Ethernet: этапы развития и прогнозы

[Ippolitovich]

Рынок коммутаторов Ethernet довольно предсказуем. За последнее десятилетие образовалось своеобразное правило: десятикратное увеличение скорости при трёхкратном росте цены. Однако это правило споткнулось на отметке 100 Гбит/с — на момент появления решений, способных работать с такими скоростями, они оказались слишком дорогими, и большинство клиентов решили придерживаться более доступного стандарта 40 Гбит/с. Сегодня 100 Гбит/с понемногу становится сравнительно доступным решением, но, похоже, этот стандарт уже опоздал: объёмы хранения данных и требования к пропускной способности сетей растут быстрее нежели производительность реальных сетевых устройств.

Стандарт Gigabit Ethernet появился в 1998 году, следующая итерация — 10GbE увидела свет в 2002 году. Этот стандарт был быстро принят владельцами серверных центров, СХД и ЦОД. Но переход на 100 Гбит/с в течение обычных 3‒4 лет не состоялся. Произошло это потому, что разработчики вовремя не справились с разработкой сигнальных линий со скоростью передачи 25 Гбит/с, и производители серверного оборудования вместо этого взяли за основу линии со скоростью 10 Гбит/с и создали стандарт 40 Гбит/с, который был принят крупными клиентами просто потому, что потребности в таких скоростях уже назрели, а стандарт 100 Гбит/с задерживался. Но применение линий с пропускной способностью 25 Гбит/с выгоднее в плане эффективности использования имеющихся ресурсов и даже в количестве доступных портов в пересчёте на коммутатор.

Таблица, опубликованная Alcatel‒Lucent, это подтверждает. Подсчитано, что с использованием сигнальных линий стандарта 25 Гбит/с для соединения 100 тысяч серверов потребуется 1042 коммутатора (3,2 Тбайт, 96 портов 25 Гбит/с, 8 портов 100 Гбит/с). Скорость, будет не столь быстрой как в системах класса 40G, но для увеличения сетевой пропускной способности до 50 Гбит/с потребуется всего 2084 коммутатора, в то время как аналогичный по вместимости ЦОД на базе технологий 40G потребует 3572 коммутатора, каждый из которых, к тому же, будет загружен не полностью. Но здесь стоит поговорить о будущем. Вычислительные мощности растут, растут объёмы хранимых данных, а значит, и 100 Гбит/с — не предел. Прогнозы 2007 года в 2017-м выглядят довольно забавно: в 2013-м мы должны были получить 400 Гбит/с, а в 2015 году — уже 1 Тбит/с.

В 2012 году прогнозы несколько изменились. IEEE Ethernet Working Group опубликовала любопытный график, из которого следует, что скорость 1 Тбит/с потребуется крупным ЦОД в 2015 году, а в 2020-м появятся сетевые устройства с производительностью 10 Тбит/с. 2015 год уже миновал. У нас нет оборудования класса 400 Гбит/с, а тем более — класса 1 Тбит/с. Но в целом, отставание роста пропускной способности сетей от вычислительных мощностей ЦОД пройдено — теперь сетевые технологии вновь развиваются быстрее. Пропускная способность сетевых ASIC, используемых в коммутаторах, удваивается примерно каждые 18 месяцев, однако, её рост сдерживается технологическими причинами, например, размером чипов. Для соответствия закону Мура от производителей таких ASIC потребуется переход на сигнальные линии 50 Гбит/с примерно в 2018 году и дальнейшее их развитие до скорости 100 Гбит/с к 2020 году. А это означает создание чипов с совокупной пропускной способностью 25,6 Тбит/с.

Ближайшее будущее Ethernet с учётом прогресса в пропускной способности сигнальных линий

Ожидается, что классического десятикратного скачка не произойдёт — то есть, решений с 10 линиями 100 Гбит/с в 2020 году мы не увидим. Скорее, будут заполняться лакуны (1x, 4x и 8x). На вышеприведённой диаграмме хорошо видно, что, играя с количеством сигнальных линий, будет нетрудно получить скорости 200, 400 и даже 800 Гбит/с. Такой выбор позволит оптимизировать стоимость сетевой инфраструктуры новых ЦОД, кластеров и суперкомпьютеров. Скорости порядка 800 Гбит/с и, вероятно, 1,6 Тбит/с получат применение в районе 2020 года или позднее. С учётом развития полупроводниковых технологий, новые прогнозы и карты развития стандарта Ethernet будут опубликованы в следующем году.