Wie wir alle wissen, hat die Technologiebranche im Jahr 2018 viele außergewöhnliche Erfolge erzielt, und im Jahr 2019 wird es verschiedene lang erwartete Möglichkeiten geben. Dr. Radha Nagarajan, Chief Technology Officer von Inphi, glaubt, dass die Hochgeschwindigkeits-Rechenzentrumsverbindung miteinander verbunden ist (DCI)-Markt, eines der Segmente der Technologiebranche, wird sich 2019 ebenfalls ändern. Hier sind drei Dinge, die er in diesem Jahr im Rechenzentrum erwartet.
1.Die geografische Zerlegung von Rechenzentren wird immer häufiger
Der Verbrauch von Rechenzentren erfordert viel physische Platzunterstützung, einschließlich Infrastruktur wie Strom und Kühlung. Die Geozerlegung von Rechenzentren wird immer häufiger, da es immer schwieriger wird, große, kontinuierliche, große Rechenzentren zu bauen. Die Zerlegung ist der Schlüssel in Metropolregionen Gegenden mit hohen Grundstückspreisen.Verbindungen mit großer Bandbreite sind für die Verbindung dieser Rechenzentren von entscheidender Bedeutung.
DCI-Campus：Diese Rechenzentren sind häufig miteinander verbunden, beispielsweise in einer Campusumgebung.Die Entfernung ist in der Regel auf 2 bis 5 Kilometer begrenzt. Je nach Verfügbarkeit der Glasfaser kommt es bei diesen Entfernungen auch zu einer Überschneidung von CWDM- und DWDM-Verbindungen.
DCI-Edge：Diese Art von Verbindung reicht von 2 km bis 120 km. Diese Verbindungen sind hauptsächlich mit verteilten Rechenzentren innerhalb des Gebiets verbunden und unterliegen typischerweise Latenzbeschränkungen. Zu den optischen Technologieoptionen von DCI gehören direkte Erkennung und Kohärenz, die beide mit DWDM implementiert werden Übertragungsformat im faseroptischen C-Band (Fenster von 192 THz bis 196 THz). 100 Gbit/s, 4-Stufen-Pulsamplitudenmodulation (PAM4), das Direkterkennungsformat ist eine kostengünstige Methode für DCI-Edge-Anwendungen. Das PAM4-Modulationsformat hat die doppelte Kapazität des herkömmlichen Non-Return-to-Zero (NRZ) Modulationsformat. Für die nächste Generation von DCI-Systemen mit 400 Gbps (pro Wellenlänge) ist das kohärente Format 60 Gbaud, 16-QAM der führende Konkurrent.
DCI-U-Bahn/Langstrecke：Diese Glasfaserkategorie liegt jenseits des DCI-Edge, mit einer Bodenverbindung von bis zu 3.000 Kilometern und einem längeren Meeresboden. Für diese Kategorie wird ein kohärentes Modulationsformat verwendet, und der Modulationstyp kann für verschiedene Entfernungen unterschiedlich sein. Das kohärente Modulationsformat ist auch amplituden- und phasenmoduliert, erfordert lokale Oszillatorlaser zur Detektion, erfordert eine komplexe digitale Signalverarbeitung, verbraucht mehr Leistung, hat eine größere Reichweite und ist teurer als Direktdetektion oder NRZ-Verfahren.
2.Das Rechenzentrum wird sich weiterentwickeln
Verbindungen mit großer Bandbreite sind für die Verbindung dieser Rechenzentren von entscheidender Bedeutung. Vor diesem Hintergrund werden sich DCI-Campus-, DCI-Edge- und DCI-Metro/Long-Haul-Rechenzentren weiterentwickeln. In den letzten Jahren ist der DCI-Bereich in den Mittelpunkt gerückt Aufmerksamkeit traditioneller DWDM-Systemanbieter. Die wachsenden Bandbreitenanforderungen von Cloud-Service-Providern (CSPs), die Software-as-a-Service (SaaS), Platform-as-a-Service (PaaS) und Infrastructure-as-a-Service anbieten (IaaS)-Fähigkeiten treiben verschiedene optische Systeme für die Verbindung von CSP-Rechenzentrumsnetzwerken, Layer-Switches und Routern an. Heutzutage muss dies mit 100 Gbit/s laufen.Innerhalb des Rechenzentrums können direkt angeschlossene Kupferkabel (DAC), aktive optische Kabel (AOC) oder 100G „graue“ Optiken verwendet werden erst seit kurzem verfügbar, ist ein voll funktionsfähiger, kohärenter Repeater-basierter Ansatz, der suboptimal ist.
Mit dem Übergang zu einem 100G-Ökosystem hat sich die Netzwerkarchitektur des Rechenzentrums von einem traditionelleren Rechenzentrumsmodell entwickelt. Alle diese Rechenzentrumseinrichtungen befinden sich in einem einzigen großen„großes Rechenzentrum”campus. Die meisten CSPs wurden zu einer Architektur mit verteilten Bereichen verschmolzen, um die erforderliche Skalierung zu erreichen und hochverfügbare Cloud-Dienste bereitzustellen.
