Pourquoi les centres de données IA ont-ils besoin de modules optiques 800G ?

Dans le monde en évolution rapide d'aujourd'hui, la demande de transmission de données à haut débit a atteint des niveaux sans précédent. Les applications d’IA et les grands modèles ont fait de la puissance de calcul une infrastructure clé pour l’industrie de l’IA. À mesure que le besoin de communications plus rapides augmente, les modules optiques à haut débit sont devenus un composant essentiel des serveurs d’intelligence artificielle. Cet article explore l'évolution des modules optiques 800G et leur énorme potentiel à l'ère de l'IA.

L'évolution des modules optiques 800G

Les modules optiques effectuent la tâche de convertir les signaux optiques et électriques dans les connexions réseau, responsables de la conversion des signaux électriques en signaux optiques à l'extrémité de transmission, puis de la conversion des signaux optiques en signaux électriques à l'extrémité de réception après transmission via des fibres optiques. Avec le développement et l'intégration de dispositifs optoélectroniques, leurs performances et leur bande passante de transmission ont été continuellement améliorées, et les modules optiques nécessitent des taux de transmission plus élevés et des tailles plus petites pour s'adapter aux différents scénarios d'utilisation. Les méthodes de conditionnement ont également évolué, et un conditionnement et une consommation d'énergie plus petits signifient que les modules optiques ont une densité de ports plus élevée sur les commutateurs, et que la même puissance peut piloter davantage de modules optiques.

Demande croissante de bande passante

La croissance de la demande de bande passante a eu un impact significatif sur les modules optiques à haut débit. Avec l'émergence de nouvelles technologies et la demande de transmission de données à grande échelle, les modules optiques traditionnels 100G, 200G et 400G ne peuvent plus répondre pleinement à la demande du marché. Pour répondre à la demande croissante de bande passante, les modules optiques 800G deviennent une tendance.

La croissance de la technologie LPO

À l’ère des modules optiques 800G, la technologie LPO (Linear-drive Pluggable Optics) se démarque. LPO utilise des composants analogiques linéaires dans la liaison de données, sans avoir besoin d'une conception complexe CDR ou DSP. Par rapport aux solutions DSP, LPO réduit considérablement la consommation d'énergie et la latence et convient parfaitement aux exigences de connexion de données à courte distance, à bande passante élevée, à faible consommation et à faible latence des centres de données IA. À mesure que les fournisseurs de services cloud élargissent leurs ressources informatiques, les solutions LPO, notamment 800G LPO, devraient occuper une part de marché importante.

Emballage du module optique 800G

Avec les progrès continus de la technologie, la forme de conditionnement des modules optiques a subi des changements importants. Du premier emballage GBIC au plus petit emballage SFP, en passant par l'actuel 800G QSFP-DD et emballage OSFP. Cette tendance de développement reflète non seulement l'amélioration continue des modules optiques en termes de cadence mais montre également leurs progrès vers la miniaturisation et le hot plugging. Les scénarios d'application des modules optiques 800G sont de plus en plus diversifiés, couvrant plusieurs domaines tels que Ethernet, CWDM/DWDM, les connecteurs, les canaux fibre et l'accès filaire/sans fil.

Comparaison des tailles QSFP-DD et OSFP

Spécifications du QSFP-DD 800G

Petit module haute vitesse enfichable à quatre canaux double densité. QSFP-DD est le packaging préféré pour les modules optiques 800G, permettant aux centres de données de se développer efficacement et d'étendre la capacité du cloud selon les besoins. Les modules QSFP-DD utilisent une interface électrique à 8 canaux, avec un débit allant jusqu'à 25 Gb/s (modulation NRZ) ou 50 Gb/s (modulation PAM4) par canal, offrant une solution globale allant jusqu'à 200 Gb/s ou 400 Gb/s. .

Les avantages du 800G QSFP-DD

Il a une compatibilité descendante et est compatible avec les packages QSFP+/QSFP28/QSFP56 QSFP.

Il adopte un connecteur à cage intégré empilé 2 × 1, qui peut prendre en charge les systèmes de connecteurs à cage à simple et double hauteur.

Il peut atteindre une capacité thermique d'au moins 12 watts par module grâce à des connecteurs SMT et des cages 1xN. Une capacité thermique plus élevée peut réduire les exigences en matière de fonction de refroidissement des modules optiques, réduisant ainsi certains coûts inutiles.

