以太网迈向16T

  自 1980 年首次发布 10M 一代以来，以太网路线图在四十年半的时间里经历了一些坎坷和坑洼。还记得 10 Gb/秒到 100 Gb/秒之间的漫长时间以及 40 Gb/秒之间的桥梁吗？两个代表我们第一次性能没有提升 10 倍？现在，我们大家常常看到 2 倍和 4 倍的跳跃，坦率地说，这种跳跃还不足以跟上 HPC 和 AI 等最先进的工作负载。但是，将性能提高一倍或四倍是很困难的，我们一定要在能轻松实现的时间和地点进行容量跳跃。

  以太网路线图跟踪了云、物联网 (IoT) 以及最近机器学习的兴起带来的数据爆炸，生成式人工智能为其提供了最新的推动力，我们大家都认为这是我们最大的推动力几十年来见过。鉴于此，现在 IT 领域的一切似乎都与“人工智能”相关也就不足为奇了，这与网络技术、然后是虚拟化、然后是云出现的趋势类似。

  然而，当谈到超大规模数据中心和硬件研发人员对更快、更节能的连接的需求时，人工智能正在成为推动需求迅速增加的驱动因素，Synopsys 高性能计算IP解决方案产品管理副总裁 Michael Posner 表示。

  “人工智能需要更加多的解决能力、更多的计算能力，但它也确实强调了互连，无论是数据中心单元之间从服务器到加速器的互连，还是到交换机或架顶式交换机的互连，”Posner表示。“这现在对数据中心连接构成了挑战。如今的超大规模企业正在通过扩展来应对这一挑战。他们正在利用现有的基础设施，并在此基础上构建新的数据中心，这显然是在平衡负载。据预测，这些数据中心将在大约六年内增长 3 倍。但这并不能解决一些基层挑战。”

  这些挑战尤其是功耗和延迟。我们很难相信这一点，但以太网交换机、适配器和电缆（包括重定时器和光学模块）约占数据中心功耗的 60%，这些数据中心容纳日益分散的架构，包括需要捆绑的服务器、存储和网络一起。所有这些都说明了围绕互连技术加速创新的必要性。如果超大规模企业接着使用相同的硬件进行扩展，这也代表着扩展其功耗配置。波斯纳说，需要新的硬件。

  这些是IEEE持续开发 1.6T 以太网背后的驱动因素。该标准预计将于 2026 年获得批准，但 IEEE 802.3dj 工作组将于今年完成一组基线功能。

  这就是 Synopsys 的用武之地。该公司为系统和芯片提供电子设计自动化 (EDA) 软件，本月早一点的时候报告称，季度收入同比增长 21%，达到近 16.5 亿美元。几周前，该公司斥资350 亿美元收购了 Ansys，该公司是用于对现实世界中的对象进行建模的 HPC 仿真软件的第一大供应商，这也是一家繁忙的公司。

  本周，Synopsys 推出了 1.6T 以太网 IP 包，这中间还包括多通道、多速率 MAC 和 PCS以太网控制器，支持高达 1.6 Tb/秒、224 Gb/秒的以太网 PHY 信令，可定制以支持芯片- 到芯片、芯片到模块、铜缆连接和加速验证。

  Synopsys 表示，该软件包解决了超大规模企业、云构建商及其互连合作伙伴面临的挑战。与现在的数据中心相比，集体 IP 经过模拟，可将整体以太网功耗减少一半，控制器将延迟减少 40%，面积减少高达 50%（这要归功于 Synopsys 在 IP 中的专利算法）。-速率 800 Gb/秒 IP 控制器。这些控制器确保向后兼容性，不仅支持 1.6 Tb/秒，还支持 200 Gb/秒、400 Gb/秒和 800 Gb/秒以太网，并且子系统可按照每个用户需求进行定制。

  “它如此受欢迎的原因是它是一项成熟的技术，”Posner说。“数据中心的互联互通都是基于它。我们现在需要额外的数据，因此利用 1.6T 以太网，您可以将链路带宽加倍。然后你需要仔细考虑如何实现这一目标。扩展数据中心并不能解决这一个问题。为了适应未来的扩展，您要换掉芯片。您需要更改底层架构。该以太网 IP 并非针对特定应用而定制。它并不是专为交换机或服务器而设计的。它是一种通用 1.6T 以太网解决方案，可以针对该应用进行配置和定制。”

  目标是在创新步伐加快的同时，为超大规模公司可以提供喘息空间，尤其是在预测性和生成式人工智能方面。很明显，数据中心必须继续以类似的频率进行改进才能跟上步伐。Posner 表示，1.6 Tb/秒以太网端口的引入能轻松实现这一点，至少目前是这样。它使当今大多数数据中心可用的带宽增加了一倍。考虑到数据生成的增长呈曲棍球棒趋势，这一点很重要。2020 年，创建、复制和消费的数据量达到 64.2 ZB；明年，这一个数字预计将达到 181 ZB，从本地数据中心延伸到云端和边缘。

  他说，要记住的是，以太网到目前为止已经有很长的生命周期，并且在未来还将继续发展，1.6 Tb/秒只是这一过程中的最新一步。

  Posner 说：“这是一个巨大的进步，就像从 10BASE-T 以太网到 100BASE-T 是一个巨大的进步一样。”我们将提示警醒我们，这其实就是三个步骤 - 使用 10 Gb/秒到 40 Gb/秒使用 10 Gb/秒信令的 10 Gb/秒信令到 100 Gb/秒信令，这在很大程度上被超大规模提供商和云构建商忽略了；使用 25 Gb/秒信令的 100 Gb/秒信令提供了更低的功耗和更低的成本。“1.6T 解决了今天面临的挑战，然后为我们的未来提供了喘息的空间。这项技术的常规使用的寿命也很长。基于 112G 以太网 PHY 的 800G 已然浮现五年了，预计设计工作还将持续五年。基础设施将继续发展，希望与需求同步。这是一种稍微领先于电源配置并减少延迟的方法。”

  这再次意味着，超大规模提供商、云构建商及其互连合作伙伴正在开辟一条道路，最终将变成全球上其他还不太需要 1.6T 的企业的四车道高速公路。当然，除了他们的AI和高性能计算系统。