อย่างที่เราทราบกันดีว่าอุตสาหกรรมเทคโนโลยีประสบความสำเร็จอย่างไม่ธรรมดามากมายในปี 2018 และมีความเป็นไปได้หลายอย่างในปี 2019 ซึ่งรอคอยมาอย่างยาวนาน Dr. Radha Nagarajan หัวหน้าเจ้าหน้าที่เทคโนโลยีของ Inphi เชื่อว่าการเชื่อมต่อระหว่างศูนย์ข้อมูลความเร็วสูง ตลาด (DCI) ซึ่งเป็นหนึ่งในกลุ่มอุตสาหกรรมเทคโนโลยีจะมีการเปลี่ยนแปลงในปี 2562 ต่อไปนี้คือสามสิ่งที่เขาคาดว่าจะเกิดขึ้นในศูนย์ข้อมูลในปีนี้
1.การสลายตัวทางภูมิศาสตร์ของศูนย์ข้อมูลจะกลายเป็นเรื่องธรรมดามากขึ้น
การใช้ศูนย์ข้อมูลต้องการการสนับสนุนพื้นที่ทางกายภาพจำนวนมาก รวมถึงโครงสร้างพื้นฐาน เช่น พลังงานและการระบายความร้อน การสลายตัวทางภูมิศาสตร์ของศูนย์ข้อมูลจะกลายเป็นเรื่องธรรมดามากขึ้น เนื่องจากการสร้างศูนย์ข้อมูลขนาดใหญ่ที่ต่อเนื่องและมีขนาดใหญ่ยากขึ้นเรื่อยๆ การสลายตัวเป็นกุญแจสำคัญในเมืองใหญ่ พื้นที่ที่ราคาที่ดินสูงการเชื่อมต่อระหว่างแบนด์วิธขนาดใหญ่มีความสำคัญต่อการเชื่อมต่อศูนย์ข้อมูลเหล่านี้
DCI-วิทยาเขต：ศูนย์ข้อมูลเหล่านี้มักเชื่อมต่อเข้าด้วยกัน เช่น ในสภาพแวดล้อมของวิทยาเขตระยะทางมักจะจำกัดอยู่ระหว่าง 2 ถึง 5 กิโลเมตร ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับความพร้อมของเส้นใย นอกจากนี้ยังมีการเชื่อมโยง CWDM และ DWDM ที่ทับซ้อนกันในระยะทางเหล่านี้
DCI-ขอบ：ระยะการเชื่อมต่อประเภทนี้มีระยะตั้งแต่ 2 กม. ถึง 120 กม. ลิงก์เหล่านี้เชื่อมต่อกับศูนย์ข้อมูลแบบกระจายภายในพื้นที่เป็นหลัก และโดยทั่วไปมักอยู่ภายใต้ข้อจำกัดด้านเวลาแฝง ตัวเลือกเทคโนโลยีออปติคัล DCI ประกอบด้วยการตรวจจับโดยตรงและการเชื่อมโยงกัน ซึ่งทั้งสองอย่างนี้ดำเนินการโดยใช้ DWDM รูปแบบการส่งผ่านใยแก้วนำแสง C-band (หน้าต่าง 192 THz ถึง 196 THz) รูปแบบการมอดูเลตการตรวจจับโดยตรงคือการปรับแอมพลิจูด มีรูปแบบการตรวจจับที่ง่ายกว่า กินไฟต่ำกว่า ต้นทุนที่ต่ำกว่า และต้องการการชดเชยการกระจายภายนอกในกรณีส่วนใหญ่สำหรับ 100 Gbps, การมอดูเลตความกว้างพัลส์ 4 ระดับ (PAM4), รูปแบบการตรวจจับโดยตรงเป็นวิธีที่ประหยัดต้นทุนสำหรับแอปพลิเคชัน DCI-Edge รูปแบบการมอดูเลต PAM4 มีความจุเป็นสองเท่าของแบบเดิมที่ไม่คืนสภาพเป็นศูนย์ (NRZ) รูปแบบการมอดูเลต สำหรับระบบ DCI 400-Gbps (ต่อความยาวคลื่น) รุ่นต่อไป รูปแบบ 60-Gbaud, 16-QAM เป็นคู่แข่งชั้นนำ
