Comment personnaliser les modules optiques dans les centres de données ?

Le 11e sommet technologique du département de la plate-forme réseau s'est terminé avec succès à Shenzhen le 6 juillet 2022. Ce sommet s'est concentré sur les quatre principaux domaines de la recherche et du développement de matériel, de l'accélération matérielle, des produits de réseau et des opérations de réseau. Il a démontré de manière exhaustive l'amélioration continue des capacités de recherche et développement et des résultats d'exploration du département de la plate-forme réseau.

Modules optiques et applications

C'est la première fois que le module optique apparaît à la conférence technologique. La conférence a passé en revue le processus de développement des produits de modules optiques, de l'utilisation commerciale à la personnalisation. Il s'est concentré sur l'avenir, a saisi les voies technologiques critiques et a exploré de nouveaux modèles de développement en même temps.

Un module optique est un petit système avec des fonctions et une structure complètes. L'entrée du signal électrique est analysée par des puces telles que DSP, puis entre dans la puce pilote, puis pilote la puce optique pour la modulation. La lumière modulée entre dans le système optique passif pour le couplage, et enfin, la lumière couplée entre dans le système à fibre optique pour la transmission.

Les modules optiques ne sont pas exclusifs aux centres de données mais sont d'abord utilisés dans les réseaux de télécommunications, notamment les réseaux de transmission longue distance. Cependant, avec le développement des centres de données, notamment l'augmentation de la bande passante des équipements, les modules optiques sont entrés en usage dans les centres de données. Étant donné que la vitesse de développement des centres de données est beaucoup plus rapide que celle de l'industrie des télécommunications traditionnelles, la croissance de la demande de modules optiques dans les centres de données a également largement dépassé celle de ce dernier.

Figure1：Applications des modules optiques

De l'utilisation commerciale à l'approvisionnement

Pour le centre de données, le premier réseau 40G est un système fermé. Par exemple, ce que le centre de données achète, c'est l'ensemble du système de réseau du fabricant d'équipement traditionnel, y compris les logiciels, l'équipement de commutation et les modules optiques. Le coût des systèmes commerciaux est élevé et il n'est pas facile de les exploiter et de les entretenir en cas de problème. Ce sont des raisons importantes pour que les centres de données passent de l'utilisation commerciale à l'approvisionnement.

Combiné avec l'application en ligne des serveurs 25G, 25G SFP28, et les modules optiques 100G QSFP28 seront inévitablement confrontés à des défis lors du démarrage de l'approvisionnement. Le premier défi est l'adaptation entre les appareils. Bien qu'il n'y ait aucun problème dans le test du module optique unique, le centre de données a rencontré de nombreux problèmes de compatibilité des équipements lors de la phase d'approvisionnement.

Le centre de données a constaté que les modules de différents fabricants ont des performances différentes sur chaque port sur différents appareils, et les performances sur différents appareils sont également différentes. Un schéma d'adaptation parfait doit être fait pour former un système de test complexe, pour s'assurer que les différents modules peuvent bien communiquer. Il est souvent nécessaire d'optimiser les paramètres de port un à un.

Figure 2：Contrôle qualité/coût de bout en bout

Mais ce sera rentable si les modules optiques achetés peuvent être gérés très finement. Un grand nombre de modules optiques QSFP 40G ont mal fonctionné dans le centre de données entre 2015 et 2017. C'est principalement parce que l'intégrateur système a externalisé tous les modules optiques, qui n'avaient qu'une compréhension superficielle des modules optiques. De plus, l'intégrateur dépend du fabricant du module pour intercepter le problème de qualité du module optique.

Si vous combinez vos scénarios d'application, gérez la solution technique du module de bout en bout, contrôlez et optimisez son processus et implémentez correctement la solution de gestion de la qualité du système, vous pouvez complètement éviter les problèmes ci-dessus. Grâce à l'optimisation et au contrôle continus du module d'auto-éclairage pendant 2 à 3 ans, non seulement le coût a augmenté d'année en année dans le centre de données, mais aussi la qualité a été systématiquement améliorée et le taux de défaillance de l'environnement de production a été continuellement réduit.

