技术解读：800G以太网的标准和实现

2020 年 4 月 6 日，25 Gb 以太网联盟发布更名通知，将名称变更为“以太网技术联盟”，联盟成员包括思科、Arista、博通、Dell、Google，Mellanox和微软等。与此同时，联盟发布了用于800千兆位以太网 (GbE)的 800GBASE-R规范（以下简称：800 GbE 规范）。

800 GbE 规范引入了新的介质访问控制(MAC) 和物理编码子层 (PCS)。它基本上重新利用了来自 IEEE 802.3bs 标准的两组现有 400GbE 逻辑，并进行了一些修改，以便将数据分布在八个 106 Gb/s 物理通道上。由于 PCS 被重用，因此保留了标准 RS(544, 514) 前向纠错，以便与现有物理层规范简单兼容。

以太网技术联盟技术工作组主席Rob Stone表示：“这项工作的目的是尽可能地重新调整标准400GbE 逻辑的用途，以创建 800 GbE MAC 和 PCS 规范，同时为实现多速率以太网端口的用户提供最小的开销成本。800 GbE 规范是以该联盟的新名称首次发布的令人兴奋的消息，反映了该组织的真正能力。我们为我们的成员公司在完成此规范方面的辛勤工作感到自豪。”

通过新思科技的描述，我们也能够看到一些800 GbE 规范的好处，数据中心采用可扩展的网络架构构建如叶脊架构。叶脊架构需要大量互连，因为每个叶交换机都扇出到每个主干交换机，从而最大限度地提高服务器之间的连接性。这反过来又推动了以400Gb/s 和 800Gb/s 运行的以太网互连的变化。向 800 Gb/s 以太网的转变不仅可以节省电力，还可以节省面积，从而增加互连密度。

以太网的发展速度可谓惊人，从1995年的100M到如今的800G，以太网用25年的时间将网络速度提升网络数千倍，通过新思科技整理的下图可能感受更为直观。

图源：新思科技

800 GbE 规范中提到，800Gb/s以太网技术被设计为使用8个106Gb/s 通道的接口，是使用2xClause 119 PCS (400G) 连接以 800 Gb/s 运行的单个MAC。 下图显示了系统架构。请注意，至少就目前而言，目前800 GbE 规范中并未定义800G PMD。2x400G PMD 可用于形成 800G 接口，例如 2x400GBASEDR4 模块。这种架构可以支持 8x106.25G、16x53.125G 甚至更慢的接口，但8x106.25G 是主要焦点。

图源：以太网技术联盟

机器学习、人工智能和流媒体游戏服务等新的数据中心业务流量正在推动端到端以及到用户的成倍的数据增长。速率接口从100GbE到400GbE实现了速率的4倍增长，如今800GbE也已经整装待发。

在800G以太网的落地过程中，成立于2019年9月5日的800G Pluggable MSA工作组将起到积极的带动作用。800G Pluggable MSA工作组旨在促进数据中心运营商与基础设施、设备、光模块，光/电芯片和连接器供应商之间的交流与协作。重点在数据中心网络互连场景，旨在确定最佳的互连体系结构，定义800G可插拔光模块的接口规格，构建生态系统并指导行业的健康发展。

800G-SR8和800G-FR4出现在800G Pluggable MSA工作组定义的第一个800G规范中，前者是一种适用于短距离传输应用且具有成本效益的8x100G模块，在单模光纤上可以传输60-100米；后者则提出4 x 200G的光模块，需要支持新的FEC功能。

从产业链进程来看，目前测试厂商和IP厂商在800G以太网的研发方面较为领先。2021年6月21日，是德科技宣布，该公司与四通道小型可插拔双密度（QSFP-DD800）生态系统中的高速以太网合作伙伴联手，成功完成了物理设计验证解决方案的演示。

QSFP-DDMSA联合主席、Molex行业标准总监ScottSommers表示：“为了满足新一代数据中心关于信号完整性、热性能和端口密度的要求，QSFP-DD的外形尺寸不断改进。借助整个行业都在大力推进QSFP-DD基础设施建设这一东风，是德科技推出了新型G800产品。”

新思科技则从IP层面帮助解决设计挑战。使用多层以太网协议进行设计时的一个典型挑战是确保MAC、PCS 和物理介质附件 (PMA) 子层在集成后提供最佳性能和延迟。在 800G 时，数据路径尽可能高效以确保最低延迟变得更加重要。如果数据路径的不同部分来自不同的供应商，那么建立互操作性可能是一项艰巨的任务，特别是因为 800G 以太网尚未被 IEEE 标准化。

新思科技目前提供可配置控制器和经过硅验证的PHY，速度高达 400G/800G，以及其他验证IP。

此外，也能够看到诸如思博伦与旭创科技，两家公司合作完成了800G以太网互操作性的演示。

不过，从800 GbE 规范能够看出，800G以太网更多是对400G的连接扩展，在具体使用上是400G的延伸。比如，800 GbE 规范中提到，MLD技术的一个重要方面是为每个虚拟通道使用唯一的对齐标记 (AM)。对于400Gb/s，AM每163,840 x 257b块插入到条带数据流中。这将在800 Gb/s中得以延续（并保持每个400G流的相同间隔）。但插入的AM将增加两倍，并且必须修改 AM 以确保一致的 800 Gb/s数据流，并防止错误配置的400 Gb/s 端口无法同步到 800 Gb/s数据流。这些调整并不是特别困难，难的是以太网如何进入T级，这个思科已经研究很多年了，原本在400G之后业界预期的也是T级，但现在来看还要时间。