اپتیک همبسته – مرحله تکاملی بعدی در سوئیچ های مرکز داده؟

اگر قرار است مراکز داده به رفع تشنگی جهان برای برنامه‌ها و خدمات بیشتر تشنه داده ادامه دهند، صنعت باید دریابد که چگونه بایت‌های بیشتری را از طریق شبکه پمپ کند و در عین حال محدودیت مصرف برق را حفظ کند.

اپتیک همبسته (CPO) با قرار دادن موتور نوری و ASIC روی همان بستر به عنوان یک ماژول بسته بندی شده، به دنبال کاهش مشکل مصرف انرژی است. اگر درست انجام شود، CPO نه تنها نیاز برق را کاهش می دهد. همچنین می تواند به مراکز داده در بهبود چگالی پورت، مدیریت حرارتی و پهنای باند کمک کند.

اپتیک فشرده توسط بسیاری به عنوان گام تکاملی بعدی در سوئیچ های مرکز داده تلقی می شود. انجمن نوری اینترنت اشیا (OIF) پروژه های متعددی در رابطه با اپتیک همبسته دارد. کنسرسیوم Onboard Optics اخیراً یک مقاله سفید منتشر کرده است: ملاحظات طراحی برای اتصال نوری در سوئیچ اپتیکال مرکب یا جاسازی شده.

منبع: “ملاحظات طراحی برای اتصال نوری در سوئیچ اپتیکال مرکب یا جاسازی شده”

یکی از اپراتورهای مرکز داده ابری اخیراً اعلام کرد که سوئیچ های 25.6 T را با اپتیک های بسته بندی مشترک مستقر خواهد کرد.

در سوئیچ های مرسوم مرکز داده، سوئیچ ASIC (مدار مجتمع خاص برنامه) در مرکز سوئیچ قرار می گیرد و تمام مسیریابی بسته ها را مدیریت می کند. سیم های الکتریکی روی برد مدار چاپی سوئیچ ASIC را به سلول های روی پانل جلویی سوئیچ متصل می کند. فرستنده‌های فیبر نوری قابل تعویض سپس به سلول‌ها وارد می‌شوند و کابل‌های فیبر نوری فرستنده‌ها را به سوئیچ‌های مختلف در مرکز داده متصل می‌کنند.

با افزایش نرخ داده، مصرف انرژی مرکز داده به یک نگرانی اصلی برای اپراتورها تبدیل شده است. نوارهای برق 200G مقدار قابل توجهی انرژی برای طی مسافت بین تراشه سوئیچ و پنل جلویی سوئیچ مصرف می کنند. اپتیک فشرده به دنبال کاهش این مصرف انرژی با حرکت دادن عملکردهای انتقال و دریافت نوری به تراشه سوئیچ است. فیبر نوری سپس سیگنال‌ها را به پنل جلویی می‌برد، جایی که کابل‌های فیبر نوری مستقیماً به پنل جلویی متصل می‌شوند.

انتقال از اپتیک پلاگین به اپتیک مرکب به ملاحظات مهمی برای کابل کشی نوری منجر می شود. با اپتیک پلاگین، کابل نوری به رابط وابسته به متوسط ​​(MDI) متصل می شود. استانداردهای اترنت نقطه تست 2 (TP2) را به عنوان خروجی یک کابل نوری دو متری متصل به MDI تعریف می کنند. تمام پارامترهای انتقال نوری در TP2 تعریف شده اند، نه در خروجی MDI. برای اطمینان از قابلیت همکاری با استانداردهای ماژول پلاگین، اپتیک TP2 همبسته باید در همان مکان باشد. پارامترهایی مانند توان انتقال و دامنه مدولاسیون نوری باید از طریق کابل نوری دو متری متصل به پانل جلویی سوئیچ اندازه گیری شوند. هر گونه از دست دادن کانکتور از اتصال پانل جلویی باید با افزایش توان انتقال لیزر جبران شود. نمی تواند با بودجه برق نیروگاه کابل مطابقت داشته باشد.

