Face à la demande croissante de débits de transmission plus élevés, le développement des centres de données avancés est freiné par la hausse des coûts énergétiques, la nécessité d'une régulation thermique efficace des équipements, la rareté de l'espace disponible et les préoccupations environnementales.
À terme, l'augmentation de la demande en bande passante exigera une migration au-delà du 10G vers le 40G, puis vers le 100G.
Dans son dernier rapport, « Taille du marché 10G/40G/100G et prévisions », Infonetics, cabinet d'études de marché, souligne que le marché du 10G est en plein essor et continuera de croître à moyen terme, que « le 40G progresse rapidement et que le 100G devrait bientôt être déployé et connaître son essor avant 2013 ».
Les études d'Infonetics prévoient un taux de croissance annuel composé (TCAC) de 59 % entre 2007 et 2011 pour l'ensemble des activités liées au 40G et à ses équipements de transmission de services.
Propositions de l'IEEE concernant les normes 40G et 100G.
Afin de répondre à ces besoins, l'IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) a créé un groupe de travail dédié (802.3ba) en janvier 2008 pour élaborer une norme pour les solutions Ethernet utilisant les débits de données de nouvelle génération 40G et 100G. La composante 40G devrait répondre à un besoin immédiat du marché des centres de données, tandis que la composante 100G devrait satisfaire les besoins du calcul haute performance, de l'agrégation de réseaux, de la commutation de cœur de réseau et des applications de routage.
La demande d'autorisation de projet (PAR) inclut actuellement un objectif pour la fibre multimode sur des distances d'au moins 100 mètres sur fibre OM3. Lors d'une seconde réunion en mai 2008, le groupe de travail IEEE 802.3ba a adopté plusieurs recommandations afin de jeter les bases de la première version des normes 40G et 100G. Le groupe de travail a choisi l'optique parallèle comme base de la nouvelle norme, qu'il prévoit de finaliser d'ici mi-2010. Les normes ont généralement un impact significatif sur les ventes pendant les trois années qui suivent ; les premières ventes aux premiers utilisateurs sont donc attendues au cours du second semestre 2013. Sachant qu'un système de câblage structuré classique peut être pleinement utilisé pendant quinze à vingt ans, il est stratégiquement et financièrement judicieux d'envisager dès maintenant le déploiement de réseaux 40/100G.
La norme de câblage structuré la plus récente pour les centres de données, EN 50173-5, exige que tous les câbles suivent une architecture centralisée. Le câblage part du point de distribution local (armoire technique) et retourne à un distributeur principal (éventuellement via un distributeur de zone). 
Le câblage fibre optique déployé doit être au minimum de qualité OM3, et la connectivité doit être établie à l'aide de connecteurs LC duplex ou de connecteurs MTP ou MPO haute densité. La combinaison des exigences de la norme EN 50173-5 et de la proposition IEEE 802.3ab, afin d'assurer une transition fluide du 10G au 40G puis au 100G, ne peut être réalisée qu'en déployant un système de câblage structuré utilisant une connectivité MTP haute densité entre le distributeur principal et le point de distribution local. Cela permettrait le déploiement immédiat d'un système 10G utilisant des modules duplex LC MTP (câble micropolymère) et une transition ultérieure vers les réseaux 40G et 100G grâce à une connectivité MTP à 12 fibres, sans nécessiter de nouveau câblage. La migration des débits de transmission de données Ethernet de 10G vers 40G et 100G n'est possible qu'avec le développement et la mise en œuvre de systèmes de câblage structuré basés sur : (1) une fibre optique multimode à large bande passante de 50 µm optimisée pour le laser ; (2) une connectivité modulaire haute densité ; et (3) une transmission optique parallèle. Seul un tel système peut garantir la fiabilité, la facilité de gestion, la flexibilité et l'évolutivité nécessaires à une migration fluide vers des débits de transmission plus élevés.
