Što je tehnologije međusobnog centra podataka

Evolucija optičke povezanosti u modernim podatkovnim centrima

 

 

 

Evolucija optičke međusobne povezanosti u skali - izlaznih podatkovnih centara

---

 

Optička vlakna pojavila se kao primarni medij za međusobno povezivanje za komunikaciju podataka, igrajući neophodnu ulogu u prijenosu podataka na različitim mjerilima. Prijelaz iz bakra - rješenja na optičkim međusobnim vezama predstavlja temeljni pomak u načinu na koji moderni podatkovni centri pristupaju izazovima visoke - brzine komunikacije.

 

 

Prijelaz s bakra (lijevo) na optička vlakna (desno) revolucionirao je povezanost podatkovnog centra omogućavajući veće brzine na većim udaljenostima s manjom potrošnjom energije.

 

Različite optičke tehnologije u nastajanju postale su održive alternative za rješavanje tehničkih izazova s ​​kojima se mreže suočavaju tijekom horizontalnog skaliranja, značajno poboljšavajući performanse i učinkovitost velikih implementacija podatkovnog centra u skali.

 

Budućnost tehnologija međusobnog centra podataka obuhvaća sveobuhvatnu integraciju primopredajnika multipleksiranja podjele valne duljine (WDM) kao modularnih građevnih blokova unutar infrastrukture Data Center. U naprednim arhitekturama tradicionalni paralelni optički primopredajnici koji povezuju mahune i povezivanje podloga s prekidačima jezgre zamjenjuju se integriranim primopredajcima WDM -a koji rade brzinom od 40 g, 100 g i 400 g.

 

 

Evolucija međusobnih veza podataka

 

Ova tehnološka evolucija omogućava agregaciju svih električnih kanala s istim odredištem koristeći jedno vlakno, dramatično smanjujući složenost vlaknaste infrastrukture uz održavanje visoke propusnosti. Kako bi optimizirali potrošnju energije u ovim naprednim arhitekturama, širina pojasa međusobno povezivanje između mahuna može se dinamički prilagoditi kako bi odgovarala potrebnim zahtjevima mrežne propusnosti. Ovaj adaptivni pristup raspodjeli propusnosti predstavlja značajan napredak u tehnologijama međusobnog povezivanja podatkovnog centra, omogućujući učinkovitiju upotrebu resursa i smanjujući operativne troškove.

 

 

Visoke - brzine optičke tehnologije i komponente

---

 

Inovacije VCSEL, DFB i Silicon Photonics

 

Razvoj visokih - brzih optičkih komponenti ključan je u unapređenju tehnologija interkonektiranja podatkovnog centra. Niska - snaga, niska - Površina površine vertikalne šupljine koja emitira lasere (vcsels) zajedno s multimodnim vlaknima (MMF) igrali su ključnu ulogu u omogućavanju 10 GB/s stope komunikacije u podatkovnim centrima.

 

Tehnologija	Ubrzati	Udaljenost	Potrošnja energije	Koštati
VCSEL + MMF	Do 25 GB/s	Do 100m	Nizak	Nizak
DFB + SMF	Do 100 GB/s	Do 2 km	Srednji	Srednji
Silikonska fotonika	Do 400 GB/s	Do 10 km	Nizak - medij	Smanjenje
Koherentna optika	400G+	10km+	Viši	Viši

 

Iako je postignut značajan napredak u proizvodnji veće - brzine VCSELS pomoću alternativnih materijala, postizanje brzine značajno veće od 10 GB/s, uz održavanje pouzdanosti i prinosa, ostaje značajan izazov.

