200G vs 400G：誰是數據中心網絡下一站？

互聯網聯接全球 40 億多用戶，支撐著VR/AR、16K視頻、自動駕駛、人工智能、5G、物聯網等層出不窮的數字化應用。教育、醫療、辦公等用戶線上與線下的結合，正在影響和改變人們生活的方方面面。

數據中心網絡，作為互聯網業務賴以生存和發展的基礎設施，早已從最初的千兆、萬兆網絡，走到了“25G接入+100G互聯”規模部署的階段。

“25G接入+100G互聯”的架構下，數據中心網絡通過三級組網實現大規模接入，單集群服務器規模可以超過10萬臺。

如下圖所示，基于T1和T2層的Pod可以像樂高積木一樣靈活擴展，按需建設。

隨著大容量轉發芯片的能力提升以及100G光互聯成本的降低，市場上出現了單芯片交換機設備構建100G互聯的全盒式設備組網方案。這種單芯片多平面的互聯方案，以12.8T芯片為典型代表，單芯片可提供128x100G的端口密度，單個POD可提供2000臺服務器的接入能力。

圖2：典型128口100GE高密盒式交換機

全盒式設備組網方案，相對傳統框盒設備方案，雖然網絡節點數量和設備間的光互聯模塊數量有所增加，帶來了運維工作量的增長，但因引入了高性能轉發芯片，有效降低了數據中心網絡端口的單比特成本，對大型互聯網企業吸引力很強。大型互聯網企業一方面快速引入100G全盒架構，以降低網絡建設成本，另一方面基于自身較強的研發能力，提升網絡自動化部署和維護水平來應對運維工作量增長挑戰。

因此，大型互聯網企業對于100G網絡方案思路趨同，全盒設備組網成為100GE網絡架構演進的基座。

25G接入+100G互聯網絡方案促成芯片選型的統一和快速上量，充分說明了技術紅利驅動了IDC網絡架構的快速演進。隨著單芯片網絡產品的推出，100G代際的技術紅利也已經得到了完全的獲取。

在當前業務持續快速發展的背景下，帶寬升級成為必然。一個選擇題擺到了企業面前：選200G還是400G？

網絡從來都不是孤立的存在，產業的環境是決定技術是否能夠成長、成熟的大土壤。

我們先從網絡標準、服務器和光模塊三方面審視下200G和400G的產業現狀。

200G vs 400G標準：協議標準均已成熟

在IEEE 協議標準演進過程中，200G標準啟動晚于400G標準。

IEEE 802.3以太網工作組（Working Group）在完成BWA I（Bandwidth Assessment I）項目調研后，于2013年立項制定400G標準。2015年，為了進一步擴展市場范圍納入50G服務器和200G交換機規格，IEEE成立802.3cd項目，啟動制定200G標準。

因200G與400G規格具備相關性， 200G單模規格最終納入了802.3bs項目。屆時，400G已經基本完成PCS、PMA、PMD的主要設計，200G單模規格總體上是基于400G單模規格減半制定。

2017年12月6日，IEEE 802最終批準IEEE 802.3bs 400G以太標準規范，包含400G以太和200G以太單模，標準正式發布。IEEE 802.3cd 定義了200G以太多模的標準，于2018年12月正式發布。

如下表所見，400G已實現全場景的標準支持，包括100m、500m、2km和長距80km。

50G vs 100G服務器：100G服務器將會成為主流

圖4：分析師機構對網卡和服務器的發貨趨勢預測

根據分析師機構CREHAN的預測，截止2019年，50G和100G網卡都已經啟動發貨。25G網卡的下一代升級選擇上，整個產業在2018和2019年存在著搖擺。2019年50G和100G服務器發貨量產生了逆轉，但2020年后100G服務器的勢頭全面超越了50G服務器，產業又開始對100G服務器充滿信心。

從CPU芯片來看，兩家主流廠商I廠和A廠都陸續推出了新的產品路標。I廠支持PCIe 4.0的芯片將于2020年Q3推出，主流I/O達到50G，高端應用時IO達到100G/200G。兩家巨頭預計將在2021年H1分別推出支持PCIe5.0的芯片，再次將主流I/O提高到100G，高端應用時IO可達到400G【1】。

因此，CPU芯片節奏和服務器發貨預測均顯示出50G曇花一現，100G服務器正快速成為主流。 

200G vs 400G光模塊：400G成本更優，產業更成熟

數據中心接入服務器從25G向100G演進，那么當前的100G互聯網絡應該選擇200G還是400G呢？

從上表可以看出，當數據中心從10G服務器演進到25G，網絡互聯從40G升級到100G，網絡帶寬增長一倍，但互聯成本、功耗卻保持不變，即Gbit互聯成本與功耗下降一半。所以100GE取代40GE成為25GE時代的主流網絡互聯方案。

200GE和400GE光模塊與以往有點不同。傳統光模塊采用NRZ（Non-Return-to-Zero)的信號傳輸技術，采用高、低兩種信號電平表示數字邏輯信號的0、1，每個時鐘周期可以傳輸1bit的邏輯信息。而200G和400G光模塊皆采用了高階調制技術——PAM4（Pulse Amplitude Modulation 4四階脈沖幅度調制）。PAM4信號采用4個不同的信號電平進行信號傳輸，每個時鐘周期可以傳輸2bit的邏輯信息，即00、01、10、11。

因此，在同樣波特率條件下，PAM4信號比特速率是NRZ信號的2倍，傳輸效率提高一倍，有效降低Gbit成本。從光模塊構成看，200G和400G模塊都是采用4-lane的主流架構，所以模塊設計成本、功耗趨同。

因為400G模塊的帶寬是200G的兩倍，所以Gbit成本和功耗是200G的一半。

另一方面，模塊成本除了架構設計，也取決于規模上量的規模。根據第三方咨詢公司Omdia (原OVUM)的發貨數據， 對TOP8供應商當前在200G、400G模塊的布局梳理如下。

如上圖所示，200G的模塊種類只有100m SR4和2km FR4兩種，其中100m SR4只有兩家供應商。反觀400G的模塊種類達到了5種，TOP8廠商皆對100m、500m和2km模塊進行了布局。400G的產業成熟度遠勝于200G，客戶的選擇也更為豐富。

這一分析結果也進一步說明了由于PAM4技術的引入，存在成本和功耗的技術代價。對在成本、功耗敏感的數據中心網絡領域，產業迫切期望跨過200G邁入400G來吸納這個代價。采用同樣技術和成本構成的400G在演進方面更具競爭力。

小結：400G接檔勢頭明顯，200G一代或將跳過

數據中心網絡是服務于業務的存在。從業務驅動上看，高速增長的數字化建設將推動100G服務器在2020年快速起量，并成為主流。從成本上看，由于數據中心光器件成本占整個數據中心網絡設備成本的一半以上，由于PAM4技術的引入，400G光器件單Bit成本比200G光模塊更具優勢，光模塊部署成本將直接帶動整個整體建網成本的下降。

從總體上看，400G接檔勢頭明顯，200G代際或成為臨時過渡或被直接跳過。