Rechenzentrumsgebiete befinden sich in der Regel in der Nähe von Ballungsgebieten mit hoher Bevölkerungsdichte, um den Endkunden, die diesen Gebieten am nächsten sind, den besten Service (mit Verzögerung und Verfügbarkeit) zu bieten. Die regionale Architektur unterscheidet sich geringfügig zwischen den CSPs, besteht jedoch aus redundanten regionalen „Gateways“. oder „Hubs“. Diese „Gateways“ oder „Hubs“ sind mit dem WAN-Backbone (Wide Area Network) des CSP (und Edge-Sites, die für Peer-to-Peer-Übertragung, lokale Inhaltsübertragung oder U-Boot-Übertragung verwendet werden können) verbunden. Gateways“ oder „Hubs“ sind mit dem WAN-Backbone (Wide Area Network) des CSP verbunden (und Edge-Sites, die für Peer-to-Peer, lokalen Inhaltstransport oder U-Boot-Transport verwendet werden können). Es ist einfach, zusätzliche Einrichtungen zu beschaffen und sie mit dem regionalen Gateway zu verbinden. Dies ermöglicht eine schnelle Erweiterung und ein schnelles Wachstum des Gebiets im Vergleich zu den relativ hohen Kosten für den Bau eines neuen großen Rechenzentrums und einer längeren Bauzeit mit dem zusätzlichen Vorteil der EinführungAnwendung des Konzepts verschiedener verfügbarer Bereiche (AZ) in einem bestimmten Bereich.
Der Übergang von einer großen Rechenzentrumsarchitektur zu einer Zone führt zu zusätzlichen Einschränkungen, die bei der Auswahl von Gateway- und Rechenzentrumsstandorten berücksichtigt werden müssen. Um beispielsweise das gleiche Kundenerlebnis (aus Latenzperspektive) zu gewährleisten, die maximale Entfernung zwischen zwei beliebigen Daten Rechenzentren (über ein öffentliches Gateway) müssen begrenzt werden. Eine weitere Überlegung ist, dass das graue optische System zu ineffizient ist, um physisch unterschiedliche Rechenzentrumsgebäude innerhalb desselben geografischen Gebiets miteinander zu verbinden.Unter Berücksichtigung dieser Faktoren ist die heutige kohärente Plattform nicht für DCI-Anwendungen geeignet.
Das PAM4-Modulationsformat bietet einen geringen Stromverbrauch, geringen Platzbedarf und direkte Erkennungsoptionen. Durch die Verwendung von Silizium-Photonik wurde ein Dual-Carrier-Transceiver mit einer anwendungsspezifischen integrierten PAM4-Schaltung (ASIC) entwickelt, die einen integrierten digitalen Signalprozessor (DSP) und integriert Vorwärtsfehlerkorrektur (FEC). Und packen Sie es in den QSFP28-Formfaktor.Das resultierende steckbare Switch-Modul kann eine DWDM-Übertragung über eine typische DCI-Verbindung mit 4 Tbps pro Faserpaar und 4,5 W pro 100G durchführen.
3.Silizium-Photonik und CMOS werden zum Kern der Entwicklung optischer Module
Die Kombination von Silizium-Photonik für hochintegrierte Optik und Hochgeschwindigkeits-Silizium-Komplementär-Metalloxid-Halbleiter (CMOS) für die Signalverarbeitung wird eine Rolle bei der Entwicklung kostengünstiger, schaltbarer optischer Module mit geringem Stromverbrauch spielen.
Der hochintegrierte Silizium-Photonikchip ist das Herzstück des steckbaren Moduls. Im Vergleich zu Indiumphosphit kann die Silizium-CMOS-Plattform bei größeren Wafergrößen von 200 mm und 300 mm in die Optik auf Waferebene eindringen. Fotodetektoren mit Wellenlängen von 1300 nm und 1500 nm wurden durch Hinzufügen von Germanium-Epitaxie auf einer Standard-Silizium-CMOS-Plattform konstruiert. Zusätzlich können Siliziumdioxid- und Siliziumnitrid-basierte Komponenten integriert werden, um einen niedrigen Brechungsindex-Kontrast und temperaturunempfindliche optische Komponenten herzustellen.
In Abbildung 2 enthält der optische Ausgangsweg des Silizium-Photonik-Chips ein Paar Wanderwellen-Mach-Zehnder-Modulatoren (MZM), einen für jede Wellenlänge fungiert als DWDM-Multiplexer. Derselbe Silizium-MZM kann sowohl in NRZ- als auch in PAM4-Modulationsformaten mit unterschiedlichen Treibersignalen verwendet werden.
Da die Bandbreitenanforderungen von Rechenzentrumsnetzwerken weiter wachsen, erfordert das Moore'sche Gesetz Fortschritte beim Umschalten von Chips.Dies wird es den Switch- und Router-Plattformen ermöglichen, die Switch-Chip-Basisparität aufrechtzuerhalten und gleichzeitig die Kapazität jedes Ports zu erhöhen. Switch-Chips der nächsten Generation sind für jeden Port des 400G ausgelegt. Ein Projekt namens 400ZR wurde im Optical Internet Forum (OIF) gestartet. um optische DCI-Module der nächsten Generation zu standardisieren und ein vielfältiges optisches Ökosystem für Lieferanten zu schaffen. Dieses Konzept ähnelt WDM PAM4, erweitert sich jedoch um die Unterstützung von 400-Gbit/s-Anforderungen.