Apakah teknologi interconnect pusat data

Evolusi interkoneksi optik di pusat data moden

 

 

 

Evolusi interkoneksi optik dalam skala - keluar pusat data

---

 

Serat optik telah muncul sebagai medium interkoneksi utama untuk komunikasi pusat data, memainkan peranan yang sangat diperlukan dalam penghantaran data merentasi pelbagai skala. Peralihan dari penyelesaian berasaskan tembaga - kepada interkoneksi optik mewakili peralihan asas bagaimana pusat data moden mendekati cabaran tinggi komunikasi kelajuan -.

 

 

Peralihan dari tembaga (kiri) ke serat optik (kanan) telah merevolusikan sambungan pusat data dengan membolehkan kelajuan yang lebih tinggi lebih jauh dengan penggunaan kuasa yang lebih rendah.

 

Pelbagai teknologi optik yang baru muncul telah menjadi alternatif yang berdaya maju untuk menangani cabaran teknikal yang dihadapi oleh rangkaian semasa skala mendatar, meningkatkan prestasi dan kecekapan penyebaran pusat data besar-.

 

Masa depan teknologi interconnect pusat data merangkumi integrasi komprehensif bagi transceiver pembahagian panjang gelombang (WDM) sebagai blok bangunan modular dalam infrastruktur pusat data. Dalam seni bina canggih, transceiver optik selari tradisional yang menghubungkan pod dan menghubungkan pod ke suis teras digantikan dengan transceiver WDM bersepadu yang beroperasi pada kelajuan 40g, 100g, dan 400g.

 

 

Evolusi Pusat Data Sambungan Kelajuan

 

Evolusi teknologi ini membolehkan pengagregatan semua saluran elektrik dengan destinasi yang sama menggunakan serat tunggal, secara dramatik mengurangkan kerumitan infrastruktur serat sambil mengekalkan kapasiti jalur lebar yang tinggi. Untuk mengoptimumkan penggunaan kuasa dalam seni bina canggih ini, jalur lebar interkoneksi di antara pod boleh diselaraskan secara dinamik untuk memadankan tuntutan jalur lebar rangkaian yang diperlukan. Pendekatan penyesuaian untuk peruntukan jalur lebar mewakili kemajuan yang signifikan dalam teknologi interkoneksi pusat data, membolehkan penggunaan sumber yang lebih cekap dan mengurangkan kos operasi.

 

 

Teknologi dan komponen optik kelajuan tinggi -

---

 

VCSEL, DFB, dan Inovasi Photonics Silicon

 

Perkembangan komponen optik kelajuan tinggi - telah memainkan peranan penting dalam memajukan teknologi interkoneksi pusat data. Low - kuasa, rendah - kos laser permukaan rongga menegak (VCSELs) ditambah dengan serat multimode (MMF) telah memainkan peranan penting dalam membolehkan kadar komunikasi 10 GB/s dalam pusat data.

 

Teknologi	Kelajuan	Jarak	Penggunaan kuasa	Kos
VCSEL + MMF	Sehingga 25 GB/s	Sehingga 100m	Rendah	Rendah
DFB + SMF	Sehingga 100 gb/s	Sehingga 2km	Medium	Medium
Silicon Photonics	Sehingga 400 gb/s	Sehingga 10km	Rendah - medium	Berkurangan
Optik yang koheren	400G+	10km+	Lebih tinggi	Lebih tinggi

 

Walaupun kemajuan yang signifikan telah dibuat dalam pembuatan lebih tinggi - VCSEL kelajuan menggunakan bahan alternatif, mencapai kelajuan dengan ketara melebihi 10 GB/s sambil mengekalkan kebolehpercayaan dan hasil tetap menjadi cabaran yang besar.

 

 

Keterbatasan teknologi VCSEL tradisional menjadi jelas apabila mempertimbangkan jarak - kekangan produk jalur lebar yang dikenakan oleh penyebaran modal. Pada kadar data 10 GB/s, jarak komunikasi maksimum tidak mencukupi untuk meliputi kemudahan pusat data keseluruhan, dan liputan ini berkurangan dengan cepat apabila kadar data meningkat. Untuk mengatasi batasan -batasan ini dan mencapai julat liputan melebihi 300 meter pada kelajuan 10 GB/s, pusat data semakin banyak mengadopsi lebih banyak maklum balas yang diedarkan lebih kuat namun lebih mahal (DFB) yang dipasangkan dengan serat mod tunggal - (SMF).