Dans la conception de QSFP-DD, le groupe de travail MSA a pleinement pris en compte la flexibilité d'utilisation par l'utilisateur, a adopté la conception ASIC, a pris en charge plusieurs débits d'interface et était compatible vers le bas (compatible avec QSFP+/QSFP28), réduisant ainsi les coûts de port et de déploiement d'équipement.

Spécifications de forme OSFP 800G

OSFP est un nouveau type de module optique, beaucoup plus petit que CFP8, mais légèrement plus grand que QSFP-DD, avec 8 canaux électriques haute vitesse, et prend toujours en charge 32 ports OSFP sur chaque panneau avant 1U, avec dissipateurs thermiques intégrés pour améliorer considérablement la chaleur. performances de dissipation.

Les avantages du 800G OSFP

Le module OSFP est conçu pour 8 canaux, prenant directement en charge un débit total allant jusqu'à 800G, obtenant ainsi une densité de bande passante plus élevée.

Étant donné que le package OSFP prend en charge davantage de canaux et des taux de transmission de données plus élevés, il peut offrir des performances supérieures et une distance de transmission plus longue.

Le module OSFP a une excellente conception de dissipation thermique et peut gérer une consommation d'énergie plus élevée.

OSFP est conçu pour prendre en charge des taux plus élevés à l’avenir. En raison de la plus grande taille du module OSFP, il est possible de prendre en charge une consommation d'énergie plus élevée, prenant ainsi en charge des débits plus élevés, tels que 1.6T ou plus.

Comparaison de la taille du module optique 800G

QSFP-DD est généralement le choix préféré dans les applications de télécommunications, tandis que OSFP est plus adapté aux environnements de centres de données. Les principales différences entre eux sont :

Taille : OSFP est légèrement plus grand

Consommation d'énergie : la consommation d'énergie d'OSFP est légèrement supérieure à celle de QSFP-DD.

Compatibilité : QSFP-DD est parfaitement compatible avec QSFP28 et QSFP+, tandis qu'OSFP n'est pas compatible.

Types de modules optiques 800G

800G=8x100G=4x200G, donc selon le tarif monocanal, il peut être divisé en deux types, à savoir 100G monocanal et 200G. Les architectures correspondantes sont présentées dans la figure ci-dessous. Le module optique 100G monocanal peut être rapidement mis en œuvre, tandis que le 200G a des exigences plus élevées en matière de dispositifs optiques. Étant donné que le débit maximum pris en charge par l'interface électrique actuelle est de 112 Gbit/s PAM4, une boîte de vitesses est requise pour le 200G monocanal.

Pour le cas multimode, il existe principalement deux normes pour les modules optiques 800G, correspondant à une distance de transmission inférieure à 100m.

800GSR8

Il adopte la solution VCSEL, avec une longueur d'onde de 850 nm, un débit monocanal de 100 Gbit/s PAM4 et nécessite 16 fibres. Cela peut être considéré comme une version améliorée du 400G SR4, avec le nombre de canaux doublé. Son interface optique est MPO-16 ou 2 rangées de MPO-12, comme le montre la figure ci-dessous. Les modules optiques 800G SR8 sont généralement utilisés pour l'Ethernet 800G, les liaisons de centres de données ou l'interconnexion 800G-800G.

800GSR4

Cette solution adopte une longueur d'onde de 850 nm/910 nm, une transmission bidirectionnelle et utilise DeMux dans le module pour séparer les deux longueurs d'onde. Le débit monocanal est de 100 Gbit/s PAM4 et 8 fibres sont requises. Par rapport au SR8, le nombre de fibres dans cette solution est réduit de moitié. Son schéma fonctionnel est présenté dans la figure ci-dessous :

800G PAM4 CDR

Son interface fibre est illustrée dans la figure ci-dessous, utilisant l'interface MPO-12.

Il existe différentes normes pour les modules optiques 800G pour les applications monomodes :

800G DR8, 800G 2xDR4 et 800G PSM8

Ces trois standards ont des architectures internes similaires, toutes avec 8 émetteurs et 8 récepteurs, et un débit monocanal de 100 Gbps, nécessitant 16 fibres optiques. 800G DR8 Le module optique adopte la technologie parallèle monomode 100G PAM4 et 8 canaux, et la distance de transmission via la fibre optique monomode peut atteindre 500 m.

