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No ano passado, o rápido desenvolvimento da computação em nuvem, da Internet e da IA fez com que o data center se desenvolvesse muito rapidamente, quer para a construção de um data center, quer para a necessidade de melhoria do desempenho do data center, que se torna cada vez mais urgente. Em 2019, as remessas globais de transcetores óticos para centros de dados atingiram os 10 milhões, e a escala do mercado será de 4,9 mil milhões de dólares americanos em 2021, um crescimento muito rápido. Da tecnologia anterior, a principal força motriz está na rede de telecomunicações, como routers, transmissão ótica, e o crescimento da largura de banda precisa de ser mais urgente. Mas, pelo que vemos agora, tomando como exemplo o 100G, haverá vários anos mais cedo nos routers e nas transmissões do que nos switches de data center. Mas com a óptica 400G, há um módulo CFP a aparecer. Mas o transcetor ótico 100G para data center deve aparecer no final deste ano, a lacuna tornou-se um ano, e a procura futura pode ser a mesma. Por outro lado, os requisitos característicos do data center para transcetores óticos não são os mesmos da rede de telecomunicações, que apresenta requisitos mais elevados de miniaturização, alta densidade, baixo consumo de energia e baixo custo. Por outras palavras, acreditamos que o data center se tornou mais um motor para o desenvolvimento de tecnologias de comunicação ótica.
Discussão sobre a tecnologia de interligação ótica de data center de próxima geração
Além disso, verificamos que o hardware e o software do data center apresentam uma tendência abrangente e aberta. A infraestrutura do data center está a tornar-se cada vez mais uma caixa branca para os nossos utilizadores finais, e não uma caixa negra que não conseguimos ver. Este benefício, para além da redução de custos, torna-nos também mais capazes de interagir com a tecnologia interna, de modo a refletir as necessidades reais dos fornecedores upstream mais rapidamente, tornando as nossas necessidades realidade. É por isso que, na era 100G, surgiram diversos padrões de microfone, diferentes dos padrões anteriores. Isto ocorre porque as necessidades dos utilizadores do data center também estão a tornar-se mais diversificadas.
Experiência de transceptor ótico aberto
O primeiro é o desenvolvimento de especificações técnicas, o que é muito importante. Todos sabem que, tal como o transcetor ótico , o AOC possui uma organização padrão que contém todos os parâmetros ou definições fotónicas. Quando integramos, verificamos frequentemente que o transcetor ótico ou AOC está ligado ao sistema, ou que não é reconhecido, não funciona, é instável ou que a informação de acesso está incorreta. A razão é que, embora o padrão esteja lá, todos no processo de implementação, fornecedores de equipamentos e transceptores óticos terão uma compreensão diferente da especificação, ou para lançar o produto rapidamente, o padrão não faz tudo o que é apropriado. Por exemplo, a compreensão do conteúdo causada pela diferença, ou sinal de alta velocidade entre a correspondência, especialmente para a era 25G, como o transceptor óptico e o AOC têm CDR, há um equilíbrio, a combinação destes parâmetros causou mais problemas do que antes, como 10G, 1G Transceptor Óptico.
Em segundo lugar, a importância dos testes de integração necessita de ser combinada com a especificação. Os problemas que encontramos no nosso projeto integrado são rapidamente transmitidos às nossas especificações, e estes dois fatores podem tornar todo o transcetor ótico utilizado nos dispositivos do sistema mais fluido.
Em terceiro lugar, os desafios de desempenho, estabilidade e fiabilidade. Sabemos que o negócio da computação em nuvem é muito crítico. Na comunicação óptica, toda a taxa do processo de ascensão, a eficiência da ascensão contínua, 1 × 10-12, é superior a 16 minutos, a velocidade de 10G pode ser de 100 segundos, a velocidade de 100G é de 10 segundos. A mesma taxa de erro no caso do crescimento dos dados, neste caso, será cada vez mais óbvia à percepção humana. De facto, o nosso centro de dados não está disposto a ver quaisquer erros, especialmente o negócio de armazenamento de hoje, que é cada vez mais sensível à perda de pacotes, pelo que o desempenho do nosso transcetor ótico é realmente necessário para melhorar, não reduzir, enquanto os nossos negócios em termos de estabilidade e fiabilidade são maiores. Temos um pedido de teste de 2000 horas para fabricantes de transcetores óticos.