 

Memandangkan industri itu mendorong kelajuan saluran dari 10 GB/s hingga 25 GB/s dan seterusnya, bahan -bahan kuartal baru seperti InGaAlas/INP sedang digunakan dalam reka bentuk laser DFB untuk menyediakan prestasi suhu tinggi - yang tinggi pada kelajuan tinggi. Struktur laser DFB yang inovatif, termasuk reka bentuk dan lensa rongga - pendek - permukaan bersepadu - memancarkan konfigurasi, telah disahkan untuk menawarkan lebar jalur lebar dan lebar spektrum yang lebih tinggi berbanding dengan VCSel.

 

Silicon Photonics telah muncul sebagai teknologi transformatif dalam menangani kecekapan tenaga dan cabaran kos yang berkaitan dengan tradisional III - V kompaun transceiver optik semikonduktor. Walaupun bandgap tidak langsung Silicon mengehadkan keberkesanannya sebagai bahan laser semikonduktor, ia menawarkan kekonduksian terma yang sangat baik, ketelusan pada panjang gelombang telekomunikasi tradisional, dan ciri -ciri bunyi yang rendah apabila digunakan untuk pendaraban longsor kerana kadar pengionan perlanggaran elektron/lubang tinggi.

 

 

Kejayaan terkini dalam fotonik silikon termasuk tinggi - kecekapan photodetectors germanium, tinggi - modulator silikon kelajuan dengan penggunaan tenaga beralih minimum, dan perkembangan laser germanium/silikon. Integrasi ketat elektronik dan fotonik yang dibolehkan oleh teknologi ini membolehkan jalur lebar yang lebih tinggi pada tahap penggunaan kuasa yang lebih rendah, meletakkan fotonik silikon sebagai pemboleh utama untuk meningkatkan fleksibiliti pusat data, kecekapan tenaga, dan pengurangan kos.

 

 

Teknologi multiplexing untuk skala jalur lebar

---

 

Multiplexing Bahagian Angkasa

 

Pelaksanaan teknik multiplexing adalah penting untuk skala jalur lebar interkoneksi dalam teknologi interconnect pusat data moden. Pembahagian Bahagian Ruang Multiplexing (SDM) dan Bahagian Gelombang Multiplexing (WDM) berkesan memanfaatkan paralelisme yang wujud dalam seni bina komputer dan menukar cip, menjadikan mereka dua teknologi multiplexing yang paling banyak digunakan dalam persekitaran pusat data.

 

Perbandingan teknik multiplexing

 

Pendekatan paling mudah untuk meningkatkan jalur lebar melalui SDM melibatkan mendedikasikan serat individu ke setiap saluran, dengan array laser dan photodetector yang digunakan di kedua -dua titik akhir. Transceiver optik selari menggunakan serat reben dan penyambung MPO telah digunakan secara meluas di pusat data dan persekitaran pengkomputeran prestasi tinggi -.

 

Di luar pelaksanaan kabel reben selari tradisional, teknologi serat teras (MCF) multi - yang asalnya dibangunkan untuk telekomunikasi jarak jauh - telah mendapat perhatian dalam aplikasi pusat data. Teknologi MCF membolehkan beberapa teras untuk berkongsi pelapisan tunggal dalam satu serat tunggal, dan melalui penggunaan pengganding grating, MCF boleh disambungkan secara langsung kepada array laser dan photodetector menggunakan penyambung LC konvensional. Pendekatan ini meningkatkan ketumpatan interkoneksi dengan membolehkan lebih banyak teras (dan dengan itu lebih lebar jalur) dalam satu kabel.

