Résumé: Le Dr Radha Nagarajan d'Inphi Corp est satisfait des réalisations de l'industrie technologique en 2018 et est enthousiasmé par les possibilités illimitées offertes par 2019, y compris le marché de l'interconnexion de centres de données à haut débit (DCI). La décomposition géographique des centres de données deviendra plus courante. Le centre de données va continuer à se développer. La photonique sur silicium et le CMOS seront au cœur du développement du module optique.
Nouvelles de l'ICCSZ. Comme nous le savons tous, l'industrie de la technologie a réalisé de nombreuses réalisations extraordinaires en 2018, et il y aura diverses possibilités infinies en 2019, cela a été long à venir. Dr Radha Nagarajan, chef de la technologie Officer of Inphi, estime que l'interconnexion des centres de données à haut débit (DCI) en tant que l'un des secteurs de l'industrie technologique, changera également en 2019. Voici trois choses qu'il s'attend à voir se produire dans le centre de données cette année.
1. La décomposition géographique des centres de données deviendra plus courante
La consommation des centres de données nécessite une prise en charge importante de l'espace physique, y compris des infrastructures telles que l'alimentation et le refroidissement. La décomposition géographique du centre de données deviendra plus courante car il deviendra de plus en plus difficile de construire des centres de données uniques, de grande taille et continus. La décomposition est essentielle dans les zones métropolitaines où les prix des terrains sont élevés. Les interconnexions à large bande passante sont essentielles pour connecter ces centres de données.
DCI-Campus : Ces centres de données sont souvent connectés entre eux, comme sur le campus. Les distances sont généralement limitées entre 2 km et 5 km. Selon la disponibilité de la fibre optique, les distances chevauchent également les liaisons CWDM et DWDM.
DCI-Edge : Ce type de connexion va de 2 km à 120 km. Ces liens sont principalement connectés aux centres de données distribués dans la zone et sont généralement soumis à des limitations de latence. Les options de la technologie optique DCI incluent la détection directe et la cohérence, toutes deux mises en œuvre à l'aide du format de transmission DWDM en bande C de fibre (fenêtre 192 THz à 196 THz). Le format de modulation de détection directe est modulé en amplitude avec un schéma de détection plus simple, consomme moins d'énergie et des coûts inférieurs, et il nécessite une compensation de dispersion externe dans la plupart des cas. Pour 100 Gbit/s, modulation d'amplitude d'impulsion à 4 niveaux (PAM4), le format de détection directe est une méthode économique pour les applications DCI-Edge. La capacité du format de modulation PAM4 est le double de celle du format de modulation traditionnel sans retour à zéro (NRZ). Pour la prochaine génération de systèmes DCI à 400 Gbps (par longueur d'onde), les formats cohérents à 60 Gbauds et 16-QAM sont les principaux concurrents.
DCI-Metro / Long Haul : Cette catégorie de fibre optique au-delà de DCI-Edge, avec 3,000 XNUMX kilomètres de liaisons au sol et des fonds marins plus longs. Un format de modulation cohérent est utilisé pour cette catégorie, et le type de modulation peut être différent pour différentes distances. Le format de modulation cohérente est également une modulation d'amplitude et de phase, qui nécessite une détection par un laser oscillateur local. Il nécessite un traitement de signal numérique complexe, consomme plus d'énergie, a une portée plus longue et est plus coûteux que la détection directe ou les méthodes NRZ.
2. Le centre de données continuera à se développer
Les interconnexions à large bande passante sont essentielles pour connecter ces centres de données. Ainsi, les centres de données DCI-Campus, DCI-Edge et DCI-Metro / Long Haul continueront de croître.
Au cours des dernières années, le domaine DCI est devenu le centre d'intérêt croissant des fournisseurs de systèmes DWDM traditionnels. Demande croissante de bande passante des fournisseurs de services cloud (CSPS) qui fournissent des logiciels en tant que service (SaaS), une plate-forme en tant que service (PaaS) et une infrastructure Les capacités en tant que service (IaaS) stimulent la demande de systèmes optiques qui connectent des commutateurs et des routeurs à des couches différentes du réseau du centre de données CSP. Aujourd'hui, cela doit fonctionner à 100 Gbit/s, et à l'intérieur d'un centre de données, il peut être câblé avec un câble en cuivre direct (DAC), un câble optique actif (AOC) ou une optique « grise » 100G peuvent être utilisés dans le centre de données. Pour les liens des installations du centre de données (campus ou applications périphériques/métropolitaines), la seule option disponible jusqu'à récemment était une approche complète et cohérente basée sur des transpondeurs, les méthodes sont sous-optimales.
