Абстрактные: Д-р Радха Нагараджан из Inphi Corp довольна достижениями технологической индустрии в 2018 году и воодушевлена неограниченными возможностями, открытыми к 2019 году, включая рынок высокоскоростных межсоединений центров обработки данных (DCI). Географическая декомпозиция центров обработки данных станет более распространенной. Дата-центр будет продолжать расти. Кремниевая фотоника и КМОП станут ядром развития оптических модулей.
Новости ICCSZ. Как мы все знаем, технологическая индустрия достигла многих выдающихся достижений в 2018 году, и в 2019 году будет множество бесконечных возможностей, это было долгое время. Доктор Радха Нагараджан, главный технический директор Inphi, считает, что высокоскоростное соединение центров обработки данных (DCI) как один из секторов технологической индустрии также изменится в 2019 году. Вот три вещи, которые, по его ожиданиям, произойдут в центре обработки данных в этом году.
1. географическая декомпозиция центров обработки данных станет более распространенной
Потребление центра обработки данных требует существенной поддержки физического пространства, включая такую инфраструктуру, как питание и охлаждение. Географическая декомпозиция центров обработки данных станет более распространенной, поскольку становится все труднее строить единые, большие, непрерывные большие центры обработки данных. Разложение является ключевым фактором в мегаполисах, где цены на землю высоки. Межсоединения с высокой пропускной способностью имеют решающее значение для соединения этих центров обработки данных.
DCI-Campus: эти центры обработки данных часто соединены вместе, например, в кампусе. Расстояния обычно ограничены от 2 км до 5 км. В зависимости от наличия волоконной оптики расстояния также перекрывают каналы CWDM и DWDM.
DCI-Edge: диапазон этого типа подключения составляет от 2 км до 120 км. Эти каналы в основном связаны с распределенными центрами обработки данных в пределах области и обычно имеют ограничения по задержке. Варианты оптической технологии DCI включают прямое обнаружение и когерентность, оба реализованы с использованием формата передачи DWDM в оптоволоконном C-диапазоне (окно от 192 ТГц до 196 ТГц). Формат модуляции прямого обнаружения модулируется по амплитуде с более простой схемой обнаружения, потребляет меньшую мощность и меньшие затраты и в большинстве случаев требует внешней компенсации дисперсии. Для 100 Гбит / с, 4-уровневой амплитудно-импульсной модуляции (PAM4) формат прямого обнаружения является экономичным методом для приложений DCI-Edge. Пропускная способность формата модуляции PAM4 в два раза больше, чем у традиционного формата модуляции без возврата к нулю (NRZ). Для следующего поколения систем DCI с пропускной способностью 400 Гбит / с (на длину волны) ведущими конкурентами являются когерентные форматы 60 Гбод и 16-QAM.
DCI-Metro / Long Haul: эта категория оптического волокна, выходящая за рамки DCI-Edge, с 3,000 км наземных линий связи и более протяженным морским дном. Для этой категории используется формат когерентной модуляции, и тип модуляции может быть разным для разных расстояний. Формат когерентной модуляции также представляет собой амплитудную и фазовую модуляцию, которая требует обнаружения лазером гетеродина. Он требует сложной цифровой обработки сигналов, потребляет больше энергии, имеет больший радиус действия и дороже, чем методы прямого обнаружения или NRZ.
2. Дата-центр будет продолжать развиваться.
Межкомпонентные соединения с высокой пропускной способностью имеют решающее значение для соединения этих центров обработки данных. Таким образом, центры обработки данных DCI-Campus, DCI-Edge и DCI-Metro / Long Haul будут продолжать расти.
В последние несколько лет домен DCI стал центром внимания традиционных поставщиков систем DWDM. Растущий спрос на полосу пропускания со стороны поставщиков облачных услуг (CSPS), которые предоставляют программное обеспечение как услугу (SaaS), платформу как услугу (PaaS) и инфраструктуру. как услуга (IaaS) стимулирует спрос на оптические системы, которые соединяют коммутаторы и маршрутизаторы на разных уровнях сети центра обработки данных CSP. Сегодня это должно работать на скорости 100 Гбит / с, а внутри центра обработки данных он может соединяться кабелями с В центре обработки данных можно использовать прямой медный кабель (DAC), активный оптический кабель (AOC) или «серую» оптику 100G. Для соединений с объектами центра обработки данных (кампус или периферийные / городские приложения) единственным доступным до недавнего времени вариантом был полнофункциональный, согласованный подход на основе транспондера, методы не оптимальны.