به طور مشابه، TP3 با ماژول های قابل تعویض به عنوان خروجی کابل نوری که به گیرنده MDI متصل می شود، تعریف می شود. این باید در سیستم های بسته بندی مشترک پشتیبانی شود. هر گونه از دست دادن کانکتور از اتصال پانل جلویی باید با بهبود حساسیت گیرنده جبران شود.

اکثر طرح های سوئیچ بسته بندی مشترک از فوتونیک سیلیکونی استفاده می کنند. نور یک لیزر خارجی به تراشه فوتونیک سیلیکونی متصل می شود که از تعدیل کننده های خارجی برای رمزگذاری داده های نور استفاده می کند. سپس سیگنال نوری در یک فیبر نوری قرار می گیرد و به پنل جلویی منتقل می شود. لیزرهای خارجی باید در سطح بالایی کار کنند تا تلفات تراشه فوتونیک سیلیکونی را جبران کنند – تلفاتی که می تواند به 12 دسی بل برسد. این افزایش در توان لیزر، صرفه جویی در انرژی را از اپتیک های بسته بندی شده جبران می کند.

مفهوم دیگر نوید مصرف انرژی کمتر را می دهد. اپتیک فشرده با استفاده از VCSEL همراه با فیبر چند حالته می تواند تا 100 متر با مصرف انرژی بسیار کمتر کار کند. IEEE 802.3db اخیراً استفاده از VCSELهای 100G را در چهار باند استاندارد کرده است و IEEE 802.3df این را به هشت باند برای 800G افزایش خواهد داد. اپتیک های همبسته با استفاده از VCSEL و فیبرهای چند حالته پتانسیل سوئیچ های کم هزینه و کم مصرف (اما با حجم بالا) را دارند.

با سوئیچ های نوری ترکیبی، داستان چگالی پنل جلویی تغییر می کند. سوئیچ های سنتی به دلیل اندازه فرستنده گیرنده های OSFP یا QSFP-DD دارای چگالی محدود هستند. سوئیچ های همبسته می توانند چگالی بالاتری را ارائه دهند زمانی که پانل های جلویی فقط دارای کانکتورهای نوری هستند که کوچکتر از فرستنده گیرنده هستند. کانکتورهای تاسیس شده مانند MPO – و همچنین کانکتورهای جدید بسیار کوچک (VSFF) مانند SN-MT و MMC – بیشترین پتانسیل را برای چگالی ارائه می دهند. MPO16 به طور گسترده در سوئیچ‌های بسته‌بندی مشترک استفاده می‌شود، زیرا بسته‌های فیبر که از برش‌های بسته‌بندی مشترک می‌آیند به 16 تقسیم می‌شوند اما به 12 تقسیم نمی‌شوند.

صنعت فرستنده گیرنده پلاگین راه حل های خاص خود را برای مشکلات منبع تغذیه فرستنده گیرنده های پرسرعت آینده دارد. تغییر به مدولاتورهای لیتیوم-نیوبات لایه نازک در فرستنده گیرنده های قابل تعویض می تواند صرفه جویی در مصرف انرژی مشابه اپتیک ترکیبی را فراهم کند. مفهوم دیگری که در ECOC 2022 ارائه شد، برد ASIC را در یک سوئیچ 2 RU به طرفین می چرخاند و از ردهای الکتریکی کوتاه به سلول های OSFP در جلوی سوئیچ استفاده می کند (شکل زیر را ببینید).

اپتیک ترکیبی یک فناوری جدید سوئیچینگ است. مفاهیم ذکر شده در بالا باید در نظر گرفته شوند تا اطمینان حاصل شود که سوئیچ های ترکیبی با اپتیک های پلاگین موجود سازگار هستند تا امکان پذیرش گسترده فراهم شود.