Avec la transition vers l'écosystème 100G, l'architecture du réseau du centre de données est passée d'un modèle de centre de données plus traditionnel, où toutes les installations du centre de données sont situées dans un seul grand parc de « grand centre de données ». La plupart des CSP ont été intégrés dans des architectures régionales distribuées pour atteindre l'échelle requise et fournir des services cloud hautement disponibles. Les zones de centres de données sont souvent situées à proximité de zones métropolitaines à forte densité de population afin de fournir le meilleur service (en termes de latence et de disponibilité) aux clients finaux les plus proches de ces zones. L'architecture régionale diffère légèrement d'un CSP à l'autre, mais se compose de « passerelles » ou de « hubs » régionaux redondants qui sont connectés à la dorsale du réseau étendu (WAN) du CSP (et peuvent être utilisés pour la transmission de contenu transmission). Chaque passerelle régionale est connectée à chaque centre de données de la région, où résident les serveurs de calcul/stockage et les structures de support. Comme la zone doit s'étendre, il est facile d'acheter des installations supplémentaires et de les connecter à la passerelle régionale. Par rapport au coût relativement élevé et au long temps de construction de la construction d'un nouveau grand centre de données, cela permet une expansion et une croissance rapides de la zone, avec l'avantage supplémentaire d'introduire le concept de différentes zones de disponibilité (AZ) dans une zone donnée.
La transition des grandes architectures de centres de données vers les régions introduit des contraintes supplémentaires qui doivent être prises en compte lors du choix d'une passerelle et de l'emplacement des installations de centre de données. Par exemple, pour garantir la même expérience client (du point de vue de la latence), la distance maximale entre deux centres de données (via une passerelle publique) doit être limitée. Une autre considération est que le système optique gris est trop inefficace pour interconnecter des bâtiments de centres de données physiquement disparates dans la même zone géographique. Compte tenu de ces facteurs, les plates-formes cohérentes d'aujourd'hui ne sont pas adaptées aux applications DCI.
Le format de modulation PAM4 offre une faible consommation d'énergie, un faible encombrement et des options de détection directe. En utilisant la photonique sur silicium, un émetteur-récepteur à double porteuse avec un circuit intégré spécifique à l'application PAM4 (ASIC) a été développé, intégrant un processeur de signal numérique (DSP) et une correction d'erreur directe (FEC), et l'empaquetant dans le facteur de forme QSFP28. Le module enfichable commutable résultant peut effectuer une transmission DWDM via une liaison DCI typique, chaque paire de fibres est de 4 Tbps et la consommation d'énergie par 100 G est de 4.5 W.
3. La photonique sur silicium et le CMOS seront au cœur du développement des modules optiques
La combinaison de la photonique au silicium pour les éléments optiques hautement intégrés et du semi-conducteur à oxyde métallique complémentaire au silicium (CMOS) à grande vitesse pour le traitement du signal jouera un rôle dans l'évolution des modules optiques enfichables commutables à faible coût, à faible consommation.
La puce photonique en silicium hautement intégrée est le cœur du module enfichable. Par rapport au phosphure d'indium, les plates-formes CMOS en silicium sont capables d'accéder à des optiques au niveau des tranches avec des tailles de tranches plus grandes de 200 mm et 300 mm. Des photodétecteurs avec des longueurs d'onde de 1300 nm et 1500 nm ont été construits en ajoutant une épitaxie au germanium sur une plate-forme CMOS en silicium standard. De plus, des composants à base de dioxyde de silicium et de nitrure de silicium peuvent être intégrés pour produire un contraste à faible indice de réfraction et des composants optiques insensibles à la température.
Sur la figure 2, le chemin de sortie de la puce photonique au silicium contient une paire de modulateurs Mach Zehnder à ondes progressives (MZM), un pour chaque longueur d'onde. Les deux sorties de longueur d'onde sont combinées sur une puce à l'aide d'un entrelaceur intégré 2: 1, qui est utilisé comme multiplexeur DWDM. Le même MZM au silicium peut être utilisé pour les formats de modulation NRZ et PAM4 avec différents signaux de commande.
Alors que les besoins en bande passante des réseaux de centres de données continuent de croître, la loi de Moore exige l'avancement des puces de commutation, ce qui permettra aux plates-formes de commutation et de routeur de maintenir la parité de base des puces de commutation tout en augmentant la capacité de chaque port. La prochaine génération de puces de commutation est pour 400G par fonction de port. Un projet appelé 400ZR a été lancé dans l'Optical Internet Forum (OIF) pour normaliser la prochaine génération de modules optiques DCI et créer l'écosystème optique diversifié des fournisseurs. Ce concept est similaire à WDM PAM4, mais étendu pour prendre en charge les exigences de 400 Gbit/s.