Parallelamente alla crescente necessità di velocità di trasmissione più elevate, la domanda di data center avanzati è limitata dall'aumento dei costi energetici, dalla necessità di un efficiente controllo della temperatura delle apparecchiature, dallo spazio disponibile e dalle problematiche ambientali.
Alla fine, la crescente richiesta di larghezza di banda richiederà la migrazione oltre i 10G verso i 40G e, in ultima analisi, verso i 100G.
Nel suo ultimo rapporto, "Market Size for 10G/40G/100G and Its Forecast", Infonetics, società di ricerche di mercato, osserva che il mercato dei 10G è in forte espansione e continuerà a crescere nel medio termine, "i 40G stanno avanzando rapidamente e i 100G dovrebbero decollare presto prima del 2013".
La ricerca di Infonetics prevede un tasso di crescita annuo composto (CAGR) del 59% tra il 2007 e il 2011 per tutte le aziende legate ai 40G e alle relative apparecchiature di erogazione del servizio.
Proposte IEEE per gli standard 40G e 100G
Nel tentativo di rispondere a queste esigenze, l'Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) ha istituito un gruppo di lavoro dedicato (802.3ba) nel gennaio 2008 per sviluppare uno standard per soluzioni Ethernet che utilizzino velocità di trasmissione dati di nuova generazione a 40G e 100G. Si prevede che la componente a 40G soddisfi un'esigenza immediata nel mercato dei data center, mentre si prevede che la componente a 100G soddisfi le esigenze di calcolo ad alte prestazioni, aggregazione di rete, commutazione di rete centrale e applicazioni di routing.
La richiesta di autorizzazione del progetto (PAR) include attualmente un obiettivo per la fibra multimodale su distanze di almeno 100 metri su fibra OM3. In una seconda riunione nel maggio 2008, il gruppo di lavoro IEEE 802.3ba ha adottato diverse raccomandazioni per gettare le basi per la bozza iniziale degli standard 40G e 100G. Il gruppo di lavoro ha scelto l'ottica parallela come base per il nuovo standard, che prevede di finalizzare entro la metà del 2010. Gli standard tendono generalmente a trainare le vendite per tre anni, quindi le prime vendite ai primi utilizzatori sono prevedibili nella seconda metà del 2013. Considerando che un tipico sistema di cablaggio strutturato può essere sfruttato appieno per quindici-vent'anni, ha senso, sia dal punto di vista strategico che finanziario, valutare l'implementazione di reti 40/100G fin da ora.
L'ultimo standard di cablaggio strutturato per i data center, EN 50173-5, richiede che tutto il cablaggio segua un'architettura centralizzata, con i cavi che originano dal punto di distribuzione locale (armadio apparecchiature) e ritornano a un distributore principale centrale (eventualmente tramite un distributore di zona). 
Il cablaggio in fibra ottica utilizzato deve essere almeno di grado OM3 e la connettività deve essere stabilita utilizzando connettori LC duplex o connettori MTP o MPO ad alta densità. La combinazione dei requisiti della norma EN 50173-5 con la proposta IEEE 802.3ab per garantire una transizione fluida da 10G a 40G e infine a 100G può essere realizzata solo implementando un sistema di cablaggio strutturato che utilizzi la connettività MTP ad alta densità tra il distributore principale e il punto di distribuzione locale. Ciò consentirebbe l'implementazione odierna di un sistema a 10G utilizzando moduli duplex LC MTP (Micro-Polymer Cable) e una successiva transizione a 40G e 100G utilizzando la connettività MTP a 12 fibre senza la necessità di reinstallare il cablaggio. La migrazione dalle velocità di trasmissione dati Ethernet a 10G a quelle a 40G e 100G può essere realizzata solo con lo sviluppo e l'implementazione di sistemi di cablaggio strutturato basati su: (1) fibra ottica multimodale a banda larga da 50 µm ottimizzata per laser; (2) connettività modulare ad alta densità; e (3) trasmissione ottica parallela. Solo un sistema di questo tipo può fornire l'affidabilità, la gestibilità, la flessibilità e la scalabilità necessarie per garantire un percorso di migrazione agevole verso velocità di trasmissione superiori.
