萬兆以太網(wǎng)：功耗使銅纜受挫

        要說萬兆以太網(wǎng)有什么特點，那就是它具有多重性。作為一項主干網(wǎng)絡技術(shù)，基于光纖的萬兆(10G over fibre)已經(jīng)確立了牢固地位; 但在過去幾十年，推動使用和銷售雙雙大幅增長的卻是銅纜以太網(wǎng)(Ethernet over copper)，特別是類似電話線的雙絞線電纜。

　　雖說基于雙絞線的萬兆技術(shù)變得成本更低、功耗更小，但果真會足夠便宜嗎?就算足夠便宜了，多久之后服務器生產(chǎn)商融入這項技術(shù)才有意義呢?

　　Linley集團的高級分析師Jag Bolaria說: “迄今為止交付的萬兆產(chǎn)品大多采用光纖。我們認為2007年市場上交付的交換機端口約為70萬個; 今年有望增至大約120萬個到130萬個。不過客觀地比較一下，萬兆端口超過1億個; 快速以太網(wǎng)端口更是超過了2億個。”

　　問題在于，光纖成本實在太高了，取代千兆到服務器或者桌面并不現(xiàn)實?；阢~纜的萬兆以太網(wǎng)有望勝任后一種角色，但仍然欠成熟——CX4是個例外，這項短距離(最遠15米)技術(shù)使用相對較粗的線纜。

　　被網(wǎng)絡設備供應商寄予厚望的是10GBase-T，這項標準針對的是基于屏蔽或非屏蔽雙絞線(STP/UTP)銅纜的萬兆技術(shù)。它允許通過6類線實現(xiàn)萬兆速率，傳輸距離最遠達到100米。

　　10GBase-T的早期版本成本高、功耗大，服務器網(wǎng)卡成本超過500美元，而且只符合PCI Express(PCIe)擴展卡每個插槽25W的規(guī)范。

　　全新芯片

　　Teranetics公司的營銷副總裁Kamal Dalmia認為，即將上市的新芯片有望起到重大作用: 可以把成本和功耗降低一半。該公司最近開始抽樣測試雙端口10GBase-T PHY(物理層，即收發(fā)器芯片); 公司聲稱每個端口只有6W功耗。

　　其他開發(fā)商也宣布了功耗較低的物理層，準備今年底明年年初交付，包括Aquantia、博通(Broadcom)和Solarflare，它們都將與速率較低的以太網(wǎng)版本實現(xiàn)后向兼容，所以萬兆交換機和網(wǎng)卡都能在現(xiàn)有網(wǎng)絡上使用。

　　Dalmia說: “一條經(jīng)驗法則是，如果成本達到現(xiàn)有產(chǎn)品的三倍，下一代以太網(wǎng)速率會變得很誘人; 如今的千兆產(chǎn)品為每個端口100美元。我預計萬兆端口的成本為250到300美元，而第一代產(chǎn)品的成本為500美元。”

　　他表示，即將上市的新物理層給交換機帶來的好處會最大。他補充說: “關(guān)鍵因素在于，能夠生產(chǎn)出48端口的1U交換機，因為影響交換機密度的有兩個主要因素: 功率和芯片的物理尺寸。”

　　他進一步解釋，可以把最多48個RJ45接口插入到寬度為19英寸的交換機上，但如果把物理層做到背面電路板上，它們就得列成多排。該物理層允許28個端口只列成兩排——要是超過兩排，到前面板的距離就會太長，以至于無法滿足波形方面的IEEE規(guī)范，信號就會出現(xiàn)失真。

　　Dalmia認為，功耗較低意味著一只24個端口的萬兆交換機可能總共只需要500W。聽上去功耗蠻大，卻能提供與10只24個端口千兆以太網(wǎng)交換機一樣的交換帶寬，而每只千兆交換機可能需要150W——所以實際上節(jié)省了三分之二的功耗。

　　與Teranetics競爭的芯片開發(fā)商SolarFlare公司補充說，這新一代的物理層還將包括節(jié)能模式: 這樣如果不需要全部帶寬，功耗會降低; 另外還支持局域網(wǎng)喚醒(wake-on-LAN)功能。

　　不過，這個行業(yè)的其他廠商顯得謹小慎微。Vik Karvat是設計控制器芯片和智能網(wǎng)絡適配器的NetXen公司的營銷主管，他說: “大家都在開發(fā)功耗為6W的解決方案，但實際功耗是不是6W、何時交付到交換機當中仍需拭目以待。推出功耗為12W的這一代產(chǎn)品用了兩到三年的時間——推出交換機的還得是有一定信譽度的廠商。”

　　解決散熱問題的一種可能辦法就是CX4的后續(xù)版本，名為SFP+ Direct Attach的短距離銅纜方案。它更細薄、更容易安裝、功耗也更低; 還有一個優(yōu)點就是采用了SFP+格式參數(shù)，所以交換機可以用SFP+板端連接器來制造; 還可以根據(jù)需要，裝上短距離銅纜收發(fā)器或者遠距離光纖收發(fā)器。