De l'approvisionnement à la personnalisation

Un autre avantage de l'achat de modules optiques par vous-même est qu'il peut répondre aux besoins de personnalisation diversifiés induits par le développement diversifié des réseaux de centres de données. Par exemple, les scénarios de surveillance du spectre de 10 km nécessitent l'interconnexion de modules de 10 km. En raison du prix élevé des modules émetteurs-récepteurs intégrés, les centres de données utilisent la plate-forme de modules existante pour apporter quelques améliorations mineures afin d'obtenir des solutions à faible coût.

Un autre exemple est l'exigence de DCI pour une répartition de la lumière de 2 km. L'ensemble du projet est très rentable, mais la solution technique est très difficile. Il est nécessaire de combiner l'environnement réseau du centre de données et de procéder à une optimisation approfondie de la conception des modules, qui comprend une série de mises à niveau au niveau de la partie optique du module et au niveau de la puce.

Figure3：Répondre à une variété de besoins personnalisés

Avec le lancement de serveurs 100G par lots, le réseau 200G lance des applications de production de masse. Les modules optiques utilisés dans l'ensemble du réseau sont mis à niveau de 100G QSFP28 à 200G QSFP56 ou 200G QSFP-DD. L'ensemble de la chaîne industrielle s'apparente à un « rugby », avec un gros milieu et des petits bouts. Il y a plus de 200 entreprises dans l'ensemble de l'industrie qui prétendent être capables de produire des modules optiques, mais il n'y a peut-être pas plus de 10 fabricants de puces au sommet de la chaîne de l'industrie, en particulier ceux qui disposent de techniques de premier ordre telles que DSP.

Le nombre de parties applicatives en aval ou d'utilisateurs finaux est bien inférieur au nombre de fabricants de modules optiques, ce qui montre une structure industrielle chaotique. Cela implique également d'autres problèmes : une demande peu claire et non spécifique, et une valeur peu claire de la puce. Le premier objectif des modules optiques est de briser cette écologie, c'est-à-dire que les centres de données et les fabricants de puces discutent directement des exigences de spécification et de coût (consommation), pour atteindre une réelle compétitivité des coûts de bout en bout.

Le centre de données a également lancé le mode JDM multipartite, c'est-à-dire que le centre de données soumet directement la demande de spécifications et certaines fonctions personnalisées au fabricant de puces et que le fabricant optimise ou redéveloppe en fonction des besoins du centre de données. Le schéma de modules est conçu conjointement par le centre de données et les fabricants de modules, ce dernier étant responsable de la production.

Figure 4 : « casser l'écologie »

En entrant dans la phase d'auto-recherche, la question la plus importante à prendre en compte par les centres de données est de savoir comment obtenir une valeur maximale dans la conception et la sélection des solutions. « Lumière » et « électricité » sont fondamentalement différentes en termes de propriétés de transmission. La lumière a des propriétés spéciales, telles que des caractéristiques de puissance optique à différentes températures, des caractéristiques de bande passante à différents courants et des caractéristiques de longueur d'onde dans différentes conditions. En mode auto-développé, le centre de données peut continuellement promouvoir l'optimisation de la solution en combinaison avec les spécifications du système, et permettre à la puce électronique d'être plus adaptée à la lumière, pour exercer de plus grands avantages techniques.

Les modules optiques sont souvent perçus comme des produits standard car la forme de la coque et les spécifications d'interface d'entrée et de sortie sont définies. Cependant, l'emballage optique interne est spécial, avec différents facteurs de forme. Chaque fabricant a une conception différente et un équipement de fabrication personnalisé.