La fibra ottica OM3
è la qualità minima di fibra attualmente in discussione nel gruppo di lavoro IEEE 802.3ab per trasmissioni a 40G o 100G. Con un nucleo da 50 mm e un profilo dell'indice di rifrazione ottimizzato per l'uso con laser VCSEL a 850 nm, le fibre OM3 possono raggiungere distanze fino a 300 m per trasmissioni a 10G e un obiettivo di 100 m per 40G e 100G. I test iniziali hanno dimostrato che è possibile raggiungere distanze di circa 150 m con fibre OM3 a larghezze di banda di 2000 MHz·km. Si ritiene che, utilizzando fibre OM3 ad alte prestazioni con larghezze di banda superiori a 4700 MHz·km, le lunghezze raggiungibili supereranno i 250 m a velocità di trasmissione di 100G.
Un recente studio sulle lunghezze di collegamento dei cavi nei data center ha rilevato che una distanza di 100 metri copre quasi il 70% di tutte le lunghezze dei cavi nei data center, mentre 250 metri coprirebbero circa il 99% di tutti i collegamenti. Attualmente non ci sono discussioni o proposte all'interno del gruppo di lavoro IEEE 802.3ae per l'utilizzo di fibre OM1 o OM2 di qualità inferiore, poiché la loro struttura e larghezza di banda sarebbero proibitive. Pertanto, affinché un sistema di cablaggio sia in grado di gestire la prossima generazione di tecnologie, è essenziale implementare almeno fibre OM3 di alta qualità.
Proposte di trasmissione a 40G e 100G
Il gruppo di lavoro IEEE 802.3ae sta attualmente esaminando tre protocolli di trasmissione per raggiungere la trasmissione a 100G:
• Multiplexing a divisione spaziale parallela (SDM) su fibra multimodale OM3.
• Multiplexing a divisione di lunghezza d'onda a 2 lunghezze d'onda su fibra multimodale OM3 (CWDM).
• Multiplexing a divisione di lunghezza d'onda a 10 lunghezze d'onda su fibra monomodale OS2 (CWDM).
Il primo metodo utilizzerà laser VCSEL a basso costo per trasmettere in parallelo dieci segnali discreti a 10G su dieci fibre separate, per poi ricombinarli all'estremità di accoppiamento. Questo approccio presenta numerosi vantaggi, a cominciare dal fatto che si tratta del dispositivo più economico e del sistema più economico per pilotare e raffreddare i laser. Il secondo metodo trasmetterà due lunghezze d'onda a 10G da cinque fibre, per una trasmissione totale di 100G. Questo metodo utilizzerà la tecnologia WDM (Wavelength Division Multiplexing), più costosa, e richiederà un maggior numero di laser discreti per raggiungere la stessa trasmissione a 100G. Il terzo metodo trasmetterà dieci lunghezze d'onda a 10G da una singola fibra, per una trasmissione totale di 100G. Questo metodo utilizzerà la tecnologia laser monomodale e la tecnologia WDM, decisamente più costosa. Si stima che il Metodo 2, a 100 metri, offra un guadagno di circa il 50% rispetto al Metodo 1, mentre il Metodo 3 offra un guadagno di circa il 100%. Pertanto, si prevede che la tecnologia vincente utilizzerà trasmissioni parallele su fibra multimodale. La trasmissione di segnali paralleli su più fibre non è una tecnologia nuova; le trasmissioni Infiniband, che utilizzano 4, 8 e 12 fibre, esistono dal 1999 e sono impiegate principalmente nel calcolo ad alte prestazioni e nei cluster di server. Tutti questi dispositivi di trasmissione utilizzano l'interfaccia del connettore MTP/MPO e integrano trasmettitori VCSEL nello stesso spazio occupato dalle fibre all'interno del connettore MTP/MPO.