С переходом к экосистеме 100G архитектура сети центра обработки данных сместилась от более традиционной модели центра обработки данных, где все объекты центра обработки данных расположены в едином большом парке «большого центра обработки данных». Большинство CSP интегрированы в распределенные региональные архитектуры для достижения необходимого масштаба и обеспечения высокой доступности облачных сервисов. Зоны центров обработки данных часто располагаются рядом с мегаполисами с высокой плотностью населения, чтобы предоставлять наилучшие услуги (с точки зрения задержки и доступности) конечным клиентам, ближайшим к этим районам. Региональная архитектура немного отличается между CSP, но состоит из резервных региональных «шлюзов» или «концентраторов», которые подключены к магистрали глобальной вычислительной сети (WAN) CSP (и могут использоваться для одноранговой сети, передачи локального контента или под водой. коробка передач). Каждый региональный шлюз подключен к каждому центру обработки данных в регионе, где находятся серверы вычислений / хранения и вспомогательные структуры. Поскольку территория нуждается в расширении, приобретение дополнительных объектов и подключение их к региональному шлюзу становится несложным. По сравнению с относительно высокой стоимостью и длительным временем строительства нового крупного центра обработки данных, это позволяет быстро расширять и увеличивать площадь с дополнительными преимуществами внедрения концепции различных зон доступности (AZ) в пределах данной области.
Переход от архитектуры крупных центров обработки данных к регионам вводит дополнительные ограничения, которые необходимо учитывать при выборе шлюза и расположения объекта центра обработки данных. Например, чтобы обеспечить одинаковое качество обслуживания клиентов (с точки зрения задержки), максимальное расстояние между любыми двумя центрами обработки данных (через общедоступный шлюз) должно быть ограничено. Еще одно соображение заключается в том, что серая оптическая система слишком неэффективна для соединения физически разрозненных зданий центра обработки данных в пределах одной географической зоны. С учетом этих факторов сегодняшние согласованные платформы не подходят для приложений DCI.
Формат модуляции PAM4 обеспечивает низкое энергопотребление, малую занимаемую площадь и возможности прямого обнаружения. Используя кремниевую фотонику, был разработан приемопередатчик с двумя несущими и специализированной интегральной схемой (ASIC) PAM4, объединяющий цифровой сигнальный процессор (DSP) и прямое исправление ошибок (FEC), и упакованный в форм-фактор QSFP28. Получающийся в результате переключаемый сменный модуль может выполнять передачу DWDM через типичный канал DCI, скорость каждой оптоволоконной пары составляет 4 Тбит / с, а потребляемая мощность на 100 Гбит / с составляет 4.5 Вт.
3. Кремниевая фотоника и КМОП станут ядром развития оптических модулей.
Комбинация кремниевой фотоники для высокоинтегрированных оптических элементов и высокоскоростного кремниевого комплементарного металлооксидного полупроводника (CMOS) для обработки сигналов сыграет роль в развитии недорогих, маломощных переключаемых подключаемых оптических модулей.
Высокоинтегрированный кремниевый фотонный чип является ядром сменного модуля. По сравнению с фосфидом индия кремниевые КМОП-платформы могут работать с оптикой на уровне пластины с пластинами большего размера 200 и 300 мм. Фотодетекторы с длинами волн 1300 нм и 1500 нм были сконструированы путем добавления германиевой эпитаксии на стандартной кремниевой КМОП-платформе. Кроме того, компоненты на основе диоксида кремния и нитрида кремния могут быть объединены для создания оптических компонентов с низким показателем преломления и нечувствительности к температуре.
На рисунке 2 выходной тракт кремниевого фотонного чипа содержит пару модуляторов Маха-Цендера бегущей волны (MZM), по одному для каждой длины волны. Выходы с двумя длинами волн объединяются на микросхеме с использованием встроенного перемежителя 2: 1, который используется в качестве мультиплексора DWDM. Один и тот же кремниевый MZM может использоваться для форматов модуляции NRZ и PAM4 с разными управляющими сигналами.
Поскольку требования к пропускной способности сетей центров обработки данных продолжают расти, закон Мура требует усовершенствования коммутационных микросхем, которые позволят платформам коммутаторов и маршрутизаторов поддерживать паритетность базовых микросхем коммутатора при одновременном увеличении пропускной способности каждого порта. Следующее поколение коммутационных микросхем рассчитано на 400 Гбайт на функцию порта. На Форуме оптического Интернета (OIF) был запущен проект под названием 400ZR для стандартизации оптических модулей DCI следующего поколения и создания разнообразной оптической экосистемы поставщика. Эта концепция аналогична WDM PAM4, но расширена для поддержки требований 400 Гбит / с.