Si le centre de données souhaite concevoir et fabriquer rapidement un module auto-développé, le centre de données sera confronté au problème de la sélection de la plate-forme. Dans le mode de module optique auto-développé, en utilisant pleinement la maturité 100G QSFP28 La plate-forme de conditionnement de modules optiques et la réalisation simultanée de certaines mises à niveau ciblées constituent la meilleure solution pour répondre aux exigences de stabilité de la qualité, d'efficacité du développement et de faible coût.

Exploration de la prochaine étape

Le réseau du data center itère tous les 2 à 3 ans. À en juger par les panneaux routiers de la puce de commutation, le réseau 112G complet arrivera en 2023. Récemment, les gens ont discuté du développement du réseau 112 Gbps de nouvelle génération, y compris les cartes réseau et les équipements de commutation.

Au niveau du module optique, le centre de données a également effectué des recherches techniques au cours des deux dernières années. De 100G à 400G et 800G, la consommation électrique du module continuera d'augmenter. Dans le même temps, le BER (Bit Error Rate) sera également confronté à une dégradation exponentielle. Résoudre ces problèmes nécessite d'augmenter le travail de conception et d'optimisation au niveau de la puce, et même de participer à la conception de la puce. L'emballage optique sera également confronté à une série de défis, et diverses nouvelles solutions pour améliorer l'intégration optique doivent être explorées. Dans le schéma de transmission, le centre de données doit également continuer à explorer pour répondre aux exigences du scénario de réseau du centre de données.

Figure 5 : Évolution du taux

La distance de transmission du signal est un attribut de base du matériel d'interconnexion, et c'est également une contrainte clé qui doit être discutée chaque fois que les centres de données discutent des solutions techniques futures et des tendances de développement. Avec l'amélioration continue de la vitesse de base, la distance physique de la salle informatique ou IDC du centre de données ne changera pas beaucoup.

Par conséquent, lors de la sélection d'un module ou d'une solution technique pour connecter deux appareils, une itération doit se produire avec l'itération de la technologie de transmission. Il y a trois interfaces dans l'évolution de la « distance ». Du côté de l'accès à courte distance, "optique" entre et "cuivre" sort. De la connexion interne de la salle IDC, il est monomode au lieu de multimode. Du point de vue de la connexion DCI, c'est le naufrage continu d'une technologie cohérente.

Dans les aspects ci-dessus, le centre de données a également réalisé des configurations avancées, y compris l'accès à la carte réseau 112 Gbpsl, et le centre de données est en cours de déploiement sur la base de la technologie TAC 112 Gbpsl et du développement de coopération de puce correspondant. En termes de connexion à l'intérieur de la salle IDC, le module MM SR peut ne pas être en mesure de répondre à la connexion dans la salle du centre de données (gamme des bâtiments), en particulier la connexion entre salles. Ici, le centre de données explore également des solutions monomodes au lieu de solutions multimodes, en particulier Certaines tentatives de développement conjointes ont également été faites dans la solution de puce monomode entièrement intégrée. Le choix et le remplacement d'IMDD et cohérent, le centre de données devrait arriver dans le 1.6T ou mono-longueur d'onde 400G QSFP-DD génération, le futur centre de données effectuera donc des travaux dans le domaine de Coherent-lite, en particulier l'algorithme oDSP.

À partir du puce

Une différence clé entre un module optique et les appareils/équipements électriques traditionnels est qu'il a non seulement des caractéristiques « électriques », mais aussi des caractéristiques « optiques », il doit donc faire face à la fois à la loi de Moore de la microélectronique et à la loi de Moore de l'optoélectronique. Avec la tendance à l'entrée de la lumière et au retrait du cuivre, le monde intègre constamment des ressources optoélectroniques de base. Les fabricants dirigés par des géants dans le domaine des puces électroniques traditionnelles se développent également dans le domaine de l'optoélectronique pour se préparer à la future tendance de l'intégration optoélectronique. De même, les centres de données doivent également faire quelque chose pour relever un défi après l'autre. Le développement du 112Gbps risque d'être un long processus. Le système 400G basé sur 112G Serdes est la meilleure opportunité pour les centres de données à déployer maintenant et à explorer à l'avenir.