 

 

Ograničenja tradicionalne VCSEL tehnologije postaju očita kada se razmatraju udaljenost - ograničenja proizvoda propusnosti nametnute modalnom disperzijom. Pri 10 GB/s brzine podataka, maksimalna udaljenost komunikacije manje od pokrivanja cjelokupnih objekta podatkovnog centra, a taj raspon pokrivenosti brzo se smanjuje kako se stope podataka povećavaju. Da bi prevladali ta ograničenja i postigli raspon pokrivanja većim od 300 metara pri brzini od 10 GB/s, podatkovni centri sve su više prihvatili snažniji, ali skuplji laseri distribuiranih povratnih informacija (DFB) upareni s jednim - vlaknima (SMF).

 

Kako industrija gura brzinu kanala s 10 GB/s do 25 GB/s i šire, novi kvarterni materijali poput Ingaalas/InP koriste se u DFB laserskim dizajnima kako bi se osiguralo vrhunske temperaturne performanse - pri povišenim brzinama. Inovativne DFB laserske strukture, uključujući kratke - dizajne šupljine i leće - integriranu površinu - emitiranje konfiguracija, potvrđene su kako bi ponudile veću širinu pojasa i umornu spektralnu širinu u odnosu na vcsels.

 

Silicijska fotonika pojavila se kao transformativna tehnologija u rješavanju energetske učinkovitosti i izazova troškova povezanih s tradicionalnim III - v Složeni optički primopredajnik poluvodiča. Unatoč tome što je silicijski neizravni pojas ograničavao svoju učinkovitost kao poluvodički laserski materijal, nudi izvrsnu toplinsku vodljivost, transparentnost na tradicionalnim telekomunikacijskim valnim duljinama i niske karakteristike buke kada se koristi za množenje lavina zbog visoke stope ionizacije elektrona/rupa.

 

 

Nedavni proboji u silicijskoj fotonici uključuju visoke - učinkovitost germanijski fotodetektori, visoki - silikonski modulatori brzine s minimalnom potrošnjom energije prebacivanja i germanijskim/silicijskim laserskim razvojem. Čvrsta integracija elektronike i fotonike koje omogućuju ove tehnologije omogućava veću propusnost na nižim razinama potrošnje energije, pozicionirajući silicijsku fotoniku kao ključni pokretač za poboljšanje fleksibilnosti podatkovnog centra, energetske učinkovitosti i smanjenja troškova.

 

 

Tehnologije multipleksiranja za skaliranje propusnosti

---

 

Multipleksiranje svemirske podjele

 

Implementacija tehnika multipleksiranja ključna je za skaliranje širine pojasa međusobno povezivanje u modernim tehnologijama međusobnog centra podataka. Multipleksiranje podjele prostora (SDM) i multipleksiranje podjele valne duljine (WDM) učinkovito utječu na paralelizam svojstven računalnim arhitekturama i prebacivanju čipova, što ih čini dvije najčešće raspoređene tehnologije multipleksiranja u okruženjima podatkovnog centra.

 

Usporedba tehnika multipleksiranja

 

Najjednostavniji pristup povećanju širine pojasa kroz SDM uključuje posvećenje pojedinih vlakana svakom kanalu, s laserskim i fotodetektorskim nizovima raspoređenim na obje krajnje točke. Paralelni optički primopredajnici koji koriste vrpce i MPO konektori široko su raspoređeni u podatkovnom centru i visoko - računalnim okruženjima performansi.

 

Osim tradicionalnih implementacija kabela paralelne vrpce, multi - Core Fiber (MCF) tehnologija koja je prvobitno razvijena za dugu - telekomunikacije na daljinu privukle su pažnju u aplikacijama podatkovnog centra. MCF tehnologija omogućuje više jezgara da dijele jednu oblogu unutar jednog vlakana, a primjenom spojnica rešetke MCF može biti izravno povezan s laserskim i fotodetektorskim nizovima pomoću konvencionalnih LC priključaka. Ovaj pristup značajno poboljšava gustoću međusobne povezanosti omogućavajući više jezgara (a time i veću propusnost) unutar jednog kabela.