4º, ao utilizarmos o transcetor ótico aberto, também nos deparámos com este tipo de desafio de construção, operação e manutenção. Como antes tínhamos de comprar o transcetor ótico ao fabricante do equipamento do sistema, agora cabe ao utilizador a construção e a manutenção. Se houver algum problema, precisamos de o localizar.
Mais importante ainda, devemos continuar a resumir na prática como encontrar estes problemas, problemas de processo, problemas técnicos e, finalmente, limpar todo o processo, para que todo o transcetor ótico de terceiros aberto e o AOC no centro de dados não apresentem problemas.
Tendência de evolução da rede de data centers no futuro
Agora, vamos falar sobre a direção da evolução da rede de data centers da próxima geração. A nossa tecnologia de interligação ótica está dividida em duas partes: a primeira, desde o servidor até ao switch de acesso, que normalmente utiliza um cabo ótico ativo (AOC) como meio de transmissão. E depois, para o switch principal, utilizamos o transcetor ótico. A partir da taxa, sabemos que os seus múltiplos de taxa são 4 vezes a relação; antes, pode ser gigabit e 10 gigabits, a relação é de 10 vezes.
Como a distância entre o servidor e o switch de acesso é relativamente próxima, a ligação geral é feita por um cabo AOC. A distância de ligação entre os switches e o switch é geralmente maior, e utilizamos um transcetor ótico + cabo de fibra. A implementação anterior era de 10G e 40G, hoje a implementação é de 25G e 100G, e no futuro queremos redes de 100G e 400G, com a camada de acesso a utilizar 100G. A interligação com o switch principal é de 400G. A próxima geração de 25G de canal único deverá ser de 50G. Porque saltamos 50G e 200G? Porque acreditamos que tanto os fornecedores a montante como os utilizadores, esforçamo-nos muito para melhorar esta taxa se os benefícios forem apenas o dobro, o que não achamos muito bom. Queremos saltar para 400G e a taxa de 100G diretamente.
Pacote transceptor ótico 400G
Apresentamos agora o futuro pacote de transcetores óticos de 400G. Sabemos que existem muitos tipos de pacotes de transceptores óticos, alguns pequenos e outros grandes. Os pacotes com um formato maior facilitam a inclusão de mais dispositivos óticos, podem fornecer mais interfaces e permitem que a velocidade do transcetor ótico seja maior. O CDFP e o CDP8 são assim, este é o uso inicial da forma, como o CDFP e o CFP8 podem colocar apenas 16 unidades, o consumo de energia pode chegar a 12W, a largura de banda máxima por U fornece 6,4T. Estes dois pacotes são muito grandes, pelo que não pensamos que serão a escolha de switches de data center; mais deve ser a escolha da rede de telecomunicações. O número de canais no sinal elétrico é de 16 25G, o que significa que o transcetor ótico pode ser utilizado com a capacidade de serviço atual.
O transcetor ótico de 400G do centro de dados será provavelmente OSFP e QSFP-DD. Ambos possuem uma interface de sinal elétrico de 8x50G, sendo que as portas MAM por unidade podem apresentar uma pequena diferença, 32 e 36. O nosso modelo QSFP-DD é o mesmo, com o mesmo tamanho do QSFP28 anterior. Para o nosso centro de dados, o tamanho e a aparência do transcetor ótico não mudaram muito. Para quem realiza manutenção, é mais fácil identificá-lo e não existem outros riscos. Ao mesmo tempo, ainda é pequeno, permitindo aos fabricantes de equipamentos de sistema manter a robustez anterior, e o nosso design arquitetónico pode ser herdado do passado.
O QSFP112 é um transceptor de 400G e, a curto prazo, deverá ser difícil obter um esquema de canal elétrico 4x100G de baixo custo. Além destes pacotes de módulos plugáveis, existe também um plano para a placa, destinado aos utilizadores de data center, uma vez que não pode ser operado no local. Este é um ponto relativamente problemático. A menos que possamos ligar o pacote, é realmente incerto; caso contrário, não escolheremos este tipo de esquema de carregamento de placas.