La fibre optique OM3
est actuellement la fibre minimale discutée par le groupe de travail IEEE 802.3ab pour les transmissions 40G ou 100G. Dotée d'un cœur de 50 mm et d'un profil d'indice de réfraction optimisé pour les lasers VCSEL de 850 nm, la fibre OM3 permet d'atteindre des distances allant jusqu'à 300 m pour les transmissions 10G et 100 m pour les transmissions 40G et 100G. Les premiers tests ont montré qu'il est possible d'atteindre des distances d'environ 150 m avec des fibres OM3 à une bande passante de 2 000 MHz.km. L'utilisation de fibres OM3 hautes performances, avec des bandes passantes supérieures à 4 700 MHz.km, devrait permettre d'atteindre des longueurs supérieures à 250 m à des débits de transmission de 100G.
Une étude récente sur les longueurs de raccordement des câbles dans les centres de données a révélé qu'une distance de 100 m couvre près de 70 % des longueurs de câbles, et que 250 m en couvriraient environ 99 %. Le groupe de travail IEEE 802.3ae n'envisage actuellement aucune discussion ni proposition concernant l'utilisation de fibres OM1 ou OM2 de qualité inférieure, car leur structure et leur bande passante seraient excessivement longues. Par conséquent, pour qu'un système de câblage puisse prendre en charge les technologies de nouvelle génération, le déploiement de fibres OM3 de haute qualité est indispensable.
Propositions de transmission 40G et 100G :
Le groupe de travail IEEE 802.3ae étudie actuellement trois protocoles de transmission pour atteindre le débit de 100G :
• Multiplexage spatial parallèle (SDM) sur fibre multimode OM3.
• Multiplexage par répartition en longueur d’onde (CWDM) sur fibre multimode OM3 à deux longueurs d’onde.
• Multiplexage par répartition en longueur d’onde (CWDM) sur fibre monomode OS2 à dix longueurs d’onde.
La première méthode utilise des lasers VCSEL économiques pour transmettre dix signaux discrets de 10 Gbit/s en parallèle sur dix fibres distinctes, puis les recombine à l'extrémité de couplage. Cette approche présente de nombreux avantages, à commencer par son faible coût, tant pour le dispositif lui-même que pour le pilotage et le refroidissement des lasers. La deuxième méthode transmet deux longueurs d'onde de 10 Gbit/s à partir de cinq fibres, pour un débit total de 100 Gbit/s. Cette méthode utilise la technologie de multiplexage par répartition en longueur d'onde (WDM), plus onéreuse, et nécessite un plus grand nombre de lasers discrets pour atteindre le même débit de 100 Gbit/s. La troisième méthode transmet dix longueurs d'onde de 10 Gbit/s à partir d'une seule fibre, pour un débit total de 100 Gbit/s. Cette méthode utilise la technologie laser monomode et le multiplexage par répartition en longueur d'onde, beaucoup plus coûteux. On estime qu'à 100 m, la méthode 2 offre un gain d'environ 50 % par rapport à la méthode 1, et la méthode 3 un gain d'environ 100 %. Par conséquent, la technologie qui devrait s'avérer la plus performante est celle qui utilise la transmission parallèle sur fibre multimode. La transmission de signaux parallèles sur plusieurs fibres n'est pas une technologie nouvelle ; les transmissions Infiniband, utilisant 4, 8 et 12 fibres, existent depuis 1999 et sont principalement déployées dans les clusters de serveurs et de calcul haute performance. Ces dispositifs de transmission utilisent tous l'interface de connecteur MTP/MPO et intègrent des émetteurs VCSEL dans le même espace que les fibres au sein du connecteur MTP/MPO.