 

Multiplexing Bahagian Panjang Gelombang

 

Teknologi WDM, yang telah digunakan secara meluas di Metro dan Long - rangkaian penghantaran haul sepanjang dekad yang lalu, kini berkembang untuk menangani keperluan unik - Teknologi Interconnect Data Data Jarak. Penggunaan WDM dalam persekitaran pusat data didorong oleh keperluan untuk mengurangkan overhead kabel sambil terus meningkatkan jalur lebar pautan.

 

 

Pelaksanaan WDM dalam teknologi interconnect pusat data mesti menangani beberapa pertimbangan kritikal:

 

Pertimbangan infrastruktur serat

---

 

Pilihan antara serat mod - tunggal (SMF) dan serat multimode (MMF) mewakili keputusan kritikal dalam melaksanakan teknologi interconnect pusat data. Walaupun interkoneksi berasaskan MMF - telah menguasai rak - ke - komunikasi rak pada kadar baris 10g disebabkan oleh kos transceiver yang rendah, batasan MMF dari segi lebar dan jangkauan (kira -kira 10 gb/ Malah untuk jarak yang lebih pendek.

 

Perbandingan Prestasi Jenis Serat

 

Teknologi SMF menawarkan beberapa kelebihan yang menarik untuk penyebaran pusat data. Sebagai teknologi komersil yang rendah - dengan struktur mudah, SMF telah digunakan dalam industri telekomunikasi selama beberapa dekad. SMF tunggal boleh menyokong puluhan kepada beratus -ratus terabits sesaat jalur lebar melalui teknologi WDM, di mana pasangan transceiver berbilang beroperasi pada panjang gelombang yang berbeza dalam serat yang sama.

 

 

Kelebihan SMF - Pusat Data Pusat Interconnect Technologies menjadi semakin jelas apabila skala pusat data dari 10GE hingga 40GE, 100GE, dan 400GE kelajuan. Pelaksanaan SMF menyediakan penjimatan kos kabel yang signifikan dan pengurangan jumlah di seluruh generasi seni bina rangkaian, yang menawarkan kelebihan dalam perbelanjaan modal dan operasi.

 

Skala jalur lebar interkoneksi sangat dipertingkatkan dengan SMF, kerana kadar saluran panjang gelombang dapat ditingkatkan dalam serat yang sama dan bukannya memerlukan gentian selari tambahan seperti dalam interkoneksi MMF. Julat interkoneksi maksimum juga dilanjutkan dengan ketara semasa mengurangkan kiraan serat dan keperluan ruang panel patch.

 

Tenaga - interconnects optik berkadar

---

 

Rangkaian pusat data hierarki tradisional menggunakan kuasa yang agak sedikit berbanding dengan pelayan kerana konvergensi jalur lebar yang tinggi di setiap lapisan dan kadar penggunaan pelayan yang rendah. Walau bagaimanapun, dalam skala - keluar arsitektur rangkaian, peningkatan besar dalam jalur lebar bisection dan penggunaan pelayan yang lebih baik telah mengubah penggunaan kuasa rangkaian dari kurang daripada 12% ke sebahagian besar penggunaan kuasa pusat data keseluruhan.

 

Pengagihan Kuasa Pusat Data

 

Selain menggunakan transceiver optik kuasa - yang rendah, kecekapan rangkaian dapat diperbaiki lagi dengan membuat penggunaan tenaga komunikasi berkadar dengan jumlah data yang dihantar. Teknologi Interconnect Pusat Data Moden membolehkan ini melalui keupayaan pelbagai dinamik dalam kedua -dua kuasa dan penghantaran jalur lebar.

 

Sambungan optik dan litar Serializer kelajuan/deserializer (Serdes) yang tinggi di atas kuasa dan jalur lebar. Cip pertukaran komersil boleh menyesuaikan kadar data pautan secara manual di pelbagai saluran, dengan setiap saluran yang mampu beroperasi pada kelajuan sehingga 10 GB/s. Fleksibiliti ini membolehkan julat dinamik sebanyak 64% dalam penggunaan kuasa dan prestasi 16 × dalam, yang membolehkan saluran yang lebih sedikit diaktifkan dan dikendalikan pada kadar data yang lebih rendah untuk mengurangkan penggunaan kuasa pautan optik.

