本文研究了用于400G和200G以太網的最新IEEE Std 802.3bs-2017標準。該新標準延續了以太網的快速發展，以適應云數據中心不斷增長的帶寬需求。目前的400G規格僅含蓋光纖媒介，提升了光學通道速度的限制和鏈路中的并行光纖數量。與大多數新的以太網標準一樣，業界已經開發了許多新的收發器外形、連接器和電纜以適應新的400G標準。這個以太網創新的新時代無疑將引發新的發展，這種發展將一直持續到未來的某個時期。

以太網標準從1G到400G的演進

以太網發展的驚人速度現已飆升至400G。 從1997年的1 Gbps以太網到2004年的10 Gbps、2010年的100 Gbps，以及2014年的4通道(4×25 Gbps)100 Gbps，下一步需要一段時間才能達到400G。IEEE于2017年12月6日正式批準了其200G和400G的802.3bs標準。在云數據中心不斷增加的互聯網流量需求的推動下，總是需要更多帶寬，因此可以預期800 Gbps 或1600 Gbps以太網也不會太遠。

像往常一樣，IEEE利用現有標準打造通向400G的途徑。當前數據速率的關鍵特性和限制是使用當前電氣技術來實現單通道串行速率。最新的100 Gbps以太網標準是基于四個25 Gbps的并行通道，這被證明是400G開發的自然起點。然而，400G顯然需要一種將通道數據速率提高到50 Gbps的方法，并且已經開始去努力實現100 Gbps光學通道，使用這些新成就將映證400G以太網的巨大優勢。

以太網標準逐年發展

在考慮網絡行業的各種權衡和要求的同時，有多種方法可以實現400G目標。由于400G標準將物理介質限制為僅多模和單模光纖，因此鏈路中的光纖數量顯然是關鍵問題。已知多個平行光纖對于長達500米的短距離鏈路是可接受的解決方案，但對于成本過高的較長電纜長度(2000米到1萬米)則不行。但是，具有16 x 25 Gbps并行通道的400G數據速率將需要每個鏈路32個光纖用于發送和接收。在制定400G的一套規范時，IEEE工作組采用了多種技術和方法，為短距離多模光纖和使用各種光纖和線路數率的遠程單模光纖定義了可接受的成本效益解決方案。此外，基于400G標準的一組200G標準也被指定為400G的實用遷移通道。

PAM4編碼的研發挑戰

50 Gbps的通道速率是達到400G的基礎，第一個主要決定是改變信號編碼方案。到目前為止，所有以太網標準都使用簡單的2級非歸零(NRZ)方法將二進制數據流編碼為可傳輸的電信號。為了獲得更高的通道數據速率，需要使用被稱為4級脈沖幅度調制(PAM4)的編碼方案，這將有效地使在相同時間量內傳輸的數據量加倍。

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