随着5G和云时代的到来，超宽带逐渐成为智能时代万物互联的基石，极大地促进包括医疗、教育、电力、石油、制造、政府服务等千行百业的发展。400GE作为超宽带的新一代主流高速以太接口，已经逐渐成为IP网络基础设施的基本能力，开始了其蓬勃发展的历程。
华为自2011年起启动400GE端口的标准研发，率先走过了从标准、产品研发、试验局到商用的创新之路：
2011年，华为基于对未来网络演进需求及技术发展的预判，以及之前高速以太端口标准研究的经验，启动了400GE标准基础技术的研究。
2012年，华为启动了400GE物理层高速传输技术的研究与开发。经过对NRZ/PAM4等多种调制技术的对比研究，最终确定了将8*50Gbps PAM4(four-level Pulse Amplitude Modulation)作为主流的传输技术研究方向。面对高速光电信号调制及传输的挑战，通过光层调制与信号处理技术的结合，率先完成了8×50Gbps PAM4物理层光收发系统的研究、开发，可以支持10/40km长距离、高可靠性传输，基于对高速以太端口对技术和成本可行性的严苛要求，从而实现低成本、可规模商用的400GE产品。
2013年，IEEE 802.3正式立项400GE标准，启动技术方案讨论及制定。华为作为标准组织成员积极参与，贡献前期预研结果。
2016年12月，基于对400GE标准技术架构的理解，华为完成400GE样机的研发。
2017年10月18日，中国电信广州研究院联合华为完成业界首个400GE测试，验证了路由器400GE端口的线速转发、多业务叠加、故障上报等多个维度的功能。
2017年12月6日，作为当前最高速以太接口的400GE标准在IEEE-SA获得批准正式发布。
2019年2月27日世界移动大会期间，Safaricom宣布选择华为端到端400G解决方案建设其新一代骨干网，这是全球首个400GE端口的商用合同。
2020年4月23日，中国移动与华为携手完成NetEngine 5000E-20核心路由器基于新一代小型化光模块封装QSFP-DD的400GE测试。
2020年7月8日，江苏移动与华为完成NetEngine 5000E-20核心路由器QSFP-DD 400GE全球首个商用部署，标志着核心路由器400GE规模商用时代已经到来。
2020年10月，中国移动与华为创新部署的400GE智能超宽解决方案荣膺中国通信企业协会颁发的ICT中国创新奖之“2020年度技术创新应用奖”。
在这些里程碑式的事件背后有着华为在400GE领域的持续投入：率先启动400GE标准关键技术研究、率先完成产品样机试制、率先测试，并实现率先商用。标准是其中最关键的一环，是一项技术从“0”到“1”的诞生过程，也是规模商用的源头所在。
400GE高速以太接口面临的关键技术挑战
高速以太接口广泛应用于数据通信网络中，包括运营商、园区、数据中心等复杂应用环境，需要支持广泛的互联互通以及高可靠性、兼容性。通过400GE标准相对于100GE的的架构体系对比，可以看到400GE高速接口的关键技术挑战有哪些：
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以太接口的标准架构都是相同的，都包括由各种芯片实现的逻辑层功能和用来支持物理层高速长距离数据收发的光系统方案，主要区别在于各组件速率的提升及算法方面的优化。
从上图可以看出，相较于100GE标准架构，400GE主要面临以下技术挑战：
光物理层，也就是400GE光模块需要采用高速高阶的信号调制技术，以平衡光链路带宽极限与光通道数量极限，并可提供10/40km长距离传输。针对这些挑战，一方面需要在光器件及系统设计上进行研究创新，另一方面，也需要逻辑层的架构及算法紧密配合。
逻辑层主要有两个难题，首先是与物理层的xAUI接口需要通过PCS/PMA层提供多通道灵活数据分发机制，以适配16X25Gbps、8 X 50Gbps以及4 X 100Gbps等不同通道数量的光模块方案。其次，随着接口速率提升到400Gbps，物理层误码率也会随之劣化，这需要PCS层在超高速信号的数据帧处理保持线速能力的同时，还需要引入FEC(Forward Error Correction)前向纠错算法以降低信号误码率，保证系统长期可靠工作。
总之，400GE标准需要从系统的角度综合考虑不同子层功能的设计以及发掘性能、成本、功耗等最优取舍下的最终方案，并需要得到参与标准制定的业界公司普遍认同，以制定科学可靠的系统架构，使能成功的产业生态系统。
引入PAM4与FEC加速400GE标准落地
1)光物理层率先引入PAM4高阶调制技术，突破长距离传输瓶颈
