万兆以太网: 功耗使铜缆受挫

　　要说万兆以太网有什么特点，那就是它具有多重性。作为一项主干网络技术，基于光纤的万兆(10G over fibre)已经确立了牢固地位; 但在过去几十年，推动使用和销售双双大幅增长的却是铜缆以太网(Ethernet over copper)，特别是类似电话线的双绞线电缆。

　　虽说基于双绞线的万兆技术变得成本更低、功耗更小，但果真会足够便宜吗?就算足够便宜了，多久之后服务器生产商融入这项技术才有意义呢?

　　Linley集团的高级分析师Jag Bolaria说: “迄今为止交付的万兆产品大多采用光纤。我们认为2007年市场上交付的交换机端口约为70万个; 今年有望增至大约120万个到130万个。不过客观地比较一下，万兆端口超过1亿个; 快速以太网端口更是超过了2亿个。”

　　问题在于，光纤成本实在太高了，取代千兆到服务器或者桌面并不现实。基于铜缆的万兆以太网有望胜任后一种角色，但仍然欠成熟——CX4是个例外，这项短距离(最远15米)技术使用相对较粗的线缆。

　　被网络设备供应商寄予厚望的是10GBase-T，这项标准针对的是基于屏蔽或非屏蔽双绞线(STP/UTP)铜缆的万兆技术。它允许通过6类线实现万兆速率，传输距离最远达到100米。

　　10GBase-T的早期版本成本高、功耗大，服务器网卡成本超过500美元，而且只符合PCI Express(PCIe)扩展卡每个插槽25W的规范。

　　全新芯片

　　Teranetics公司的营销副总裁Kamal Dalmia认为，即将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。该公司最近开始抽样测试双端口10GBase-T PHY(物理层，即收发器芯片); 公司声称每个端口只有6W功耗。

　　其他开发商也宣布了功耗较低的物理层，准备今年底明年年初交付，包括Aquantia、博通(Broadcom)和Solarflare，它们都将与速率较低的以太网版本实现后向兼容，所以万兆交换机和网卡都能在现有网络上使用。

　　Dalmia说: “一条经验法则是，如果成本达到现有产品的三倍，下一代以太网速率会变得很诱人; 如今的千兆产品为每个端口100美元。我预计万兆端口的成本为250到300美元，而第一代产品的成本为500美元。”

　　他表示，即将上市的新物理层给交换机带来的好处会最大。他补充说: “关键因素在于，能够生产出48端口的1U交换机，因为影响交换机密度的有两个主要因素: 功率和芯片的物理尺寸。”

　　他进一步解释，可以把最多48个RJ45接口插入到宽度为19英寸的交换机上，但如果把物理层做到背面电路板上，它们就得列成多排。该物理层允许28个端口只列成两排——要是超过两排，到前面板的距离就会太长，以至于无法满足波形方面的IEEE规范，信号就会出现失真。

　　Dalmia认为，功耗较低意味着一只24个端口的万兆交换机可能总共只需要500W。听上去功耗蛮大，却能提供与10只24个端口千兆以太网交换机一样的交换带宽，而每只千兆交换机可能需要150W——所以实际上节省了三分之二的功耗。

　　与Teranetics竞争的芯片开发商SolarFlare公司补充说，这新一代的物理层还将包括节能模式: 这样如果不需要全部带宽，功耗会降低; 另外还支持局域网唤醒(wake-on-LAN)功能。

　　不过，这个行业的其他厂商显得谨小慎微。Vik Karvat是设计控制器芯片和智能网络适配器的NetXen公司的营销主管，他说: “大家都在开发功耗为6W的解决方案，但实际功耗是不是6W、何时交付到交换机当中仍需拭目以待。推出功耗为12W的这一代产品用了两到三年的时间——推出交换机的还得是有一定信誉度的厂商。”

　　解决散热问题的一种可能办法就是CX4的后续版本，名为SFP+ Direct Attach的短距离铜缆方案。它更细薄、更容易安装、功耗也更低; 还有一个优点就是采用了SFP+格式参数，所以交换机可以用SFP+板端连接器来制造; 还可以根据需要，装上短距离铜缆收发器或者远距离光纤收发器。