DCI-เมโทร/Long Haul：ไฟเบอร์ประเภทนี้อยู่นอกเหนือ DCI-Edge โดยมีการเชื่อมโยงกราวด์สูงถึง 3,000 กิโลเมตรและพื้นทะเลที่ยาวกว่า รูปแบบการปรับที่สอดคล้องกันใช้สำหรับหมวดหมู่นี้ และประเภทการมอดูเลตอาจแตกต่างกันสำหรับระยะทางที่แตกต่างกัน รูปแบบการมอดูเลตที่สอดคล้องกัน แอมพลิจูดและเฟสมอดูเลต ต้องใช้เลเซอร์ออสซิลเลเตอร์ในการตรวจจับ ต้องใช้การประมวลผลสัญญาณดิจิตอลที่ซับซ้อน ใช้พลังงานมากขึ้น มีช่วงที่ยาวกว่า และมีราคาแพงกว่าการตรวจจับโดยตรงหรือวิธีการ NRZ
2.ศูนย์ข้อมูลจะพัฒนาต่อไป
การเชื่อมต่อระหว่างแบนด์วิดธ์ขนาดใหญ่มีความสำคัญต่อการเชื่อมต่อศูนย์ข้อมูลเหล่านี้ ด้วยเหตุนี้ ศูนย์ข้อมูล DCI-Campus, DCI-Edge และ DCI-Metro/Long Haul จะยังคงพัฒนาต่อไป ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ฟิลด์ DCI ได้กลายเป็นจุดสนใจ ได้รับความสนใจจากซัพพลายเออร์ระบบ DWDM แบบดั้งเดิม ความต้องการแบนด์วิดท์ที่เพิ่มขึ้นของผู้ให้บริการระบบคลาวด์ (CSP) ที่ให้บริการซอฟต์แวร์ในฐานะบริการ (SaaS) แพลตฟอร์มในฐานะบริการ (PaaS) และโครงสร้างพื้นฐานในฐานะที่เป็นบริการ ความสามารถ (IaaS) กำลังขับเคลื่อนระบบออปติคัลที่แตกต่างกันสำหรับการเชื่อมต่อเครือข่ายศูนย์ข้อมูล CSP เลเยอร์สวิตช์และเราเตอร์ทุกวันนี้ สิ่งนี้ต้องทำงานที่ 100 Gbpsภายในศูนย์ข้อมูล สามารถใช้สายเคเบิลทองแดงต่อโดยตรง (DAC) สายเคเบิลออปติคัลแอ็คทีฟ (AOC) หรือออปติก "สีเทา" 100G ได้ สำหรับการเชื่อมต่อกับสิ่งอำนวยความสะดวกของศูนย์ข้อมูล (แอปพลิเคชันในวิทยาเขตหรือขอบ/รถไฟใต้ดิน) ตัวเลือกเดียวที่มี เพิ่งมีให้ใช้เป็นแนวทางแบบใช้ทวนสัญญาณที่มีคุณสมบัติครบถ้วนและสอดคล้องกันซึ่งถือว่าเหมาะสมที่สุด
ด้วยการเปลี่ยนไปใช้ระบบนิเวศ 100G สถาปัตยกรรมเครือข่ายศูนย์ข้อมูลได้พัฒนาจากรูปแบบศูนย์ข้อมูลแบบดั้งเดิมมากขึ้น สิ่งอำนวยความสะดวกของศูนย์ข้อมูลทั้งหมดเหล่านี้ตั้งอยู่ในพื้นที่ขนาดใหญ่เพียงแห่งเดียว“ศูนย์ข้อมูลขนาดใหญ่”วิทยาเขต CSP ส่วนใหญ่ถูกหลอมรวมกับสถาปัตยกรรมพื้นที่แบบกระจายเพื่อให้ได้ขนาดที่ต้องการและให้บริการคลาวด์ที่มีความพร้อมใช้งานสูง