华为在400GE物理层光收发系统方面，基于超高速以太网接口应用于运营商骨干网络实现路由器与光传输设备对接、核心路由器直连组网等场景，提出基于50Gbps PAM4调制技术的10/40km传输距离的技术方案，达到光链路带宽与光通道数量最佳平衡的同时，还可满足长期稳定工作需要。
如果采用100GE光物理层普遍采用的NRZ(Non-Return-to-Zero)调制技术，400GE光通路的数量较100GE需要增加4倍，这会带来光模块成本极大的增加。PAM4是高阶调制技术的典型代表，被广泛应用在高速信号互连、调制及传输领域。在同样波特率条件下，PAM4信号比特速率是NRZ信号的2倍，传输效率提高1倍。但由于PAM4调制技术的信号电平仅仅是NRZ的1/3，信号噪声比相对NRZ劣化，由此引起4.8dB损耗代价，即在理论上相同的噪声和速率之下，PAM4信噪比必须提高4.8dB，才能达到与NRZ相同的性能，这给400GE光物理层标准的技术可行性带来十分大的挑战。
华为创新的将PAM4技术引入光物理层，全面研究PAM4电/光调制相关技术，包括高功率收发器、长距离和高损耗链路传输下的信号处理及算法、低功耗芯片等技术，解决了PAM4信噪比低的难题。推动50Gbps PAM4的高阶调制技术应用于400GE标准的电接口、光物理层等，极大的提高了标准的健壮性、稳定性，同时还可以降低未来产品化成本。最终IEEE 802.3第一个400GE标准在10km规格中接受华为最早提出的8X50Gbps PAM4技术解决方案。
在400GE 10km标准基本定型之后，华为基于中国运营商网络的应用需求，与中国运营商合作，在IEEE 802.3发起400GE 40km标准的立项。通过对光收发物理层的深入研究，提出了挑战业界极限能力的高速、长距离传输的技术方案。首家提出基于光收发器性能增强型的8X50Gbps PAM4高阶调制方案，最终取得了光链路带宽与光通道数量的平衡，也解决了40km传输挑战的信号传输效率低的相关问题。
2)开创以太逻辑层正交复用架构先河，打造宇宙寿命接口指标
2013年，IEEE 802.3正式启动400GE标准制定的讨论过程，华为与业界参与标准制定的主要公司针对技术方案进行不断的迭代研讨，这期间最关键的问题在于如何实现保证性能及成本期望目标下的可靠技术方案。PMA层主要是实现逻辑层xAUI接口通道与光模块16*25Gbps、8*50Gbps或4*100Gbps光通道之间的灵活适配。最初业界基本认同采用基于RS FEC中多比特Symbol粒度基础上的方案，但是这个方案会增加光模块中PMA层功能的复杂性，尤其会增加光模块的生产制造成本，制约产业发展。华为基于“极简”的原则，业界首家创造性的提出了RS FEC算法基础上基于单比特正交复用的方案，替换了最初基于多比特Symbol粒度的实现方案。通过一个灵活通用的逻辑层架构，适配多种光模块物理层、构建产业生态，从而可以使得业界在构建健康高速以太接口产业上形成合力，全生态链受益。
随着50GbpsPAM4电层/光层调制技术首次在IEEE 802.3标准中引入，物理层链路存在劣化的误码率以及不同原因引起的长突发误码分布，都需要400GE以太接口逻辑层进行纠错及适配处理，最终达到400GE标准核心要求：在业界公认的宇宙寿命AOU(Age of the universe)=13.772 billion years之前，单一端口接收错误数据帧数量不能超过一个。针对这个要求，华为创新的将FEC正交复用的以太网逻辑层技术方案引入400GE高速以太接口，在400G PCS对该技术方案进行了完整的基础理论研究和基于物理原型的系统数学仿真建模，以及基于误差分析理论进行量化仿真计算，得到满足400GE标准系统要求的性能数据和系统架构，被IEEE 802.3 400GE国际标准接纳，应用于所有现在已经发布的400GE标准。
积极贡献技术成果 推动400GE商用进程
华为在400GE标准上进行创新研究、贡献核心技术，推动400GE标准成熟，提交技术文稿超过170篇以上，并承担802.3bs 200/400GE 2/10km标准工作组主席和光层标准编辑、802.3bn 50/200/400GE 40km标准工作组主席及主编职位等。华为还积极与产业界合作，率先展开400GE现网应用研究与测试，并进行了商用，全面加速了400GE产业成熟。当前华为核心路由器400GE端口在国内与海外均进行了商用，现网运行稳定，实践证明400GE可以很好地解决并行链路负载分担不均、规划复杂等问题，将端口配置工作量减少75%，简化运维。LightCounting Forest的报告显示，2019~2023年400G光模块的发货CAGR将达158%，400GE单端口规模商用时代的大门正在加速打开。面向正在到来的智能世界，华为已经启动了Beyond 400GE的研究，将持续秉承开放、创新、贡献的理念，持续为智能世界提供最优的超宽带联接基石。 
