Connect to tomorrow. Standards. Decoding. Stand der Normierung bei 40GBASE-T. NCS Newsletter Juli 2013

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1 Decoding Standards Stand der Normierung bei 40GBASE-T NCS Newsletter Juli 2013 In der Vollversammlung der IEEE vom März 2013 wurde mit breiter Mehrheit die Gründung einer Arbeitsgruppe (Task Force) zur Entwicklung der 40Gb/s Ethernet Spezifikationen über Symmetrische Kupferverkabelung beschlossen. Diese Projektfreigabe folgte einem Bericht der Study Group, deren Arbeiten im Juli 2012 begannen. Decoding Standards berichtete über diese Study Group bereits in der Ausgabe vom Oktober Der neue Standard wird IEEE 802.3bq heißen und die Ziele der Arbeitsgruppe beinhalten u.a. einen 30m 4-paarigen Verkabelungskanal (Channel) mit 2 Steckverbindungen. Die Channel Länge von 30m wurde festgelegt, um die technischen Anforderungen der Aktivkomponenten zu reduzieren, zumal man davon ausgeht, dass in 95% der Fälle 30m in einem Rechenzentrum zur Verbindung von Switches zu den Servern ausreicht. In den kommenden 9-12 Monaten wird erwartet, dass die Arbeitsgruppe die Verkabelungskategorie definiert, die geeignet sein wird, 40GBase-T Ethernet zu übertragen. Derzeit gibt es verschiedene Vorschläge, die nachfolgend in diesem Dokument beschrieben werden.

2 ANSI/TIA TR42.7: Bereits 2011 wurde innerhalb der American Telecommunications Industry Association (TIA), im TR42.7 Cabling Engineering Sub-Committee eine Gruppe gegründet zur Erarbeitung von Parametern für 40G Anwendungen. Eine der ersten Aktionen hieraus war die Erweiterung der Bandbreite auf eine Frequenz von 2000MHz (im Vergleich zur vormals höchsten Frequenz von 500MHz für Twisted-Pair in der TIA). Aber es wurden auch einige andere Parameter, wie z.b. Alien Crosstalk (ATX), Power Sum Attenuation to Crosstalk Ratio Far End (PS ACR-F) und Transvers Conversion Loss (TCL), verschärft. Die neuen TIA Anforderungen für Alien Crosstalk unterscheiden sich nicht mehr viel von denen der ISO für Cat.7. Solche Anforderungen zeigen, dass die TIA ebenfalls auf geschirmte Systeme setzt und U/UTP derzeit nicht in Betracht ist. Die anderen Verkabelungsparameter sind mehr oder weniger vergleichbar mit den aktuellen Cat.6A Spezifikationen, die lediglich bis 2000MHz hochextrapoliert wurden. Die TIA TR42.7 arbeitet sehr intensiv und hat die Anzahl der Meetings deutlich erhöht, die nun ungefähr alle 2 Monate abgehalten werden. Der neue Verkabelungsstandard wird Category 8 genannt und soll als Addendum 1 zur ANSI/ TIA-568-C.2 bis 2014 veröffentlicht werden. ISO/IEC JTC1/SC25 Working Group 3: Im Gegensatz zur TIA, untersucht die ISO auch, ob Cat.6A und 7A Übertragungskanäle 40Gb/s übertragen können. Die ISO SC25 Working Group 3 veröffentlichte kürzlich einen technischen Bericht mit dem Titel: Guidance for balanced cabling in support of at least 40 Gb/s data transmission (Leitlinien für symmetrische Verkabelung zur Unterstützung einer Datenübertragung von mind. 40 Gb/s). Dieser Bericht hat zwei Hauptteile: Der erste Teil beschreibt Übertragungskanäle, die aus bereits existierenden und genormten Komponenten, wie Class EA und FA bestehen. Es soll abgeschätzt werden, ob diese Komponenten geeignet sind für eine 40G Übertragung. Um das zu tun wird im Report die sogenannte Shannon Kapazität und System Marge für 40G errechnet. Die Resultate sehen wie folgt aus: Shannon Marge Obere Kodierungs Chip Capacity für 40G Komponenten Frequenz Komplexität Komplexität (in Gb/s) (in db) Cat6A 500 sehr hoch vergleichbar 10G < 40G nicht anwendbar größer 10G < 40G nicht anwendbar Cat7A 1000 hoch vergleichbar 10G geringer 10G Cat7A with extended 1600 Mittel vergleichbar 10G frequency support geringer 10G Cat6A oder Class EA Verkabelungen haben eine nicht ausreichende Bandbreite um 40G zu unterstützen, selbst bei einer auf 30m reduzierten Länge. Cat7A hingegen, mit seiner doppelt so hohen Bandbreite von 1000MHz könnte für 40G Anwendungen genutzt werden. Ein Cat7A System mit einem erweiterten Frequenzgang hätte zudem den Vorteil, eine einfachere Kodierung möglich machen zu können, welches Vorteile für das Chip Design mit sich bringen würde. Im zweiten Teil des Berichts beschreibt die ISO Übertragungskanäle, die bislang noch nicht standardisiert sind und daher Neuentwicklungen durch die Verkabelungsindustrie nach sich zögen. Dieser Abschnitt beinhaltet zwei neue Definitionen von Spezifikationen bis 2GHz für die Channel Performance. Die erste Definition (Channel I) ist vergleichbar mit dem TIA Cat.8 Ansatz, die zweite (Channel II) basiert auf einer verbesserten Version der ISO Cat.7A mit einem deutlich besseren Signal-Rausch-Abstand. Die Kapazität dieser neuen Channel sieht aus wie folgt:

3 Shannon Marg obere Kodierungs Chip Kapazität für 40G Komponenten Frequenz Komplexität Komplexität (in Gb/s) (in db) Channel I 2000 niedrig vergleichbar 10G Höher als 10G Channel II 2000 Low vergleichbar 10G geringer als 10G Der größte Unterschied zwischen diesen beiden Optionen ist nicht die maximale Frequenz oder die Kapazität, sondern die Kosten für die Realisierung! Während Channel I eine höhere Noise Cancellation (=aktives Unterdrücken/Herausrechnen von Störsignalen) erforderlich machen würde als bei 10GBase-T, würde die Channel II Option eine Vereinfachung des Chip Designs mit einem geringeren Rechenaufwand bedeuten. In der Folge hätte dies einen positiven Effekt bezüglich des Stromverbrauchs und würde auch die Latenzzeit innerhalb des Chips verkürzen. Beide Effekte sind Wünsche der Rechenzentrumsindustrie. Neue Verkabelungsklassen Gemäß dem ISO Bericht kann die IEEE aus mindestens 4 Optionen wählen: Cat7A, Cat7A erweitert, Channel I und Channel II. Deshalb ist es derzeit nicht klar, ob eine völlig neue Verkabelungsklasse für 40G benötigt wird, aber es scheint wahrscheinlich, dass eine Frequenzerweiterung benötigt wird. Dies könnte realisiert werden durch eine neue Verkabelungsklasse oder, wesentlich einfacher, durch höhere Grenzwerte bei den Messparametern, die benutzt werden könnten, um existierende Verkabelungsklassen oberhalb ihrer derzeit definierten Bandbreite zu charakterisieren. ISO arbeitet bereits an diesen Grenzwerten und Kapitel 5 des Berichts beinhaltet deren Definition. Welchen Weg ISO gehen wird, wird wahrscheinlich ab 2014 klar werden, wenn weitere Entscheidungen der ISO über die realen Anforderungen für 40GBase-T getroffen wurden. Anhaltende Verwirrung bei der Namensgebung Category 8 TIA wird den Namen Category 8 verwenden. ISO hat sich bezüglich der Namensgebung für die potentiellen neuen Verkabelungsklassen noch nicht festgelegt. Die Bezeichnungen Class I und Class II werden derzeit als Platzhalter verwendet. Die Spezifikationen der TIA Cat.8 sind vergleichbar mit denen der Class I der ISO, allerdings hat ISO nicht dieselbe Struktur bei der Namensgebung wie die TIA. Innerhalb der ISO repräsentiert eine neue Verkabelungsklasse immer eine Kombination aus seiner höheren Frequenz und einem besseren Signal- Rausch-Abstand. Folgt man dieser Logik, müsste Cat.8 besser sein als die existierende Cat.7 und Cat.7A. Aber dieser Logik ist die TIA nicht gefolgt. Beim Signal-Rausch-Abstand ist die Cat.8 signifikant niedriger (=schlechter) als die Cat.7 und Cat.7A. Das nachstehende Diagramm zeigt das Dilemma der TIA Cat.8 und des Channel I in Bezug auf die Rückwärtskompatibilität. So wie die Cat.6A eine reine Hochrechnung der Cat.6 Werte war, basiert die Category 8 der TIA