Agora, vamos destacar a escolha do transcetor para data center. O 10G é utilizado como AOC, o 40G é utilizado principalmente como ESR4, implantado em 2013. O 25G e o 100G foram implantados este ano, mas como o 100G só atinge os 100 metros através do PSM4, precisamos de resolver a questão da distância 100 metros maior. Para o futuro das redes 100G e 400G, o nosso plano inicial é aceder à camada com 100G SSFP56-DD. Todo o processo de evolução é claro: do acesso de dados 10G ao 100G, a densidade de portas no switch pode ser mantida, enquanto a densidade de largura de banda aumenta 2,5 vezes e 10 vezes.
Porquê escolher esse esquema?
Na era 10G e 40G, na verdade, o padrão não é tão amplo, sendo principalmente 40G SR4, ESR4 e LR4. A ligação ao data center, com 300 metros de distância, cobre a maior parte do cenário de ligação. É por isso que, na era 40G, se escolhe a maioria das soluções multimodo. Um número muito reduzido, acima dos 300 metros, é a solução 40G LR4 Lite ou LR4 monomodo. O acesso 10G utiliza principalmente AOC, com restrições de distância mínimas e custo aceitável.
Na era atual dos 25G e 100G, verificamos que a tecnologia multimodo 100G SR4 também está relativamente madura, mas apenas consegue resolver distâncias até 100 metros. Esta distância é percorrida pela maior parte do cenário, mas há muito mais de 70 metros e 100 metros de ligação. Escolhemos o 100G PSM4, que é mais vantajoso. A maioria dos centros de dados na China pode ser combinada com multimodo e monomodo, com algumas opções de cablagem estruturada simples, enquanto nos Estados Unidos existe mais cablagem estruturada e, possivelmente, soluções monomodo completas. Para o acesso 25G, vemos agora que o AOC ainda tem um custo relativamente elevado, mas num canal em rápida descida. O DAC não está no desempenho ou na interface de manutenção do esquema AOC, mas o custo é relativamente baixo neste momento, pelo que alguns locais ainda têm espaço para se candidatar.
Solução 100G/400G
Com a próxima geração de redes 100G e 400G, as nossas implementações de sinal de alta velocidade estão a tornar-se mais difíceis. Costumávamos saber que existem duas formas de aumentar a largura de banda de toda a ligação ótica: a primeira é aumentar a taxa de bits de cada canal e a segunda é aumentar o número de canais. Existem duas formas de aumentar a taxa de bits: a primeira é simples: aumentamos a taxa de transmissão diretamente; a segunda possibilidade é manter a taxa de transmissão inalterada; utilizamos um formato de codificação de depuração mais elevado. Na casa dos mil triliões, menos de um milhão, porque desta vez o estrangulamento da tecnologia ainda não foi atingido, melhorámos diretamente a taxa de transmissão. Mas, com o 10G acima, temos de aumentar a taxa de transmissão. Seja para eletricidade ou luz, torna-se cada vez mais difícil, pelo que temos de utilizar métodos codificados para adicionar largura de banda. A outra forma é aumentar o comprimento de onda do canal e aumentar o Fibre Channel, o que levará a aumentos de custos.
Analisámos o futuro da solução de acesso 100G , e provavelmente deverão existir três gerações do processo de evolução. A primeira geração já existe, e atualmente temos um pequeno número de acessos 100G no panorama das aplicações. De acordo com a tecnologia atual, é necessário escolher o transceptor de telecomunicações QSP28. A segunda geração, que cooperará com a próxima geração de chips IC, seja para eletricidade ou luz, tornou-se a forma de realização 2x50G. O futuro da terceira geração é o 100G de canal único. Para que este acesso 100G tenha os seus próprios cenários de aplicação, o AOC é o principal responsável pela ligação relativamente longa, e o cabo de cobre é utilizado para ligações curtas.
