400G時代：數據中心高速網絡的全面演進

在當前數字化浪潮中，企業數據中心的上行鏈路正逐步從100G向更高速率遷移，而400G技術已成為行業新標準，相關設備也陸續投入市場。儘管大多數企業實現全面部署仍需過渡期，超大規模雲服務商已率先推進，不僅引領技術方向，更在未來幾年內將400G應用推廣至企業市場。

行業先鋒已開始佈局800G，並積極發展光通信技術，為1.6T乃至3.2T速率奠定基礎。

400G的驅動因素與市場趨勢

作為組織核心運營的基石，數據中心對帶寬的需求持續攀升。預計到2025年，全球數據中心流量將超過180ZB (注：1 ZB的數據相當於10億TB或1萬億GB)。為應對這一增長，Frost & Sullivan預測數據中心市場投資將在2025年達到4320億美元。

推動400G需求的關鍵因素包括：

• 數字化轉型與雲應用普及：遠程辦公、在線交易、視頻流媒體等應用大幅提升雲資源使用率。2020年第一季度雲服務支出增長25%，傳統IT投資則下降3%。據預測，到2025年，公共雲服務支出將接近7000億美元。

• 新興技術對帶寬的迫切需求：未壓縮高分辨率視頻、工業4.0、物聯網設備（預計2025年超300億台）、VR/AR、AI、自動駕駛、高頻交易等應用，均要求超低延遲與高速連接。5G、邊緣計算、SDN等架構演進也進一步強化了對400G性能的依賴。

400G數據中心架構演進：從三層到Spine-Leaf

為應對東西向流量和低延遲需求，數據中心網絡架構正從傳統三層向Spine-Leaf結構轉變。在該架構中，每台Leaf交換機均直連每台Spine交換機，減少了服務器間通信的跳數，顯著提升效率與冗餘能力。

Super Spine架構進一步通過二級Spine擴展多個Spine-Leaf集羣，支持模塊化擴展與數據中心互聯（DCI），滿足雲服務大規模部署需求。同時，邊緣數據中心的興起也推動了對400G連接的需求，以實現本地數據聚合並回傳至核心雲。

400G關鍵技術進展

多項技術的成熟為400G部署提供支撐：

• PAM4編碼：相比NRZ實現每通道比特率翻倍，支持25G/50G/100通道速率，為向800G演進鋪平道路。
• 可插拔光模塊：QSFP-DD與OSFP等接口支持8通道50G傳輸，實現400G應用，併兼容多模與單模光纖。
• 光通信技術在多模和單模領域分別取得進展：短波分複用（SWDM）提升了多模光纖在短距離內的傳輸容量；而新型單模光模塊則不斷優化成本與功耗，覆蓋從數據中心內部數百米到園區互聯的多種需求。

網卡速率也逐步從10G向25G、50G及100G升級，以支持高虛擬化與低延遲環境。

400G應用標準與部署方案

IEEE已發佈多項400G標準，覆蓋多模與單模應用場景，如下所示：

收發器	標準	接口類型	核心技術	扇出支持	光纖類型	距離（米）	光纖芯數	連接器
400G-SR8	IEEE 802.3cm	QSFP-DD, OSFP	50G PAM4/通道	支持	OM3/OM4（多模）	70m (OM3) / 100m (OM4)	16 (8Tx+8Rx)	16F/24F MTP
400G-SR4（主流）	IEEE 802.3db	QSFP-DD,OSFP	100G PAM4/通道	支持	OM4/OM5 (多模)	100（OM4）/150（OM5 ）	8(4Tx+4Rx)	12F/16F MTP
400G-SR4.2(400G-BIDI)	IEEE 802.3cm/ MSA	QSFP-DD,	BiDi/SWDM / MWDM	支持	OM3/OM4/OM5	70/100/150	2（ (1根雙向光纖對)）	雙工LC/單芯的CS
400G-DR4	IEEE 802.3bs	QSFP-DD,OSFP	100G PAM4/通道	支持	OS2（單模）	500	8(4Tx+4Rx)	8F/12F MTP
400G-FR4	IEEE 802.3bs/ MSA (CWDM4)	QSFP-DD,OSFP	100G PAM4/通道	不支持	OS2（單模）	2000	2(1Tx+1Rx)	LC 雙工接口
400G QSFP-DD DAC/AOC	/	QSFP-DD	/	/	銅纜/有源光纜	≤3m (DAC) / ≤100m (AOC)

理解400G技術需掌握以下要點：

• 接口命名規則：如SR（短距）、DR（500米）、FR（2公里）、LR（10公里），數字表示光通道數。
• PAM4調製：每信號週期傳輸2比特，實現速率倍增，但對鏈路質量要求更高。
• 扇出（Breakout）功能：支持將400G端口拆分為4×100G或8×50G鏈路，利於網絡平滑升級。

Base-8 MTP連接系統可實現即插即用部署，交換機至服務器鏈路則可選用DAC、AOC或結構化佈線方案。

400G成本考量與未來展望

400G部署需綜合評估場景需求，多模方案成本較低，而單模方案因規模效應價格已逐步下降，在特定場景中具備競爭力。

儘管400G已進入商用階段，技術演進並未停步。800G及更高速率將推動MTP連接器、小型光模塊等基礎設施升級，佈線性能與線纜管理的重要性也將日益凸顯。

面對新技術帶來的挑戰與選擇，企業可實現從10G到400G及更高速率的平滑演進，構建面向未來的高性能數據中心網絡。

本文基於西蒙白皮書《通往400G之路》整理，內容僅供參考。