OCP EMEA 2025: FiberMall demonstra módulos ópticos plugáveis ​​de 800G com sistemas de resfriamento por imersão

Os módulos ópticos plugáveis ​​tradicionais incorporam processadores de sinais digitais (DSPs) que realizam a equalização digital completa para sinais elétricos e ópticos. Como esses DSPs consomem muita energia, respondendo por mais de 40% do consumo total, esforços foram feitos em transceptores de 800G e superiores para reduzir o consumo de energia, eliminando completamente o DSP. A abordagem Linear Pluggable Optical (LPO) alcança economias significativas de energia ao remover o DSP, enquanto o design Linear Hybrid Pluggable Optical (LRO), que retém apenas uma parte da funcionalidade do DSP, também oferece reduções significativas de energia. Espera-se que tais melhorias sejam facilitadores essenciais para aplicações de IA e aprendizado de máquina.

A eliminação do DSP em módulos LPO não apenas reduz o consumo de energia, como também elimina a função de retemporização. Um dos benefícios mais evidentes é a redução da latência — um recurso particularmente vantajoso para aplicações de inteligência artificial. Além disso, a menor quantidade de componentes ajuda a reduzir o custo total do módulo.

Outro benefício importante é o aumento da confiabilidade. DSPs tendem a elevar a temperatura operacional de outros componentes do módulo, o que pode afetar negativamente tanto a confiabilidade quanto o desempenho. Em contraste, módulos LPO, com menos circuitos ativos, operam em temperaturas mais baixas. Do ponto de vista do MTBF (Tempo Médio entre Falhas), a confiabilidade e o desempenho dos módulos LPO podem ser até três vezes maiores do que os de seus equivalentes equipados com DSP. Por exemplo, dados de teste de 64 portas em um switch usando a configuração 800G DR8 mostram que, mesmo com o uso de módulos ópticos LPO lineares, o desempenho da Taxa de Erro de Bits (BER) permanece excelente.

Para os módulos ópticos 800G 2*FR4 LPO, apesar do menor volume de dados, os módulos podem atingir distâncias de transmissão de até 2 km, mantendo ainda um desempenho BER muito favorável em canais curtos, médios e longos.

O uso de módulos ópticos LPO contribui para a redução geral de energia do sistema. Por exemplo, em comparação com os atuais módulos ópticos DSP de 800G, testes com um switch LPO de 51.2T demonstraram uma economia de energia de 700 W — ou 40% — e espera-se que um switch LPO de 102.4T alcance uma redução semelhante de 40%, o que equivale a uma economia de aproximadamente 1000 W. Esses dados de consumo de energia foram fornecidos pela Silicon Photonics.

A FiberMall comparou o consumo de energia de três tipos de módulos — LPO, LRO e DSP — para as configurações 800G DR8 e 800G 2*FR4. Os módulos DSP consomem 17.5 pj/bit e 17.1 pj/bit, respectivamente. Em contraste, o consumo de energia dos módulos LPO é de 9 pj/bit e 9.7 pj/bit, respectivamente, representando uma melhoria de aproximadamente 50% na eficiência energética. Os módulos LRO, que representam um design intermediário, consomem 11.3 pj/bit e 11.9 pj/bit.

Evidências adicionais de redução no consumo de energia foram obtidas durante testes em que todos os 64 módulos ópticos de um switch foram operados simultaneamente. Sob condições idênticas e em diferentes velocidades de ventilador (50%, 75% e 100%), foram realizadas medições de temperatura e consumo de energia. Um switch equipado com componentes DSP apresentou um consumo total de energia aproximado de 2000 W a uma temperatura operacional próxima a 56 °C, enquanto um switch utilizando componentes LPO operou a cerca de 1600 W a temperaturas em torno de 48 °C. Além disso, a temperatura média dos módulos LPO foi aproximadamente 15 °C menor que a dos módulos DSP, indicando que os módulos LPO demandam menos energia de resfriamento.

A FiberMall também comparou diferentes métodos de resfriamento. Em comparação com o resfriamento a ar, o resfriamento por imersão bifásico proporcionou uma Eficiência no Uso de Energia (PUE) significativamente melhorada, aumentando assim a eficiência energética. Como resultado, os testes foram conduzidos com transceptores projetados para serem compatíveis com o resfriamento por imersão.

Na OFC2025, experimentos foram realizados usando o switch DS5000 da Celestica configurado com links de loopback para estabelecer vários cenários de rede. Em uma imagem, a parte superior do tanque de água exibe três módulos — LPO, LRO e DSP — da esquerda para a direita.

Uma comparação adicional dos efeitos do resfriamento por imersão entre os módulos revela que o líquido de resfriamento, que tem um ponto de ebulição de 50 °C, faz com que a temperatura do módulo DSP se aproxime de 50 °C. Esse aumento resulta em bolhas visíveis na superfície do transceptor DSP. Tais observações ressaltam o alto nível de qualidade de design em muitos produtos de conectores ópticos; integradores ou clientes precisam apenas projetar jumpers de fibra óptica personalizados para o líquido de resfriamento específico. Esses jumpers garantem que o líquido não entre no transceptor, mantendo a força de mola suficiente. Embora as diferenças de temperatura entre os três módulos sejam mínimas, há uma tendência a uma maior taxa de erro nos módulos DSP. Notavelmente, a demonstração do desempenho em nível de módulo foi conduzida pelo fabricante do transceptor.

Em conclusão, os módulos ópticos plugáveis ​​lineares (LPO) que eliminam o DSP do transceptor oferecem diversas vantagens em relação aos módulos tradicionais baseados em DSP. Essas vantagens incluem menor consumo de energia tanto no nível do módulo quanto do sistema, menor latência, custos reduzidos e maior confiabilidade. A demonstração da FiberMall do módulo óptico plugável 800G com resfriamento por imersão demonstra uma melhoria significativa na eficiência energética. No entanto, até o momento, a interoperabilidade em nível de sistema tem sido limitada, ressaltando a necessidade de mais pesquisas e avanços em módulos ópticos resfriados por imersão.