4 auf extrapolierten Parametern der Cat.6A - mit höherer maximaler Frequenz. Das bedeutet, dass TIA Cat.8 keinen verbesserten Signal-Rausch-Abstand zur ISO Cat.7 bietet. Da es in der TIA keine Category 7 gibt, fühlten sie sich frei etwas Neues zu spezifizieren. Da es aber Cat.7 und Cat.7A Spezifikationen in der ISO gibt, kann man dort eine Category 8 mit schlechter Performance als Cat.7 nicht definieren. ISO möchte das Dilemma lösen, in dem die unterschiedlichen Category 8 Definitionen auf zwei Begriffe aufgeteilt werden. Die Komponenten für einen potentiellen Channel I der ISO werden Category 8.1 genannt. Die Komponenten eines potentiellen Channel II nennt die ISO Category 8.2. ISO verwendet diese Nomenklatur um den Unterschied in der Rückwärtskompatibilität zwischen den beiden Lösungen zu indizieren. Channel I ist nur zu Cat.6A rückwärtskompatibel, Channel II und Cat.8.2 Komponenten werden zu Cat.7A rückwärtskompatibel sein. Unglücklicherweise ist dies nicht besonders deutlich und selbsterklärend und ist damit ein typischer Normierungs-Kompromiss. Von nun an müssen Endanwender verstehen, dass die Kupfer- Verkabelungsklassen nicht länger einer einfachen Logik folgen und statt dessen zwei verschiedene Hierarchien zu bedenken sind: Frequenz/ Hierarchie Category Frequenz (in MHz) Category Category Category 7A 1000 Category Category 6A 500 Category Category Signal-Rausch-Abstand Hierarchie Category Signal-Rausch-Abstand für Category Category 7A 44.7 Category Category Category 6A 19 Category Category Empfehlung für künftige 40GBase-T Anwender, die schon heute in eine Verkabelung investieren müssen Derzeit werden verschiedene neue Verkabelungsspezifikationen untersucht, die 40GBase-T unterstützen sollen und 3 von ihnen basieren auf Cat7A Komponenten. Cat.8 oder Channel I Systeme sind noch nicht am Markt verfügbar und können daher auch nicht gekauft werden. Cat7A Systeme auch mit Unterstützung erweiterter Frequenzen, sind von verschiedenen Anbietern bereits erhältlich. Die Nexans LANmark-7A Kabel bieten große Reserven oberhalb der Cat7A. Die LANmark-7A GG45 Buchse kann ebenfalls höhere Frequenzen unterstützen(*). Niemand kann derzeit Garantien abgeben, die eine 40GBase-T Unterstützung betreffen, auch nicht Nexans. Aber andererseits wissen wir, dass alle Cat6A Verkabelungssysteme definitiv nicht für 40GBase-T geeignet sind und re-installiert werden müssten. Wenn eine vollständige Re-Installation der Kupferverkabelung in einem Rechenzentrum vermieden werden soll und Glasfaser nicht in Frage kommt wegen der höheren Transceiver Kosten, dann ist ein erweitertes Cat.7A System, wie das LANmark.7A, die derzeit einzig mögliche, verfügbare Option. Wie dem auch sei, die größte Neuigkeit in der Kupferverkabelung ist sicher, dass die Unterstützung vom 100m Link-Längen ihr Ende gefunden hat. Bei der Planung eines neuen Rechenzentrums sollte man daher und bedingt die neue 30m Längenrestriktion berücksichtigen, wenn man einen künftigen Einsatz von 40GBase-T im Sinn hat. Diese neue Längenbegrenzung sollte daher beim Layout jedes neuen Rechenzentrums Anwendung finden. (*) Weitere Informationen zu diesem Thema finden Sie in unserem White Paper: Ist LANmark-7A vorbereitet für 40Gbs?

5 Normen Kalender Letzte Meetings Standard committee Inhalt Datum IEEE Telecommunications and information exchange Jan 2013 between systems Phoenix, USA Mar 2013 Orlando, USA May 2013 Victoria, Canada TIA TR42 Balanced twisted-pair copper, optical 4-8 Feb 2013 fibre and other telecommunications cabling Palm Spring, USA systems and components and infrastructure ISO/IEC SC25 WG3 Microprocessor systems; and O/F interfaces, 25 Feb -1 Mar 2013 protocols and associated interconnecting media Mexico for information technology equipment IEEE Telecommunications and information exchange July 2013 between systems Geneva, CH TIA TR 42 Balanced twisted-pair copper, optical June 2013 fibre and other telecommunications cabling Portland, USA systems and components and infrastructure 7-11 Oct 2013 Philadelphia, USA Geplante Meetings ISO/IEC SC25 WG3 Microprocessor systems; and O/F interfaces, 30 Sept - 4 Oct 2013 protocols and associated interconnecting Sweden media for information technology equipment Disclaimer This document is for guidance only and Nexans cannot be held liable for any implementation of a system which fails to deliver expected results, whether implied or implicit from the interpretation of this document.