 

Multipleksiranje podjele valne duljine

 

WDM tehnologija, koja je u proteklih desetljeća opsežno raspoređena u metrou i dugom - prijenosnim mrežama, sada se razvija kako bi se riješile jedinstvene zahtjeve interkonekcijskih tehnologija podataka kratkih {}}}. Usvajanje WDM -a u okruženjima podatkovnog centra pokreće se potrebom smanjenja režijskih troškova, uz kontinuirano povećanje propusnosti veze.

 

 

Provedba WDM -a u tehnologijama interkonekcije podatkovnog centra mora se pozabaviti nekoliko kritičnih razmatranja:

 

Razmatranja infrastrukture vlakana

---

 

Izbor između jednostrukih - moda Fiber (SMF) i multimode vlakana (MMF) predstavlja kritičnu odluku u implementaciji tehnologija interkonektiranja podatkovnog centra. Iako su međusobno povezani međusobno povezani stalak -, koji se bave tradicionalno dominiraju stalkom - do - stalka s stazama od 10 g stope zbog niskih troškova primopredajnih tvari, ograničenja MMF u pogledu propusnosti (približno 10 gb/s preko nekoliko metara) su odvedena u porast metara) Udaljenost.

 

Usporedba performansi tipa vlakana

 

SMF tehnologija nudi nekoliko uvjerljivih prednosti za implementaciju podatkovnog centra. Kao zreli, nisko - košta komercijalnu tehnologiju s jednostavnom strukturom, SMF se desetljećima koristi u telekomunikacijskoj industriji. Jedan SMF može podržati desetke do stotine terabita u sekundi propusnosti kroz WDM tehnologiju, gdje više parova primopredajnika djeluju na različitim valnim duljinama unutar istog vlakana.

 

 

Prednosti SMF - Tehnologije interkonekcije podatkovnog centra temeljene na centru postaju sve vidljivije kako se podatkovni centri skaliraju od 10GE do 40GE, 100GE i 400GE brzine. SMF implementacije pružaju značajnu uštedu troškova kabela i smanjenje volumena kroz generacije mrežne arhitekture, nudeći prednosti i kapitalnih i operativnih troškova.

 

Skalabilnost širine pojasa međusobno povezivanje uvelike je poboljšana sa SMF -om, jer se brzine kanala valne duljine mogu povećati unutar istih vlakana, a ne zahtijevati dodatna paralelna vlakna kao u interkonektima MMF -a. Maksimalni raspon međusobnih povezivanja također se značajno proširuje uz smanjenje broja vlakana i zahtjeva za patch pločama.

 

Energija - proporcionalni optički međusobno povezani

---

 

Tradicionalne mreže hijerarhijskog centra podataka potrošile su relativno malo snage u usporedbi s poslužiteljima zbog visoke konvergencije propusnosti na svakom sloju i niske stope korištenja poslužitelja. Međutim, u skali - mrežne arhitekture, značajno povećanje propusnosti bisekcije i poboljšane upotrebe poslužitelja transformirali su potrošnju mreže s manje od 12% u značajan dio ukupne potrošnje energije podatkovnog centra.

 

Distribucija napajanja podatkovnog centra

 

Osim implementacije niskih - optičkih primopredajnika snage, mrežna učinkovitost može se dodatno poboljšati čineći potrošnju komunikacijske energije proporcionalnom količini prenesenih podataka. Moderne tehnologije za međusobno povezivanje podataka omogućuju to kroz mogućnosti dinamičkog raspona i u isporuci snage i propusnosti.

 

Optički međusobno povezivanje i pripadajući visoki - Speed ​​Serializer/Deserializer (SERDES) krugovi pokazuju velike dinamičke raspone u struji i propusnosti. Komercijalni sklopni čipovi mogu ručno prilagoditi brzinu podataka veza na više kanala, pri čemu svaki kanal može raditi pri brzinama do 10 GB/s. Ova fleksibilnost omogućuje dinamički raspon od 64% u potrošnji energije i 16 × u performansama, omogućujući aktiviranje manje kanala i rada pri nižim stopama podataka kako bi se smanjila potrošnja energije optičke veze.

