【從25Gb邁向100Gb與400Gb規格】乙太網路的世代交替

以Google與微軟為首，加上Arista Networks、Broadcom與Mellanox等網通廠商，在2014年7月初，組成25Gb乙太網路聯盟（25 Gigabit Ethernet Consortium），改變了乙太網路的發展進程。

在10年前，一般認為乙太網路的升級路徑，是從1Gb開始，沿著10Gb—40Gb—100Gb的路線進行，然而自從5年前25Gb乙太網路聯盟誕生後，新的25Gb規格短時間內便站穩腳步，進一步以此延伸發展出新的50Gb、100Gb與400Gb規格，也讓乙太網路的升級路徑，成為10Gb—25/50Gb—100Gb—400Gb。

到了今日，資料中心的網路架構已大不同於5年前。

在伺服器端，10Gb早已成為主流，並開始轉往25Gb；在交換器方面，100Gb也已經相當成熟，作為上行/骨幹網路（Uplink/Spine）的傳輸通道，取代40Gb的角色，而新一代的400Gb規格產品也已經開始出貨，頻寬規格的升級速度明顯越來越快。

【乙太網路的傳輸速度發展】在雲端服務基礎建設需求的推動下，乙太網路的規格更新，在2010年代以後變得十分頻繁。

而2015年標準化的25Gb與50Gb規格，是推動新一代乙太網路發展的起點，新的100Gb（25Gb×4或50Gb×2）、200Gb（25Gb×8或50Gb×4）與400Gb（25Gb×16或50Gb×8）規格，都是由此發展而來。

接下來預訂於2021年完成的單線100Gb規格，預期將會成為下一波乙太網路發展的新起點，可由此發展出成本更低的200Gb、400Gb，以至800Gb以上的新規格。（圖片、資料來源／Synopsys）

主流乙太網路規格的世代交替

當前各市調公司的乙太網路應用報告，都指出了共同的趨勢：資料中心乙太網路的主流規格，已從2010年代中期的10Gb與40Gb，轉移到25Gb與100Gb。

關鍵轉折點發生在2017年後期，2014年問世、2015年推出首批產品的25Gb規格，僅僅花了兩年的時間，便超越了原有的40Gb規格產品。25Gb除了作為10Gb規格的接班人，為伺服器提供更大的傳輸頻寬外，還提供了基於25Gb「4線化」而成、成本更低的新一代100Gb規格，讓100Gb乙太網路在2017年後大幅成長，迅速成為主流規格之一。

25/50Gb規格引領新世代乙太網路的發展

在這一輪乙太網路的技術規格發展，25Gb的出現是重大關鍵，不僅提高了伺服器端的傳輸頻寬，更重要的是，透過25Gb與多線（Multi-lane）技術的結合，建立了通往100Gb以上超高速網路的便利途徑。

事實上，25Gb規格的制訂，正是以便於擴展到100Gb以上頻寬為目的。因為，25Gb其實就是將100Gb頻寬拆成1/4，反過來，若將25Gb「4線化」或「4通道化」，就是100Gb。比起早先由10Gb「10線化」而成的100Gb規格（802.3ba），基於25Gb「4線化」的100Gb規格，成本明顯低了許多，促成100Gb以上規格加速發展。

而IEEE先後在802.3by與802.3bj協定中，予以25Gb規格標準化以後，也接著著手制定單線50Gb的新規格802.3cd。然而，50Gb本身不像25Gb那樣普及，卻是擴展到更高頻寬的重要橋樑，能以更簡單的架構，實現200Gb與400Gb的網路頻寬。

接下來，為了跨越到400Gb等級以上頻寬，IEEE已發布了單線100Gb的新規格，802.3ck小組也正在發展一系列基於單線100Gb架構的新標準，將會成為下一波乙太網路發展的新起點，可更簡便地提供400Gb頻寬。

驅動乙太網路發展的新動力

乙太網路誕生至今不過40年，從早期的10Mb推進到10Gb，耗費了超過20年，但接下來，從10Gb發展到40Gb/100Gb只花了10年，然後僅僅過了6、7年，就推進到400Gb規格。

驅動乙太網路加速發展的動力，是全球資訊網（WWW）的興起。在全球資訊網出現之前的20年間，乙太網路的速度增長，大約是每10年左右提高一個量級，如1980～1990年代初期的20多年間，通行的規格為10Mb，直到1993年才轉為100Mb。

但是，從全球資訊網興起後的1990年代，只需5年左右時間，乙太網路的速度就能更新一代，如1998年誕生了1Gb規格，接著，在10Gb便在2002年問世，然後，到了2011年，又出現了40Gb/100Gb規格。

接下來，到了2010年是另一個重要轉折點，因為，架構在全球資訊網上的雲端服務，以及支撐雲端服務的超大規模資料中心，從此時開始蓬勃發展。

而這樣的趨勢逐漸發酵，在2016～2017年間出現了重大變化——雲端服務供應商所購買的伺服器數量，與乙太網路交換器銷售份額，超過了一般企業。

也就是說，當前超過一半的新售伺服器與交換器，是部署在雲端與服務供應商的大型或超大規模資料中心內，連帶也促成了新一代乙太網路的急迫需求，這些公司體認到，唯有引進更高傳輸速度的乙太網路規格，才能讓大型或超大規模資料中心內的數千臺伺服器，有效率地互連與傳輸資料，這也讓雲端服務業者為驅動乙太網路發展的主要動力。

邁向1Tb等級頻寬的乙太網路

目前IEEE制定的乙太網路標準，最高只到400Gb，不過稍早乙太網路連盟（Ethernet Allianc）在其2018年版技術路線圖中，已經提出了800Gb與1.6Tb乙太網路的展望。

事實上，早在2010年時， Facebook工程師Donn Lee就曾表示，Facebook資料中心所當時就已經需要100Gb乙太網路，未來則需要1Tb乙太網路，預期1座Facebook資料中心將需要64條1Tb乙太網路作為骨幹通道。但就2010年當時，1Tb等級的乙太網路還遙不可及。時隔9年之後，目前的技術進展，已讓1Tb等級乙太網路露出曙光。

透過IEEE、100G Lambda MSA、Optical Internetworking Forum (OIF)等組織新發展的單線100Gb技術，透過聚合8條100Gb通道就能得到800Gb頻寬，而若採用10線或16線的聚合技術，便可望實現1Tb與1.6Tb乙太網路，將乙太網路推到Tb等級頻寬。

資料中心乙太網路主流規格的變化趨勢

在2016年以前，10Gb與40Gb規格仍是乙太網路交換器出貨的主流，不過，在2016～2017年之間，25Gb與100Gb規格的份額開始迅速成長，逐漸超越10Gb與40Gb規格，進而在2018～2019年以後，完成從10/40Gb到25/100Gb的世代交替。資料來源：650 Group Long Term Ethernet Switch Forecast，2017年12月

超大型資料中心成為乙太網路發展主要驅動力

從上兩圖可以看出，隨著雲端服務在2010年代初期的興起，支撐雲端服務的超大規模資料中心迅速增加，雲端服務業者購買的伺服器與乙太網路交換器比重，也迅速提高，並在2016～2017年間超過一般企業，一半以上的新售伺服器與交換器，是部署在雲端業者的大型或超大規模資料中心，由此也帶來對於新一代超高速乙太網路的急迫需求，進而讓雲端業者的基礎建設需求，成為促進乙太網路發展的主要推動力。資料來源：Dell’Oro，2017年1月

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