Connettività modulare ad alta densità:
oltre ai requisiti operativi, la scelta della connettività fisica riveste un ruolo fondamentale nel fornire un percorso di migrazione per le implementazioni di cablaggio strutturato a supporto delle architetture ottiche parallele. In questo contesto, l'opzione preferibile è rappresentata dalle reti ottiche MTP/MPO ad alta densità con terminazione di fabbrica, ovvero reti ottiche basate su OM3 che includono trunk, moduli di sblocco e cablaggi di sblocco. I trunk MTP/MPO non solo consentono di risparmiare fino all'80% del tempo di installazione rispetto alle soluzioni ottiche tradizionali, ma soprattutto offrono la flessibilità di trasmettere segnali seriali e paralleli. Anche la connettività basata su MTP è un fattore critico. I connettori MTP/MPO rappresentano una tecnologia robusta e matura, in grado di supportare trasmissioni a 40/100G. Lo stesso vale per il Quad Pluggable Transmitter (QSFP) di recente sviluppo, un modulo ottico parallelo ad alta densità con un connettore di interfaccia a 12 fibre, frutto di uno sforzo congiunto di diverse società di telecomunicazioni per definire uno standard di trasmettitore ottico a 4 canali altamente integrato.
Trasmettitore ottico QSFP:
Nonostante la comprovata affidabilità e robustezza del connettore per la gestione delle velocità di trasmissione dati di nuova generazione, problematiche quali il budget di perdita totale del connettore assegnato per 40/100G e l'indice di angolo massimo consentito devono essere gestite in modo efficiente per ottenere sistemi ottici paralleli ottimali. Per minimizzare l'effetto della perdita totale del connettore, i produttori si impegnano a sviluppare sofisticati sistemi di lucidatura in fabbrica per garantire la massima precisione e il più stretto allineamento necessari per prestazioni ottimali in determinate condizioni meccaniche e ambientali. Tuttavia, in assenza di standard di settore, il sistema di lucidatura di ciascun assemblatore di cavi varia, con conseguenti geometrie di finitura differenti.
Sebbene il gruppo di lavoro IEEE 802.3ba non abbia ancora stabilito uno standard per il posizionamento dell'inclinazione ottica per le applicazioni 40/100G (è attualmente in fase di discussione, ma non è stata ancora presa una decisione definitiva), l'indice di inclinazione ottica è un fattore di fondamentale importanza per le trasmissioni ottiche parallele. L'inclinazione può essere definita come la differenza nel tempo di volo tra i segnali luminosi che viaggiano in fibre diverse. Se l'indice di skewness è troppo elevato, ovvero se si verifica un ritardo considerevole tra gli impulsi ottici più veloci e quelli più lenti, è probabile che si verifichino guasti di trasmissione sotto forma di latenza e tassi di errore di bit. In assenza di standard, i criteri di skewness del cavo InfiniBand 12X-QDR sono diventati il parametro di riferimento per le prestazioni di skewness alle velocità di 40/100G. InfiniBand 12X-QDR è un protocollo che utilizza la trasmissione ottica parallela, in cui 12 fibre trasmettono a 10G e 12 fibre ricevono a 10G, per una velocità di trasmissione dati totale di 120G: è proprio questa configurazione che lo rende paragonabile alla prossima generazione di 40G.
La specifica InfiniBand 12X-QDR richiede un'angolarità massima di 0,75 ns nel sistema di cablaggio, comprese le fibre ottiche e i connettori MTP/MPO. Le architetture di cavi ottici che soddisfano i requisiti di angolarità dei cavi InfiniBand 12X-QDR sono considerate a prova di futuro, in quanto in grado di garantire una transizione agevole alle trasmissioni ottiche parallele 40/100G.
Proposta OM4:
L'Organizzazione Internazionale per la Standardizzazione (ISO) e la Commissione Tecnica Internazionale per l'Elettricità (IEC), attraverso uno dei loro gruppi di lavoro congiunti (ISO/IEC JTC1 SC25 WG3), hanno proposto la standardizzazione della fibra multimodale ad alta larghezza di banda all'inizio del 2008. La nuova categoria provvisoria di fibra è stata denominata OM4 ed è destinata a supportare soluzioni Ethernet 40/100G. Le specifiche di livello prestazionale sono significativamente superiori a quelle dello standard OM3: più del doppio della larghezza di banda, maggiore distanza operativa e minori costi di implementazione del sistema (minore numero di fibre ottiche parallele necessarie).
La standardizzazione di OM4 era prevista per la fine del 2009 o l'inizio del 2010.
