基于交换机、智能网卡、光模块的400G数据中心网络解决方案

400G数据中心网络市场发展迅猛，更大吞吐量的交换芯片、更高速率的光连接件、爆炸式的数据增长，在合力加速数据中心网络的发展。除此之外，随着5G的蓬勃发展和基于视频的数据传输的快速增长，数据中心需要升级容量才能满足快速增长的数据和带宽密集型应用需求。

所有这些驱动因素都在推动数据中心流量的持续增长，以及对大容量 400G 数据中心网络解决方案的需求。由于数据密集型应用的容量需求激增远超当前的高速传输能力，400G作为一种不断演进的技术势必大有可为，它拥有相对更低的运维成本 (OpEx)和更小的占用空间，能更好地满足对光纤连接的迫切需求。

400G网络概述

过去几十年，我们见证了以太网速度从1G、10G/40G 到25G/100G 的转变，以太网行业不断创新以实现更高的网络速度，在介绍400G网络相关内容之前，我们需要了解数据中心网络对话中定义和使用400G的各种方式：

400G：100G/400G等描述是指接口serdes速率，即单通道的传输容量；通常用于口头描述单个接口的传速速率，根据上下文，有时可以与 400GbE 和 400Gb/s 互换使用。

400GbE：是指以太网接口中可以通过单个链路传输的新一代容量速率。它基于 400GbE 物理层、管理参数和媒体访问控制 (MAC) 参数必须满足的IEEE 802.3bs认证标准。

400Gb/s：是指数据传输的速度，通常描述设备端口支持的最高传输速率，或是光连接件的传输速率。

400G网络工作原理

对于100G网络我们可能比较熟悉，在单个接口采用4路NRZ调制的25G信号完成100G传输；以太网传输速率的提升，通常有两种方式：提升单通道传输速率和增加通道数量，而400G正是将单通道传输翻倍的同时也将通道数翻倍，通过PAM4调制技术传输8路50G信号实现400G传输（QSFP-DD）。

PAM4传输原理

400G 网络部署优势

传输密度更高：以100G交换机为例，NVIDIA 100G交换机SN2700/3700C的端口密度为32*100G/U，而400G交换机SN4700在1U面板上有32个400G QSFPDD端口，在相同高度下密度提升了四倍；

传输功耗更低：国家标准化管理委员会于2021年10月11日批准发布了《数据中心能效限定值及能效等级》，这使得如何降低传输能耗成为数据中心的重中之重，而400G相对于100G，单位信息传输能耗更低，也顺应节能环保的需求；

可扩展性强：100G的QSFP28端口一般支持100G to 100G、100G to 4X25G两种传输模式；而以NVIDIA SN4700为例的400G交换机支持400G to 400G、400G to 2X200G、400G to 4X100G、400G to 8X50G等多种传输模式，可以满足各种网络架构。

NVIDIA SN4700交换机支持的端口模式

400G网络趋势

趋势 1：QSFP-DD。QSFP-DD 首开先河，使所有连接线缆都可以采用一 致的通用外型规格，不论是铜缆还是长距离光纤，无一例外。由65个组织组成的 QSFP-DD 多源协议 (MSA) 组还针对 QSFP-DD 外型规格发布了4.0版通用管理接口规范 (CMIS)。随着400G采用率增长，QSFP-DD将为数据中心市场提供最小巧的400模块，以及最高的端口带宽密度，此外，CMIS 还有助于确保 QSFP-DD 模块向后兼容所有基于QSFP的收发器，包括广泛部署的40G/100G/200G产品。QSFP-DD的强大性能得到广泛认可，最适合在400G数据中心网络环境作为高密度、高速可插拔模块使用。

趋势 2：基于融合以太网的远程直接内存访问 (RoCE)。400G数据网络是加快数据中心采用 RoCE 技术的关键。RDMA 支持零复制网络，可以使网络适配器与应用内存直接传输数据，无需在应用内存和操作系统的数据缓冲区之间复制数据。特别是，RoCEv2协议支持跨L3边界的RDMA。

趋势 3：智能网卡 (SmartNIC)。SmartNIC的出现对于400G 满足数据中心新的海量带宽需求发挥着关键作用。最近版本的 SmartNIC 提供两个 25G/50G/100G/200G 端口或一个 400G 端口，以及具有 50G PAM4 SerDes 功能的以太网连接和 PCIE 4.0 主机连接。我们认为，对于提高网络可编程性以及加速对提升数据中心效率至关重要的应用负载分流， SmartNIC 是不可或缺的组成部分。

纳多德全栈式网络解决方案

纳多德基于对高速率网络发展趋势的理解，以及在光电子器件技术的突破，为客户提供全栈式网络解决方案。

纳多德数据中心400G网络解决方案

交换机

纳多德在交换机侧提供SN4410/SN4700分别作为leaf/spine交换机，基于Spectrum-3的SN4000系列交换机在支持高达400G传输速率的同时还拥有先进的网络虚拟化技术，支持高性能、单通道 VXLAN 路由以及 IPv6/多协议标签交换 (MPLS) Segment Routing，以及适用于基于 RoCE 和基于 GPUDirect 应用程序的强大高带宽数据路径。

NVIDIA Spectrum-3交换机

智能网卡

纳多德在网卡侧提供NVIDIA ConnectX SmartNIC智能网卡，采用NVIDIA ASAP2(加速交换与数据报处理技术®)，可加速网络效能，并同时降低传输因特网协议(IP) 数据报时的 CPU 负荷，进而释出更多处理器周期来执行应用程序。凭借无可匹敌的 RoCE 性能，ConnectX 智能网卡可为带宽和延迟敏感型应用程序提供高效、高性能的远程直接内存访问 (RDMA) 服务。也可以选择NVIDIA Bluefield DPU，Bluefield DPU将ConnectX的强大功能与可编程的ARM核及其他硬件卸载功能相结合，为软件定义存储、网络、安全和管理工作负载提供强大支撑。

NVIDIA ConnectX 智能网卡

光模块

在网络的连接上，服务器与交换机的连接可以选择使用纳多德QDD to 2XQ28线缆，一台SN4410连接48*100G网卡端口；在交换机的连接上可以选择使用纳多德QDD-400G-SR8光模块连接两台SN4700。

纳多德是光网络解决方案的领先提供商，是NVIDIA网络产品的Elite Partner，携手NVIDIA实现光连接+网络产品与解决方案的强强联合，尤其是在InfiniBand高性能网络建设与应用加速方面拥有深刻的业务理解和丰富的项目实施经验，可根据用户不同的应用场景，提供最优的InfiniBand高性能交换机+智能网卡+AOC/DAC/光模块产品组合方案，为数据中心、高性能计算、边缘计算、人工智能等应用场景提供更具优势与价值的光网络产品和整体解决方案，以低成本和出色的性能，大幅提高客户业务加速能力。

审核编辑黄宇