100GbE：贅沢なものか、それとも差し迫った必要性か？

IEEE P802.3baは、100ギガビットイーサネット（100GbE）チャネルでデータを送信するための標準で、2007年から2010年の間に開発されましたが[3]、2018年にのみ広く使用されました[5]。 なぜ2018年で、それ以前ではないのですか？ そして、なぜすぐに大量に？ 少なくとも5つの理由があります...

IEEE P802.3baは、主にデータセンターのニーズとインターネットトラフィック交換ポイント（独立した事業者間）のニーズを満たすために開発されました。 また、大量のビデオコンテンツ（YouTubeなど）を備えたポータルなど、リソースを集中的に使用するWebサービスの円滑な運用を確保します。 高性能コンピューティング用。 [3]通常のインターネットユーザーは、帯域幅要件の変更にも貢献しています。多くのユーザーはデジタルカメラを持ち、インターネットを介して撮影したコンテンツを送信したいと考えています。 T.O. インターネット上で時間とともに循環するコンテンツの量はますます増えています。 プロレベルと消費者レベルの両方で。 これらのすべての場合において、あるドメインから別のドメインにデータを転送するとき、主要なネットワークノードの総帯域幅は10GbEポートの能力を長く超えています。 [1]これが、新しい標準である100GbEが登場した理由です。

大規模なデータセンターとクラウドサービスプロバイダーはすでに100 GbEを積極的に使用しており、数年後には200 GbEと400 GbEに徐々に切り替える予定です。 同時に、彼らはすでにテラビットを超える速度に注目しています。 [6]昨年だけ100GbEに切り替える大規模なベンダーがいくつかあります（たとえば、Microsoft Azure）。 金融サービス、政府プラットフォーム、石油およびガスプラットフォーム、およびユーティリティ向けの高性能コンピューティングを実行するデータセンターも、100GbEへの切り替えを開始しています。 [5]

企業のデータセンターでは、帯域幅の要件はいくぶん低くなっています。ここでは、最近では10GbEが急務であり、贅沢品ではありません。 ただし、トラフィックの消費率が急速に増加しているため、10GbEが少なくとも10年、さらには5年は企業のデータセンターに存在することは疑わしいです。 代わりに、25GbEへの迅速な移行、さらには100GbEへの高速移行が見られます。 [6]なぜなら、インテルのアナリストが指摘しているように、データセンター内のトラフィック強度は毎年25％増加するからです。 [5]

DellとHewlett Packardのアナリストは、2018年はデータセンターの100GbEの年であると述べています[4]。 2018年8月に戻って、100 GbE機器の納入により、2017年全体で供給が2倍になりました。 また、データセンターがまとめて40GbEから離れ始めたため、供給のペースは拡大し続けています。 2022年までに、1940万個の100GbEポートが毎年提供されると予想されます（2017年の比較では、この数字は460万個でした）。 [4]コストについては、2017年に100 GbEポートに70億ドルが費やされ、2020年には予測によると約200億ドルが費やされます（図1を参照）。 [1]

図1.ネットワーク機器の需要の統計と予測

どうして今？ 100GbEはそれほど新しい技術ではありませんが、なぜ今、そのような動きがあるのでしょうか？

1）この技術は成熟し、安価になったため。 データセンターで100ギガビットポートを備えたプラットフォームの使用が、いくつかの10ギガビットプラットフォームを「スタック」するよりも費用対効果が高くなったのは、2018年のことです。 例：Ciena 5170（図2を参照）は、800GbE（4x100GbE、40x10GbE）で総スループットを提供するコンパクトなプラットフォームです。 必要なスループットを提供するために複数の10ギガビットポートが必要な場合、追加の鉄、追加のスペース、過剰な電力消費、メンテナンス、追加のスペアパーツ、および追加の冷却システムのコストがかなり大きな額になります。 [1]たとえば、10GbEから100GbEに切り替えることの潜在的な利点を分析するヒューレットパッカードのスペシャリストは、より高いパフォーマンス（56％）、総コストの削減（27％）、電力消費の削減（31％）、簡素化ケーブルの相互接続（38％）。 [5]

図2. Ciena 5170：100ギガビットポートを備えたプラットフォームの例

2）ジュニパーネットワークスとシスコは、100GbEスイッチ用の独自のASICチップを最終的に作成しました。 [5]これは、100GbEテクノロジーが本当に熟しているという事実の雄弁な確認です。 事実、ASICのマイクロ回路は、最初に実装されたロジックが予見可能な将来の変更を必要としない場合、そして次に多数の同一のマイクロ回路が製造される場合にのみ、費用対効果が高いということです。 ジュニパーネットワークスとシスコは、100GbEの成熟度に自信がなければこれらのASICを生産しませんでした。

3）Broadcom、Cavium、Mellanox Technologieが100GbEをサポートするプロセッサーのパンチングを開始し、これらのプロセッサーはすでにDell、Hewlett Packard、Huawei Technologies、Lenovo Groupなどのメーカーのスイッチで使用されているため[5]

4）サーバーラックに配置されたサーバーには、2つの25ギガビットポートを備えた最新のIntelネットワークアダプター（図3を参照）、および2つの40ギガビットポート（XXV710およびXL710）を備えた統合ネットワークアダプターが装備されることが増えているため。

図3.最新のIntelネットワークアダプター：XXV710およびXL710

5）100GbE機器には下位互換性があるため、展開が簡素化されます。既に配線されたケーブルを再利用できます（新しいトランシーバーを接続するだけです）。

さらに、100GbEの可用性により、NVMe over Fabrics（たとえば、Samsung Evo Pro 256 GB NVMe PCIe SSD。図4を参照）[8、10]、ストレージエリアネットワーク（SAN）などの新しいテクノロジーの準備が整いました。 /「Software Defined Storage」（図5を参照）[7]、RDMA [11]、100GbEなしでは潜在能力を十分に発揮できませんでした。

図4. Samsung Evo Pro 256 GB NVMe PCIe SSD

図5.「ストレージエリアネットワーク」（SAN）/「ソフトウェア定義ストレージ」

最後に、100GbEおよび関連する高速技術を使用する実用的な関連性のエキゾチックな例として、とりわけ、100GbE（Spectrum SN2700イーサネットスイッチ）に基づいて構築されたケンブリッジ大学科学クラウド（図6参照）を引用できます。 NexentaEdge SDS分散ディスクストレージの効率的な運用を保証します。これにより、10 / 40GbEネットワークが簡単に過負荷になります。 [2]このような高性能の科学クラウドは、さまざまな応用科学問題を解決するために展開されています[9、12]。 たとえば、医学者はそのようなクラウドを使用してヒトゲノムを解読し、100GbEチャネルを使用して大学の研究グループ間で情報を転送します。

図6.ケンブリッジ大学サイエンスクラウドのフラグメント