GBE מבוסס אופטיקה מקבילית, הן דוחף לייזר רב ערוצי, מגבר תמסורת עכבה (transimpedance) רב ערוצי, מערך דיודות PIN ומערך VCSEL. למודול של 10×10 ג’יגה–סיביות בשנייה, יחידות אלו יהיו מבוססות על טכנולוגיות 10G VCSEL, PIN ומעגלים משולבים, והן יישאו בהוכחת ביצועים ואמינות בערוץ יחיד. צורת המארז שתהיה לפתרון כזה טרם נקבעה, אך סביר להניח שהיא תהיה סוג כלשהו של מודול נתקע. יכולת התחברות בפנל הקדמי מציעה יתרון בשליפה ובחיבור, אך לעתים על חשבון שלמות האותות, כלומר, המודול הסיב–אופטי חייב במקרה זה להימצא רחוק ממעגלי ASIC.
אין ספק שהדרישה העולה ללא יחס עבור רוחב פס תניע את הפיתוח של התקני PMD מהירים יותר בעלות נמוכה. פתרונות האופטיקה המקבילית יהיו מעשיים בעתיד הקרוב למימוש חיבורי 100 GBE למרחקים קצרים, בקיבולת גבוהה ובעלות נמוכה.
הכתבה נמסרה באדיבות חברת AVAGO, המיוצגת ע”י חברת אבנט בישראל