　　Karvat說: “10GBase-T物理層非常昂貴，功耗也極大。因而，出現(xiàn)了各種物理層，包括來自SFP+光纖領域的直接連接銅纜。這是采用1條傳輸通道的銅纜，而不是像CX4那樣采用4條傳輸通道，所以布線更容易、更省錢，而且更加密集。”

　　他補充說，這樣會使萬兆交換機制造起來比較容易。“Teranetics和Solarflare的產(chǎn)品都是每個端口6W，而SFP+銅纜端口只有1W。12W解決方案不可能用于交換機; 6W難度極大，而1W很適合。CX4用戶絕對沒有理由遷移到直接連接銅纜。CX4和直接連接銅纜兩者加起來就滿足了室內(nèi)市場80%的需求。”

　　Jag Bolaria贊同這一觀點，他說: “SFP+銅纜的發(fā)展勢頭似乎很迅猛。但標準仍在制訂當中——比如傳輸距離應當是3米還是10米?如果是3米，你開發(fā)的設備就不需要任何復雜的均衡電路或者電子色散補償(EDC)電路。 我認為，結(jié)果可能會是10米; 但即便那樣，你其實看到的連接還是出現(xiàn)在服務器機架或者數(shù)據(jù)中心里面。”

　　功耗問題

　　Bolaria又說，10GBase-T最終會在降低功耗方面迎頭趕上，它提供的傳輸距離是SFP+直接連接銅纜的10倍。

　　他解釋: “千兆功耗先是7W，后來不到5W; 六七年過后就不到500mW了; 第一代萬兆物理層在10W左右; 第二代是5W到6W——現(xiàn)在正抽樣測試，早期產(chǎn)品會在明年交付; 第三代可能會在2W左右。”

　　Vik Karvat承認，與CX4一樣，SFP+銅纜也不是長期的解決辦法。他說: “最終市場會過渡到10GBase-T。6W會是很低的功耗，這個優(yōu)點足以讓它進入到交換機; 不過可能要到明年年底或后年年初才會上市。”

　　對NetXen及生產(chǎn)以太網(wǎng)控制器芯片的其他廠商的一大問題是: 由于兼容交換機還要18個月后才出現(xiàn)，現(xiàn)在很難說服服務器生產(chǎn)商開始集成10GBase-T物理層。就算它們與千兆或者快速以太網(wǎng)交換機向后兼容，成本與千兆物理層相比還是要高得多。

　　NetXen的解決辦法就是說服服務器廠商眼下采用新的多速率控制器芯片以及千兆物理層; 不過在主板上添加成本相對較低的連接件，那樣以后可以通過轉(zhuǎn)接卡(riser card)來添加萬兆物理層——無論是SFP+、CX4還是Base-T。

　　這種新芯片名為FlexLOM(主板上局域網(wǎng))，采用了四個千兆端口和兩個萬兆端口。Karvat說: “兩種端口使用同一塊芯片提高了生產(chǎn)產(chǎn)量。”他又說，不管怎樣，為一定速率的線路添加比特(即提高線路傳輸速率)不是控制器的任務。

　　他解釋: “我們始終不關(guān)心帶寬速率。我們的知識產(chǎn)權(quán)或者說獨有技術(shù)在于自定義CPU核心(metacore)的可編程性——在這種CPU核心里面，我們提供了帶寬分配及無狀態(tài)卸載等功能。這種芯片還最先為基于以太網(wǎng)的光纖通道(FCoE)提供了全部卸載機制。”

　　這一切引出了這個問題: 服務器能不能夠裝入兩條萬兆帶寬?Karvat表示，如果服務器是第一代PCI-Express(PCIe)系統(tǒng)帶寬不夠; 但8x(8條傳輸通道)第二代PCIe 2.0插槽應當能夠處理26Gbit/s(理論值為4GB/s)的速率，這就留下了剩余空間。

　　不過他提醒，要是網(wǎng)卡沒有卸載功能，服務器可能難以處理足夠的應用來生成這么大的流量。

　　代與代之間的差異

　　Jag Bolaria表示，由于所有上述原因，他預計與前幾代產(chǎn)品相比，萬兆以太網(wǎng)主要面向光纖，而不是面向服務器和PC的雙絞線介質(zhì)。

　　他說: “很多流量會來自交換機間鏈路——這不會像是流量來自網(wǎng)卡的10Mbps以太網(wǎng)，也不會像是網(wǎng)卡和物理層成本非常接近快速以太網(wǎng)的千兆以太網(wǎng)。”

　　“去年，思科開始把萬兆上行鏈路做到工作組級交換機上，比如支持24個千兆端口。兩條萬兆上行鏈路而不是四條千兆上行鏈路意味著可以大大緩解阻塞問題。”

　　他還對基于銅纜的萬兆很快就會嵌入到服務器抱有懷疑態(tài)度。考慮到服務器通常配有多塊冗余網(wǎng)卡，加上千兆的成本仍要比萬兆便宜得多，他認為: 聚合千兆以取代萬兆更有意義。

　　他得出這樣一個結(jié)論: “我認為，光纖會保持強勁勢頭。問題在于散熱——光學模塊現(xiàn)在功耗不到2W。”