โดยทั่วไป พื้นที่ศูนย์ข้อมูลตั้งอยู่ใกล้กับพื้นที่มหานครที่มีความหนาแน่นของประชากรสูงเพื่อให้บริการที่ดีที่สุด (ด้วยความล่าช้าและความพร้อมใช้งาน) แก่ลูกค้าปลายทางที่ใกล้กับพื้นที่เหล่านี้มากที่สุด สถาปัตยกรรมระดับภูมิภาคจะแตกต่างกันเล็กน้อยระหว่าง CSP แต่ประกอบด้วย "เกตเวย์" ระดับภูมิภาคที่ซ้ำซ้อน หรือ "ฮับ" "เกตเวย์" หรือ "ฮับ" เหล่านี้เชื่อมต่อกับกระดูกสันหลังของเครือข่ายบริเวณกว้าง (WAN) ของ CSP (และไซต์ขอบที่อาจใช้สำหรับเพียร์ทูเพียร์ การขนส่งเนื้อหาในท้องถิ่น หรือการขนส่งใต้น้ำ) " เกตเวย์” หรือ “ฮับ” เชื่อมต่อกับแกนหลักของเครือข่ายบริเวณกว้าง (WAN) ของ CSP (และไซต์ edge ที่อาจใช้สำหรับเพียร์ทูเพียร์ การขนส่งเนื้อหาในพื้นที่ หรือการขนส่งใต้น้ำ) เนื่องจากต้องมีการขยายพื้นที่ ง่ายต่อการจัดหาสิ่งอำนวยความสะดวกเพิ่มเติมและเชื่อมต่อกับเกตเวย์ระดับภูมิภาค ซึ่งช่วยให้สามารถขยายและขยายพื้นที่ได้อย่างรวดเร็ว เมื่อเทียบกับต้นทุนที่ค่อนข้างสูงในการสร้างศูนย์ข้อมูลขนาดใหญ่แห่งใหม่ และใช้เวลาก่อสร้างนานขึ้น พร้อมประโยชน์เพิ่มเติมจากการแนะนำทำให้เกิดแนวคิดของพื้นที่ว่างที่แตกต่างกัน (AZ) ในพื้นที่ที่กำหนด
การเปลี่ยนจากสถาปัตยกรรมศูนย์ข้อมูลขนาดใหญ่ไปเป็นโซนทำให้เกิดข้อจำกัดเพิ่มเติมที่ต้องพิจารณาเมื่อเลือกสถานที่ตั้งของเกตเวย์และศูนย์ข้อมูล ตัวอย่างเช่น เพื่อให้แน่ใจว่าลูกค้าจะได้รับประสบการณ์เดียวกัน (จากมุมมองเวลาแฝง) ระยะห่างสูงสุดระหว่างข้อมูลสองรายการใดๆ ศูนย์ (ผ่านเกตเวย์สาธารณะ) จะต้องถูกล้อมรอบ ข้อควรพิจารณาอีกประการหนึ่งคือระบบออปติคัลสีเทาไม่มีประสิทธิภาพเกินกว่าจะเชื่อมต่อระหว่างอาคารศูนย์ข้อมูลที่แตกต่างกันทางกายภาพภายในพื้นที่ทางภูมิศาสตร์เดียวกันเมื่อคำนึงถึงปัจจัยเหล่านี้ แพลตฟอร์มที่สอดคล้องกันในปัจจุบันจึงไม่เหมาะสำหรับแอปพลิเคชัน DCI