Kedua -dua protokol Infiniband dan Ethernet menyokong konfigurasi pautan pada kelajuan dan lebar yang ditentukan, dengan masa pengaktifan pautan dari nanoseconds ke microseconds. Apabila kadar pautan berubah antara 10 GB/s, 20 GB/s, dan 40 GB/s dengan semua empat saluran aktif, cip hanya menyesuaikan jalur lebar Pemulihan Data Pemulihan Jam (CDR) dan Re - mengunci CDR. Oleh kerana kebanyakan pelaksanaan Serdes moden menggunakan CDR digital dalam laluan yang diterima, proses penguncian untuk kadar data yang berbeza adalah cepat, biasanya melengkapkan dalam 50 nanodekondasi di bawah keadaan normal dan 100 nanodetik dalam senario kes terburuk -.

 

 

Modulasi lanjutan dan pemprosesan isyarat

---

 

Sementara ruang dan panjang gelombang multiplexing mewakili pendekatan utama untuk skala jalur lebar di pusat data interconnect pusat data, teknik lain seperti format modulasi frekuensi ortogonal optik (o - ofdm) dan multi - Walau bagaimanapun, kaedah ini memerlukan modul penukaran kadar untuk pengekodan isyarat, bersama dengan cip ASIC untuk pemprosesan isyarat digital (DSP) dan analog - ke - digital/digital {{6}

 

 

Perdagangan - antara kecekapan spektrum, penggunaan kuasa, kepelbagaian laluan, dan kerumitan kabel terus mempengaruhi reka bentuk teknologi interconnect pusat data. Untuk rangkaian bangunan intra -, topologi mesh dengan sambungan yang kaya adalah wajar, yang membolehkan beberapa pengorbanan dalam kecekapan spektrum untuk mencapai penggunaan kuasa yang lebih rendah, mengurangkan kos transceiver, dan struktur rangkaian yang lebih kaya. Walau bagaimanapun, pada lapisan pengagregatan yang lebih tinggi atau dalam rangkaian bangunan antara - di mana jalur lebar tertumpu pada titik - ke - pautan titik dan penyebaran serat gelap adalah mahal, padat penggabungan panjang gelombang padat (DWDM) dengan kecekapan spektrum yang lebih tinggi menjadi penyelesaian yang lebih baik.

 

 

Cabaran Integrasi dan Pembungkusan

---

 

Penyebaran yang berjaya - Pusat Data Pusat Interconnect Technologies sangat bergantung pada mengatasi pelbagai cabaran pembungkusan dan integrasi. Sebagai rak - kadar komunikasi dalaman meningkat melebihi 10 GB/s, kabel tembaga tradisional digantikan oleh komponen optik kerana sifat yang besar, penggunaan kuasa yang tinggi, dan kerugian besar kabel tembaga pasif dan aktif pada kadar data yang tinggi, yang mengehadkan penggunaannya untuk hanya beberapa meter.

 

 

Penggunaan IC - jenis penyelesaian pembungkusan optik, seperti teknologi puncak cahaya, berjanji untuk merevolusikan sambungan pusat data melalui kos rendah -, pendek - peranti optik jarak jauh. Tahun -tahun akan datang akan menyaksikan pengkomersialan Kad Antara Muka Rangkaian (NICS) yang memaparkan rendah - kos n × 10g antara muka optik. Di samping itu, penukaran cip akan menggabungkan sokongan PHY asli untuk antara muka siri 10G, mengurangkan kos dan penggunaan kuasa selanjutnya.

 

Penyepaduan fotonik dengan elektronik mewakili peristiwa penting dalam memajukan teknologi interkoneksi pusat data. Gandingan ketat antara komponen elektronik dan fotonik membolehkan jalur lebar yang lebih tinggi pada tahap penggunaan kuasa yang lebih rendah, manakala CMOS - proses pembuatan yang serasi berjanji untuk mengurangkan kos melalui skala ekonomi. Walau bagaimanapun, menyedari manfaat ini memerlukan menangani pelbagai cabaran yang berkaitan dengan pengurusan haba, ketumpatan pembungkusan, dan hasil pembuatan.