Das Ethernet mit Bandbreiten von 40 und 100 Gigabit pro Sekunde im Detail

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Standardisierung 2010, Nutzung 2009

Nach Genehmigung des PARs wurde aus der entsprechenden Studiengruppe das Gremium IEEE 802.3ba. Zieldatum für die Fertigstellung des Standards ist Mai 2010. Wesentliche Teile werden aber in 2009 schon vorliegen, weil der Bedarf vor allem bei Providern bereits heute erdrückend ist und es keine wirklichen technischen Probleme gibt, wie bereits durchgeführte Machbarkeitsstudien gezeigt haben.

Die Unterteilung der Funktionsebenen ist identisch zu den Standards zu 10 GbE. Interessant sich jedoch die Möglichkeiten zur Benutzung von MMF.

Das Ziel lautet, wenigstens Datenwege von 100 m auf OM3 MMF für 40 und 100 GbE möglich zu machen. Die Lösung: parallele Fasern, ungefähr 10 GbE pro Faser, angesteuert durch ein VCSEL-Array bei 850 nm. Dies erfordert eine Kombination von existierender linearer 10 GbE-Technologie und existierender paralleler 12 X 2,7G oder (4+4) X 2,5G-Technologie. Beide funktionieren gut und sind preiswert. Betrachtete Alternativen sind 10X (4X) 10,3 Gbaud (64/66), 12 X 10 Gbaud (8B/10B) oder WDM z.B. mit zwei Wellenlängen zur Kostenreduktion bei den Kabeln. Vorteile sind geringer Leistungsbedarf, ca. 1,5 W für 40, 3W für 100 GbE, kompakte Bauform und geringe Kosten.

Nachteil der Konstruktion ist, dass zur Datenübertragung mehrere parallele Fasern benötigt werden. Ist dies bei 40 GbE mit 2 oder 4 Fasern noch zu verkraften, werden bei 100 GbE mit 5 oder sogar 10 parallelen Fasern schon ziemlich viele Stränge fällig.

Allerdings setzt man auf bewährte Technik. Eine frühe Demonstration von IBM und Picolight auf der OFC 2003 mit 12 X 10 Gbps zeigte schon damals die Möglichkeiten auf. Mittlerweile sind VCSEL-Arrays längst Stand der Technik, auch in vielen anderen Anwendungsbereichen wie dem Flugzeugbau. Die Verschleißzeit hängt von der Uniformität der Komponenten im Array ab. Ein 4er Array lebt insgesamt ca. 3/4 der Zeit eines einzelnen VCSEL, ein 12er Array lebt insgesamt ca. die halbe Zeit eines einzelnen VCSEL. Praktisch alle zufälligen Fehler sind durch ein Burn-in eliminiert.

Bei Überspannung verenden Arrays mit 1, 4 oder 12 VCSELs gleichermaßen. Aber: man benötigt kein hermetisches Packaging, weil die VCSELs sehr unempfindlich gegenüber härteren Bedingungen sind, also z.B. 85 Grad Betriebstemperatur bei 85 Prozent Luftfeuchtigkeit machen ihnen praktisch nichts aus. So können auch die kompakten SFP+ Formfaktoren von 10 GbE problemlos übernommen werden.

Die Kosten der VCSELs machen nur ein Bruchteil der Gesamtkosten für einen Transceiver aus. Im Grunde genommen gewinnt man sogar, wenn man auf größere Arrays setzt, denn der unbenutzte Rest des Wafers kommt ins Recycling.

Das Highend der 40/100 GbE-Standardisierung sind jedoch die Single Mode Varianten:

• 10 X 10G DML 10 km und 40 km 1550 nm
• 10 X 10G EAML 10 km und 40 km 1550 nm
• 4 X 25G / 5X 20G DML 10 km und 40 km 1310 nm
• 4 X 25G / 5X 20G EAML 10 km und 40 km 1310 nm
• 2 X 50G DQPSK MZML 10 km 1310 nm und 40 km 1550 nm
• 1 X 100G NRZ MZML 10km 1310 nm und 40 km 1550 nm

wobei DML: direkt modulierter Laser, EAML: Laser mit Elektroabsorptionsmodulation,

MZML: Laser mit Mach-Zehnder Interferometer Modulator, DQPSK: Differentielle Quadratur-Phasenmodulation und NRZ: No-return-to Zero Modulation bedeuten.

Die Technik ist verfügbar und klar, die Aufgabe der Standardisierung besteht damit eigentlich nur noch in einer gewissen Ausdünnung der Varianten. Aus diesem Grund ist auch damit zu rechnen, dass der Standard wenn überhaupt nur mit geringer Verzögerung verabschiedet werden kann.

Über den Autor

Dr. Franz-Joachim Kauffels ist seit mehr als 25 Jahren als unabhängiger Unternehmensberater, Autor und Referent im Bereich Netzwerke selbständig tätig. Mit über 15 Fachbüchern in ca. 60 Auflagen und Ausgaben, mehr als 1.200 Fachartikeln sowie unzähligen Vorträgen ist er ein fester und oftmals unbequemer Bestandteil der deutschsprachigen Netzwerkszene, immer auf der Suche nach dem größten Nutzen neuer Technologien für die Anwender.

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