Il est généralement utilisé pour les interconnexions de centres de données, 800G-800G, 800G-400G et 800G-100G. 800G PSM8 adopte la technologie CWDM, avec 8 canaux optiques, chacun avec un taux de transmission de 100 Gbps, prenant en charge une distance de transmission de 100 m. Il est très approprié pour la transmission longue distance et le partage des ressources fibre.

800G 2DR4 fait référence à 2 interfaces « 400G-DR4 ». L'interface optique du 2DR4 est 2 MPO-12, comme le montre la figure ci-dessous. Il peut être interconnecté avec un module optique DR400 4G sans câble de dérivation en fibre, prenant en charge une distance de transmission de 500 m, ce qui est pratique pour les mises à niveau du centre de données. L'interface optique du PSM8 et du DR8 est MPO-16.

800G 2xFR4 et 2xLR4

Ces deux normes ont des structures internes similaires, contenant toutes deux 4 longueurs d'onde et un débit monocanal de 100 Gbit/s. En utilisant Mux pour réduire le nombre de fibres optiques, 4 fibres optiques sont nécessaires, comme le montre la figure ci-dessous.

Ces deux solutions sont des mises à niveau des modules optiques 400G FR4 et LR4, utilisant des longueurs d'onde CWDM1271 de 1291/1311/1331/4 nm. 2xFR4 prend en charge une distance de transmission de 2 km et 2xLR4 prend en charge une distance de transmission de 10 km. Leurs interfaces optiques adoptent des interfaces double CS ou double duplex LC.

800GFR4

Cette solution utilise quatre longueurs d'onde, avec un débit monocanal de 200 Gbit/s, nécessitant deux fibres optiques pour prendre en charge une distance de transmission de 2 km, comme le montre la figure ci-dessous.

Il adopte une interface optique LC duplex, comme le montre la figure ci-dessous.

800GFR8

Cette solution utilise 8 longueurs d'onde, chacune avec un débit de 100 Gbit/s, nécessitant deux fibres optiques pour supporter une distance de transmission de 2 km, comme le montre la figure ci-dessous. Les huit canaux de longueur d'onde sont respectivement de 1271/1291/1311/1331/1351/1371/1391/1411 nm.

L'impact d'Al sur le déploiement des modules optiques 800G

Pourquoi 800G est-il plus important que 400G pour les serveurs IA ?

Tout d’abord, les serveurs IA nécessitent un taux de transmission de données élevé et une faible latence, ainsi que des commutateurs montés en rack adaptés à la bande passante sous-jacente. Ces commutateurs peuvent également nécessiter une redondance de latence, ce qui nécessite des modules optiques à grande vitesse. Par exemple, le serveur NVIDIA DGX H100 est équipé de modules GPU 8xH100, chacun nécessitant 2 modules optiques 200G. Par conséquent, chaque serveur a besoin d'au moins 16xModules 200G, et le port de commutateur supérieur du rack correspondant nécessite au moins 4x800G.

Deuxièmement, les puces optiques 800G présentent une rentabilité et des avantages économiques plus élevés. Ils utilisent des puces EML 100G, tandis que les 200G/400G utilisent des puces optiques 50G. Les données montrent qu'au même rythme, le coût d'une puce optique 100G est 30 % inférieur à celui de deux puces optiques 50G. Néanmoins, Modules optiques 400G ont encore une importance importante dans l’industrie.

Bien qu'ils ne soient peut-être pas en mesure d'égaler la vitesse des modules optiques 800G, ils améliorent considérablement la bande passante par rapport aux anciennes technologies et constituent la solution préférée de nombreuses entreprises. De plus, certaines applications peuvent ne pas avoir besoin de toutes les fonctionnalités de l'Ethernet 800G et 400G. Ethernet est plus pratique pour eux. Avec la demande croissante d'une transmission de données plus rapide et plus efficace, l'ère des modules optiques 800G est arrivée.

Grâce à leurs excellentes capacités de bande passante et aux progrès de la technologie LPO, les modules optiques 800G vont complètement changer le secteur de l'intelligence artificielle et les centres de données.