I Infiniband i Ethernet protokoli podržavaju konfiguraciju veze pri navedenim brzinama i širinama, s vremenima reaktivacije veze u rasponu od nanosekundi do mikrosekundi. Kada se brzine veza promijene između 10 GB/s, 20 GB/s i 40 GB/s sa sva četiri aktivna kanala, čip jednostavno prilagođava propusnost za oporavak podataka (CDR) i Re - zaključava CDR. Budući da većina modernih implementacija Serdesa koristi digitalni CDR na putu prijema, postupak zaključavanja za različite brzine podataka je brz, obično se dovršava unutar 50 nanosekundi u normalnim uvjetima i 100 nanosekundi u najgorim - scenarijima.

 

 

Napredna modulacija i obrada signala

---

 

While space and wavelength division multiplexing represent the primary approaches for bandwidth scaling in data center interconnect technologies, other techniques such as optical orthogonal frequency division multiplexing (O-OFDM) and multi-level or advanced modulation formats can further extend single-fiber bandwidth and capacity. Međutim, ove metode zahtijevaju module za pretvorbu brzine za kodiranje signala, zajedno s ASIC čipovima za digitalnu obradu signala (DSP) i analognim - do - digitalnog/digitalnog - do - analognih pretvarača.

 

 

Trgovina - odlazi između spektralne učinkovitosti, potrošnje energije, raznolikosti puta i složenosti kabliranja i dalje utječe na dizajn tehnologija međusobnog povezivanja podatkovnog centra. Za intra - građevinske mreže poželjne su mrežne topologije s bogatom povezanošću, što omogućava neku žrtvu u spektralnoj učinkovitosti kako bi se postigla niža potrošnja energije, smanjene troškove primopredajnika i bogatije mrežne strukture. Međutim, pri većim slojevima agregacije ili u inter - građevinskim mrežama gdje je širina pojasa koncentrirana na točku - na - točke veze, a implementacija tamnih vlakana je skupa, gusta multipleksiranje valne duljine (DWDM) s većim spektralnim učinkovitošću.

 

 

Izazovi integracije i pakiranja

---

 

Uspješno implementacija Next - Generation Data Center Interconnect Technologies uvelike ovisi o prevladavanju različitih izazova pakiranja i integracije. Kako se stalak - unutarnja stopa komunikacije povećavaju iznad 10 GB/s, tradicionalni bakreni kabeli zamjenjuju se optičkim komponentama zbog glomazne prirode, velike potrošnje energije i značajnih gubitaka pasivnih i aktivnih bakrenih kabela pri visokim stopama podataka, ograničavajući njihovu upotrebu u nizu od samo nekoliko metara.

 

 

Usvajanje IC - tipa rješenja optičkih pakiranja, kao što je Light Peak Technology, obećava da će revolucionirati povezivanje podatkovnog centra kroz niski - trošak, kratki - optičke optičke uređaje. Naredne godine svjedoci će komercijalizacije mrežnih sučelja (NICS) s niskim - Trošak N × 10G optičkih sučelja. Uz to, prebacivanje čipova uključivat će izvorne PHY podrške za 10 g serijskih sučelja, dodatno smanjujući troškove i potrošnju energije.

 

Integracija fotonike s elektronikom predstavlja kritičnu prekretnicu u unapređenju tehnologija međusobnog centra podataka. Čvrsto spajanje između elektroničkih i fotonskih komponenti omogućuje veću propusnost na nižim razinama potrošnje energije, dok CMOS - kompatibilni proizvodni procesi obećavaju da će smanjiti troškove ekonomijom razmjera. Međutim, realiziranje ovih prednosti zahtijeva rješavanje brojnih izazova koji se odnose na toplinsko upravljanje, gustoću pakiranja i prinos proizvodnje.