Solução 400G, o desenvolvimento está dividido em quatro gerações, de um modo geral, a velocidade da luz é mais rápida que a da eletricidade, a primeira geração pode ver agora que existem produtos, ou seja, utilizando o pacote transcetor ótico CFP8, as telecomunicações ainda são 16G e 25G, os sinais de luz neste bloco em multimodo são 16G e 25G. Existem soluções 8x50G FR8 e L8. A segunda geração, todo o sinal elétrico atualizado para 50G, 8 canais. O modo único tem FR8, LOR8, sinais elétricos e dados de luz para corresponder totalmente. A terceira geração de produção de sinais elétricos ou 50G, a luz pode ser atualizada para 100G, existem três tipos de programas. 400G SR4 depende se a tecnologia multimodo tem o potencial de ascender a um esquema de canal único 100G. Para a última quarta geração da eletricidade para a luz para ascender ao canal único 100G. No passado, o custo deveria ser mais baixo quando não havia incompatibilidade de sinal ótico e, agora, se o sinal ótico não corresponder, é necessário aumentar a tecnologia da caixa de velocidades.
Na solução de acesso 100G de próxima geração, atualmente a camada de acesso com 100G SR2 AOC é a preferida. Este AOC pode resolver principalmente ligações de acesso de 25 a 30 metros, com vantagens evidentes: longa distância e poucas limitações. A desvantagem é que, devido ao desenvolvimento de chips e módulos, o progresso da normalização será mais lento e os custos iniciais envolvidos serão relativamente elevados. No esquema de ligação em cobre, as principais vantagens podem ser o DAC de 25G, que é um produto de desenvolvimento rápido. As desvantagens também são óbvias: curta distância, todo o cabo será mais espesso e o desempenho da implantação em grande escala será um risco.
Para o esquema de interligação óptica de 400G, primeiro aprendemos sobre multimodo, e alguns esquemas são SR4.2 ou SR8. Atualmente, o potencial tem sido difícil de explorar, mas a vantagem de custos do VCSEL é muito grande. Se o 50G puder ser implementado ou existirem custos de aplicação, o custo do módulo pode ser controlado muito baixo. O SR16 não é recomendado para utilização. SR8 e SR4.2, embora cumpram os nossos requisitos, no entanto, com base na nossa operação e manutenção anteriores, ainda queremos ter tendência a utilizar SR4.2, precisamos de dois canais multimodo, para que possamos utilizar fibra multimodo de banda larga, cujo custo da fibra é mais baixo, acreditamos que o multimodo de banda larga de oito estrelas é menor. Portanto, o esquema multimodo na era 400G pode continuar, a chave está na fibra óptica, se a comparação de custo global da fibra mais transceptor óptico monomodo tiver a vantagem, ainda terá a sua vitalidade.
O próximo é um esquema monomodo de 400G. O monomodo é mais claro e simples, uma vez que o nosso data center tem um comprimento máximo de 500 metros para cobrir a grande maioria das aplicações. Assim sendo, o DR4 deve ser o principal monomodo, podendo ser utilizado no PSM4 da fibra monomodo de 8 núcleos, com um custo de fibra ótica aceitável. Não é necessário o salto de onda do dispositivo, e a implementação do DR4 interno também apresenta mais vantagens. O FR4 tem também um cenário de aplicação em que é provável que sejam utilizados mais de 500 metros de aplicações entre edifícios, e estes dois programas são as principais soluções que consideramos para os futuros data centers.
O próximo é o pacote do transcetor ótico 400G que queremos selecionar, o pacote mencionado anteriormente, QSFP-DD é uma opção, suporta plug-ins, mantém os mesmos hábitos de manutenção e densidade de sempre, pode ser compatível com versões anteriores e também pode suavizar, atualizar para o próximo 400G, o caminho da evolução é muito claro.
O pacote do módulo ótico de 100G, por se tornar de dois canais, não é propício à miniaturização se os dois canais ainda forem utilizados no pacote anterior de 4 canais. Também realizamos inovações com base em SFP, em conjunto com vários fornecedores, para promover e estabelecer a Organização SFP-DD MSA, adicionando um sinal de alta velocidade. O significado mais importante é o de preencher a lacuna entre os dois canais no pacote do transceptor ótico. A razão para a escolha deste módulo é que o encapsulamento é inferior ao QSFP, adequado para o nosso data center, além de manter a compatibilidade, podendo ser compatível com 25G e 50G. Talvez alguns clientes necessitem desta aplicação.
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