为何需要400G？驱动数据中心升级的关键因素

400G时代：数据中心高速网络的全面演进

在当前数字化浪潮中，企业数据中心的上行链路正逐步从100G向更高速率迁移，而400G技术已成为行业新标准，相关设备也陆续投入市场。尽管大多数企业实现全面部署仍需过渡期，超大规模云服务商已率先推进，不仅引领技术方向，更在未来几年内将400G应用推广至企业市场。
行业先锋已开始布局800G，并积极发展光通信技术，为1.6T乃至3.2T速率奠定基础。

400G的驱动因素与市场趋势

作为组织核心运营的基石，数据中心对带宽的需求持续攀升。预计到2025年，全球数据中心流量将超过180ZB (注：1 ZB的数据相当于10亿TB或1万亿GB)。为应对这一增长，Frost & Sullivan预测数据中心市场投资将在2025年达到4320亿美元。

推动400G需求的关键因素包括

• 数字化转型与云应用普及：远程办公、在线交易、视频流媒体等应用大幅提升云资源使用率。2020年第一季度云服务支出增长25%，传统IT投资则下降3%。据预测，到2025年，公共云服务支出将接近7000亿美元。

• 新兴技术对带宽的迫切需求：未压缩高分辨率视频、工业4.0、物联网设备（预计2025年超300亿台）、VR/AR、AI、自动驾驶、高频交易等应用，均要求超低延迟与高速连接。5G、边缘计算、SDN等架构演进也进一步强化了对400G性能的依赖。

400G数据中心架构演进：从三层到Spine-Leaf

为应对东西向流量和低延迟需求，数据中心网络架构正从传统三层向Spine-Leaf结构转变。在该架构中，每台Leaf交换机均直连每台Spine交换机，减少了服务器间通信的跳数，显著提升效率与冗余能力。

Super Spine架构进一步通过二级Spine扩展多个Spine-Leaf集群，支持模块化扩展与数据中心互联（DCI），满足云服务大规模部署需求。同时，边缘数据中心的兴起也推动了对400G连接的需求，以实现本地数据聚合并回传至核心云。

400G关键技术进展

多项技术的成熟为400G部署提供支撑：

• PAM4编码：相比NRZ实现每通道比特率翻倍，支持25G/50G/100通道速率，为向800G演进铺平道路。
• 可插拔光模块：QSFP-DD与OSFP等接口支持8通道50G传输，实现400G应用，并兼容多模与单模光纤。
• 光通信技术在多模和单模领域分别取得进展：短波分复用（SWDM）提升了多模光纤在短距离内的传输容量；而新型单模光模块则不断优化成本与功耗，覆盖从数据中心内部数百米到园区互联的多种需求。

网卡速率也逐步从10G向25G、50G及100G升级，以支持高虚拟化与低延迟环境。

400G应用标准与部署方案

IEEE已发布多项400G标准，覆盖多模与单模应用场景，如下所示：

收发器	标准	接口类型	核心技术	扇出支持	距离（米）	光纤芯数	连接器
400G-SR8	IEEE 802.3cm	QSFP-DD,OSFP	50G PAM4/通道	支持	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	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	70/100/150	2（ (1根双向光纤对)）	双工LC/单芯的CS
400G-DR4	IEEE 802.3bs	QSFP-DD,OSFP	100G PAM4/通道	支持	500（单模）	8(4Tx+4Rx)	8F/12F MTP
400G-FR4	IEEE 802.3bs/ MSA (CWDM4)	QSFP-DD,OSFP	100G PAM4/通道	不支持	2000（单模）	2(1Tx+1Rx)	LC 双工接口
400G QSFP-DD DAC/AOC		QSFP-DD		/	≤3m (DAC) / ≤100m (AOC)

理解400G技术需掌握以下要点：

• 接口命名规则：如SR（短距）、DR（500米）、FR（2公里）、LR（10公里），数字表示光通道数。
• PAM4调制：每信号周期传输2比特，实现速率倍增，但对链路质量要求更高。
• 扇出（Breakout）功能：支持将400G端口拆分为4×100G或8×50G链路，利于网络平滑升级。

Base-8 MTP连接系统可实现即插即用部署，交换机至服务器链路则可选用DAC、AOC或结构化布线方案。

400G成本考量与未来展望

400G部署需综合评估场景需求，多模方案成本较低，而单模方案因规模效应价格已逐步下降，在特定场景中具备竞争力。

尽管400G已进入商用阶段，技术演进并未停步。800G及更高速率将推动MTP连接器、小型光模块等基础设施升级，布线性能与线缆管理的重要性也将日益凸显。

面对新技术带来的挑战与选择，企业可实现从10G到400G及更高速率的平滑演进，构建面向未来的高性能数据中心网络。

本文基于西蒙白皮书《通往400G之路》整理，内容仅供参考。