รูปแบบการมอดูเลต PAM4 ให้การสิ้นเปลืองพลังงานต่ำ รอยเท้าต่ำ และตัวเลือกการตรวจจับโดยตรง ด้วยการใช้ซิลิคอนโฟโตนิกส์ ตัวรับส่งสัญญาณคู่ที่มี PAM4 Application Specific Integrated Circuit (ASIC) ได้รับการพัฒนา โดยผสานรวมตัวประมวลผลสัญญาณดิจิตอลในตัว (DSP) และ การแก้ไขข้อผิดพลาดในการส่งต่อ (FEC) และบรรจุลงในฟอร์มแฟคเตอร์ QSFP28โมดูลสวิตช์เสียบปลั๊กที่เป็นผลลัพธ์สามารถทำการส่ง DWDM ผ่านลิงก์ DCI ทั่วไป โดยมี 4 Tbps ต่อคู่ไฟเบอร์และ 4.5 W ต่อ 100G
3.ซิลิคอนโฟโตนิกส์และ CMOS จะกลายเป็นแกนหลักของการพัฒนาโมดูลออปติคัล
การรวมกันของซิลิคอนโฟโตนิกส์สำหรับออปติกแบบบูรณาการสูงและเซมิคอนดักเตอร์โลหะออกไซด์เสริมซิลิกอนความเร็วสูง (CMOS) สำหรับการประมวลผลสัญญาณจะมีบทบาทในการพัฒนาโมดูลออปติคัลแบบสลับต้นทุนต่ำที่ใช้พลังงานต่ำ
ชิปซิลิกอนโฟโตนิกที่มีการบูรณาการอย่างสูงเป็นหัวใจของโมดูลแบบเสียบได้ เมื่อเทียบกับอินเดียมฟอสไฟด์ แพลตฟอร์มซิลิคอน CMOS สามารถป้อนออปติกระดับเวเฟอร์ที่ขนาดเวเฟอร์ขนาดใหญ่กว่า 200 มม. และ 300 มม. เครื่องตรวจจับด้วยความยาวคลื่น 1300 นาโนเมตรและ 1500 นาโนเมตร ถูกสร้างขึ้นโดยการเพิ่ม germanium epitaxy บนแพลตฟอร์มซิลิคอน CMOS มาตรฐาน นอกจากนี้ ส่วนประกอบที่เป็นซิลิกอนไดออกไซด์และซิลิกอนไนไตรด์สามารถรวมเข้าด้วยกันเพื่อสร้างคอนทราสต์ดัชนีการหักเหของแสงต่ำและส่วนประกอบออปติคัลที่ไม่ไวต่ออุณหภูมิ
ในรูปที่ 2 เส้นทางแสงเอาต์พุตของชิปซิลิกอนโฟโตนิกประกอบด้วยโมดูเลเตอร์ Mach Zehnder คลื่นเคลื่อนที่ (MZM) หนึ่งคู่สำหรับความยาวคลื่นแต่ละอัน จากนั้นเอาต์พุตความยาวคลื่นทั้งสองจะรวมกันบนชิปโดยใช้อินเตอร์ลีฟเวอร์ 2:1 ในตัว ซึ่ง ทำหน้าที่เป็นมัลติเพล็กเซอร์ DWDM ซิลิกอน MZM เดียวกันสามารถใช้ได้ทั้งในรูปแบบมอดูเลต NRZ และ PAM4 ที่มีสัญญาณไดรฟ์ต่างกัน
เนื่องจากความต้องการแบนด์วิดท์ของเครือข่ายศูนย์ข้อมูลยังคงเติบโต กฎของมัวร์จึงต้องการความก้าวหน้าในชิปสวิตชิ่งซึ่งจะช่วยให้แพลตฟอร์มสวิตช์และเราเตอร์สามารถรักษาความเท่าเทียมกันของชิปสวิตช์ในขณะที่เพิ่มความจุของแต่ละพอร์ต ชิปสวิตช์รุ่นต่อไปได้รับการออกแบบสำหรับพอร์ตแต่ละพอร์ตของโครงการ 400G.A ที่เรียกว่า 400ZR ได้เปิดตัวใน Optical Internet Forum (OIF) เพื่อสร้างมาตรฐานโมดูลออปติคัล DCI ยุคหน้าและสร้างระบบนิเวศทางแสงที่หลากหลายสำหรับซัพพลายเออร์ แนวคิดนี้คล้ายกับ WDM PAM4 แต่ขยายเพื่อรองรับข้อกำหนด 400-Gbps