　　Karvat说: “10GBase-T物理层非常昂贵，功耗也极大。因而，出现了各种物理层，包括来自SFP+光纤领域的直接连接铜缆。这是采用1条传输通道的铜缆，而不是像CX4那样采用4条传输通道，所以布线更容易、更省钱，而且更加密集。”

　　他补充说，这样会使万兆交换机制造起来比较容易。“Teranetics和Solarflare的产品都是每个端口6W，而SFP+铜缆端口只有1W。12W解决方案不可能用于交换机; 6W难度极大，而1W很适合。CX4用户绝对没有理由迁移到直接连接铜缆。CX4和直接连接铜缆两者加起来就满足了室内市场80%的需求。”

　　Jag Bolaria赞同这一观点，他说: “SFP+铜缆的发展势头似乎很迅猛。但标准仍在制订当中——比如传输距离应当是3米还是10米?如果是3米，你开发的设备就不需要任何复杂的均衡电路或者电子色散补偿(EDC)电路。 我认为，结果可能会是10米; 但即便那样，你其实看到的连接还是出现在服务器机架或者数据中心里面。”

　　功耗问题

　　Bolaria又说，10GBase-T最终会在降低功耗方面迎头赶上，它提供的传输距离是SFP+直接连接铜缆的10倍。

　　他解释: “千兆功耗先是7W，后来不到5W; 六七年过后就不到500mW了; 第一代万兆物理层在10W左右; 第二代是5W到6W——现在正抽样测试，早期产品会在明年交付; 第三代可能会在2W左右。”

　　Vik Karvat承认，与CX4一样，SFP+铜缆也不是长期的解决办法。他说: “最终市场会过渡到10GBase-T。6W会是很低的功耗，这个优点足以让它进入到交换机; 不过可能要到明年年底或后年年初才会上市。”

　　对NetXen及生产以太网控制器芯片的其他厂商的一大问题是: 由于兼容交换机还要18个月后才出现，现在很难说服服务器生产商开始集成10GBase-T物理层。就算它们与千兆或者快速以太网交换机向后兼容，成本与千兆物理层相比还是要高得多。

　　NetXen的解决办法就是说服服务器厂商眼下采用新的多速率控制器芯片以及千兆物理层; 不过在主板上添加成本相对较低的连接件，那样以后可以通过转接卡(riser card)来添加万兆物理层——无论是SFP+、CX4还是Base-T。

　　这种新芯片名为FlexLOM(主板上局域网)，采用了四个千兆端口和两个万兆端口。Karvat说: “两种端口使用同一块芯片提高了生产产量。”他又说，不管怎样，为一定速率的线路添加比特(即提高线路传输速率)不是控制器的任务。

　　他解释: “我们始终不关心带宽速率。我们的知识产权或者说独有技术在于自定义CPU核心(metacore)的可编程性——在这种CPU核心里面，我们提供了带宽分配及无状态卸载等功能。这种芯片还最先为基于以太网的光纤通道(FCoE)提供了全部卸载机制。”

　　这一切引出了这个问题: 服务器能不能够装入两条万兆带宽?Karvat表示，如果服务器是第一代PCI-Express(PCIe)系统带宽不够; 但8x(8条传输通道)第二代PCIe 2.0插槽应当能够处理26Gbit/s(理论值为4GB/s)的速率，这就留下了剩余空间。

　　不过他提醒，要是网卡没有卸载功能，服务器可能难以处理足够的应用来生成这么大的流量。

　　代与代之间的差异

　　Jag Bolaria表示，由于所有上述原因，他预计与前几代产品相比，万兆以太网主要面向光纤，而不是面向服务器和PC的双绞线介质。

　　他说: “很多流量会来自交换机间链路——这不会像是流量来自网卡的10Mbps以太网，也不会像是网卡和物理层成本非常接近快速以太网的千兆以太网。”

　　“去年，思科开始把万兆上行链路做到工作组级交换机上，比如支持24个千兆端口。两条万兆上行链路而不是四条千兆上行链路意味着可以大大缓解阻塞问题。”

　　他还对基于铜缆的万兆很快就会嵌入到服务器抱有怀疑态度。考虑到服务器通常配有多块冗余网卡，加上千兆的成本仍要比万兆便宜得多，他认为: 聚合千兆以取代万兆更有意义。

　　他得出这样一个结论: “我认为，光纤会保持强劲势头。问题在于散热——光学模块现在功耗不到2W。”