Connectivité modulaire haute densité :
outre les exigences opérationnelles, le choix de la connectivité physique joue un rôle prépondérant dans la migration des déploiements de câblage structuré vers les architectures optiques parallèles. Dans ce contexte, l’option privilégiée est celle des réseaux optiques MTP/MPO haute densité, terminés en usine – des réseaux optiques basés sur la technologie OM3 comprenant des jonctions, des modules de déverrouillage et des faisceaux de câbles de déverrouillage. Les jonctions MTP/MPO permettent non seulement de gagner jusqu’à 80 % de temps d’installation par rapport aux solutions optiques traditionnelles, mais surtout, elles offrent la flexibilité de transmettre des signaux série et parallèle. La connectivité MTP est également un facteur essentiel. Les connecteurs MTP/MPO constituent une technologie robuste et éprouvée, capable de prendre en charge les transmissions 40/100 Gbit/s. Il en va de même pour le QSFP (Quad Pluggable Transmitter), un module optique parallèle haute densité récemment développé, doté d’un connecteur d’interface à 12 fibres. Ce module est le fruit d’une collaboration entre plusieurs entreprises de télécommunications visant à définir une norme d’émetteur optique à 4 canaux hautement intégrée.
Émetteur optique QSFP :
Malgré la fiabilité et la robustesse éprouvées du connecteur pour la gestion des débits de transmission de données de nouvelle génération, des aspects tels que le budget total de pertes du connecteur alloué pour le 40/100G et l’indice d’inclinaison maximal admissible doivent être gérés efficacement pour des systèmes optiques parallèles optimaux. Afin de minimiser l’impact des pertes totales du connecteur, les fabricants s’efforcent de développer des systèmes de polissage sophistiqués en usine pour garantir la plus grande précision et l’alignement le plus strict nécessaire à des performances optimales dans des conditions mécaniques et environnementales données. Cependant, en l’absence de normes industrielles, le système de polissage varie d’un assembleur de câbles à l’autre, ce qui entraîne des géométries de finition différentes.
Bien que le groupe de travail IEEE 802.3ba n’ait pas encore établi de norme pour le positionnement de l’inclinaison optique pour les applications 40/100G (la question est en cours de discussion, mais aucune décision finale n’a encore été prise), l’indice d’inclinaison optique est un facteur primordial pour les transmissions optiques parallèles. L’inclinaison peut être définie comme la différence de temps de vol entre les signaux lumineux circulant dans des fibres différentes. Des défaillances de transmission, telles que la latence et le taux d'erreur binaire, sont susceptibles de se produire si l'indice d'asymétrie est trop élevé, c'est-à-dire s'il existe un délai important entre les impulsions optiques les plus rapides et les plus lentes. En l'absence de normes, les critères d'asymétrie du câble InfiniBand 12X-QDR sont devenus la référence en matière de performances d'asymétrie aux débits de 40/100 Gbit/s. Le protocole InfiniBand 12X-QDR utilise la transmission optique parallèle : 12 fibres transmettent 10 Gbit/s et 12 fibres reçoivent 10 Gbit/s, pour un débit total de 120 Gbit/s. C'est précisément cette conception qui le rend comparable à la technologie 40G de nouvelle génération.
La spécification InfiniBand 12X-QDR exige une angularité maximale de 0,75 ns dans le système de câblage, y compris les fibres optiques et les connecteurs MTP/MPO. Les architectures de câbles optiques qui répondent aux exigences d'angularité des câbles InfiniBand 12X-QDR sont considérées comme pérennes, car elles sont capables d'assurer une migration en douceur vers les transmissions optiques parallèles 40/100G.
Proposition OM4 :
L’Organisation internationale de normalisation (ISO) et la Commission technique internationale de l’électricité (CEI), par l’intermédiaire de l’un de leurs groupes de travail conjoints (ISO/CEI JTC1 SC25 WG3), ont proposé la normalisation de la fibre multimode à large bande passante début 2008. Cette nouvelle catégorie de fibre, provisoirement nommée OM4, est destinée à prendre en charge les solutions Ethernet 40/100G. Ses performances sont nettement supérieures à celles de la norme OM3 : une bande passante plus de deux fois supérieure, une portée accrue et des coûts de mise en œuvre réduits (moins de fibres optiques parallèles nécessaires).
La normalisation de l’OM4 était prévue pour fin 2009 ou début 2010.
