400ZR：成功为下一代数据中心互连开启400G

随着大规模的云服务与数据中心存储和处理需求的日益增长，数据中心的系统变得越来越分散，因此，管理的难度也日益增加。除此之外，像人工智能（AI）等应用迫切地需要低延迟、高带宽的网络架构来处理服务器之间产生的大量机器至机器的输入/输出（I/O）需求。为确保这些应用得以实现，这些分布式数据中心之间的最大传输距离必须限制在100km左右。所以这些数据中心必须以集群的方式来连接。为了保证高带宽与高密度的数据中心的互联，400ZR应运而生。本文将着重为大家介绍400ZR的定义、影响以及发展趋势。

400ZR是什么？

400ZR（又名400G ZR）是由光互联网络论坛OIF (Optical Internetworking Forum) 定义的一种规范，该规范采用密集波分复用（DWDM）和高阶调制相结合的方案，可以在长达80km的数据中心互连（DCI）链路上传输400G。其目的是确保基于单载波400G长期而又稳定的实施。这种单载波使用复杂的偏振复用16级正交幅调制（DP-16QAM），其速率大约为60Gbaud。

400G ZR提出了一种独特而又先进的相干技术驱动大容量数据传输的解决方案，尺寸小巧、紧凑，可热插拔，可与400GE交换端口相匹配。虽然在IA（实施协议）中没有规定模块的外形尺寸，但光互联网络论坛OIF已经定义了该模块的尺寸规格以适应400G解决方案。除此之外，多源协议（MSA）机构已经定义了QSFP-DD和OSFP封装类型的光模块，这些光模块是可以互连的。也就是说，由于OIF和MSA是全行业的组织，所以推向市场的兼容400ZR方案也将具有互操作性。而400ZR解决方案的互操作性也带来了简化供应链管理和部署的双重好处。

可热插拔式相干400ZR方案仅支持400G以太网的互连和多厂商之间的网络互通。它并不适合传输距离超过80km的下一代400G城域网的传输。在这种情况下，提出了400ZR+（400G ZR+）标准，它有望根据覆盖要求和与已建立的城域网基础设施的兼容性来支持多种不同的信道容量，从而进一步提高模块化程度。

400ZR将带来什么样的影响？

虽然400ZR技术还处于起步阶段，一旦推广开来，将对很多行业产生重大影响，如以下三个行业：超大规模数据中心、分布式校园网与城域网和电信服务商。

400ZR帮助云计算和超大规模数据中心适应日益增长的高带宽需求

数据中心互连和400ZR的发展可以帮助云计算和超大规模数据中心适应网络上不断增长的高带宽需求。它们可以应对云服务、物联网设备和流媒体视频等应用的指数级增长。随着时间的推移，400G ZR将为整个网络不断增长的应用和用户做出更大的贡献。

400ZR将支持分布式数据中心的互联互通

正如上文所提到的，400ZR技术将支持高带宽之间的互连，用来连接分布式的数据中心。通过这种连接方式，分布式数据中心可以相互通信，共享数据，平衡工作负载，提供备份，并在需要时扩大数据中心容量。

400ZR将允许电信公司回传住宅流量

400G ZR标准将允许电信公司回传住宅流量。当以200Gb/s的速度运行时，400ZR可以使用64Gbaud心里和QPSK调制方式来增加高损耗传输的范围。对于5G网络，400G ZR可通过聚合多个25Gb/s链路来提供移动回程，更有助于促进新兴的5G网络的市场与应用范围的扩大。

400ZR+/400ZR-将在400ZR的基础上提供更多的便利

400ZR除了具有与其它模块的可互操性之外，预计还会支持其它的操作模式，以增加可寻址应用的范围，这些操作模式被称为400ZR+和400ZR-。“+”表示模块的功耗超过了IA和一些可插拔设备所要求的15W的功耗，使模块能够使用更强大的信号处理技术在数百公里的距离上进行传输。“-”表示该模块可以支持300G、200G、100G等低速率模式，为网络运营商提供更多的灵活性与便利性。

400ZR的热度将会持续多久？

据2019年OFC首席技术官介绍，预计在2020年OFC上可能会看到400ZR的产品样本。而在2019年的OFC数据中心峰会上，谷歌、微软等行业巨头都宣称将在未来两年内部署400ZR。

更重要的是，在2021-2024年，400ZR技术的发展，将会带来大量光模块的需求。下图是市场上高速率（100G以上）和低速率（100G以下）DWDM光模块的销量情况。从表中我们可以看出，2021-2024年，应用于云计算或者大型数据中心互连的光模块呈增长趋势。也就是说，从2021年开始，400ZR将引领光模块的需求不断增长。

此外，随着2021年第一个100Gbps的串行器/解串器在交换芯片中的实现，在未来1-2年内，光接口所需的传输速率将转向800Gbps。在不改变光模块封装类型的情况下，OSFP的外形尺寸已经被定义为可以支持8x100GE的速率。与此同时，线路侧的相干光学器件也将在同样的时间内过渡到支持128GBaud 16QAM的调制方式，这使得从目前的400ZR向下一代800ZR的升级变得容易。因此，无论在当前还是未来的网络发展中，400ZR都是至关重要的。