データセンターの光モジュールをカスタマイズする方法は？

第11回ネットワークプラットフォーム部門テクノロジーサミットは、6年2022月XNUMX日に深センで無事に終了しました。このサミットは、ハードウェアの研究開発、ハードウェアアクセラレーション、ネットワーク製品、およびネットワーク運用のXNUMXつの主要分野に焦点を当てました。 これは、ネットワークプラットフォーム部門の研究開発能力と調査結果の継続的な改善を包括的に示しました。

光モジュールとアプリケーション

光モジュールが技術会議に登場するのはこれが初めてです。 会議では、商用利用からカスタマイズまでの光モジュール製品の開発プロセスをレビューしました。 将来に焦点を当て、重要なテクノロジーパスを把握し、同時に新しい開発モデルを検討しました。

光モジュールは、完全な機能と構造を備えた小さなシステムです。 電気信号入力は、DSPなどのチップによって分析され、ドライバチップに入り、変調のために光チップを駆動します。 変調された光は結合のために受動光システムに入り、最後に結合された光は伝送のために光ファイバシステムに入ります。

光モジュールはデータセンター専用ではありませんが、最初に電気通信ネットワーク、特に長距離伝送ネットワークで使用されます。 しかし、機器の帯域幅の拡大を含むデータセンターの開発に伴い、光モジュールがデータセンターで使用されるようになりました。 データセンターの開発速度は従来の電気通信業界よりもはるかに速いため、データセンターの光モジュールの需要の伸びも後者の需要をはるかに上回っています。

図1：光モジュールのアプリケーション

商用利用から調達まで

データセンターにとって、初期の40Gネットワ​​ークはクローズドシステムです。 たとえば、データセンターが購入するのは、ソフトウェア、スイッチング機器、光モジュールなど、従来の機器メーカーのネットワークシステム全体です。 商用システムはコストが高く、問題が発生した場合の運用・保守は容易ではありません。 これらは、データセンターが商用利用から調達に切り替える重要な理由です。

25Gサーバーのオンラインアプリケーションと組み合わせると、 25G SFP28、および100G QSFP28光モジュールは、調達を開始する際に必然的に課題に直面します。 最初の課題は、デバイス間の適応です。 単一光モジュールのテストでは問題はありませんが、データセンターでは調達段階で多くの機器の互換性の問題が発生しています。

データセンターは、さまざまなメーカーのモジュールがさまざまなデバイスの各ポートでさまざまなパフォーマンスを示し、さまざまなデバイスでのパフォーマンスも異なることを発見しました。 さまざまなモジュールが適切に通信できることを確認するために、複雑なテストシステムを形成するために完全な適応スキームを作成する必要があります。 多くの場合、ポートパラメータをXNUMX対XNUMXで最適化する必要があります。

図2：エンドツーエンドの品質/コスト管理

しかし、購入した光モジュールを非常に細かく管理できれば、それは有益です。 40年から2015年にかけて、データセンターで多数の2017G QSFP光モジュールが誤動作しました。これは主に、システムインテグレーターが、光モジュールの理解が浅いすべての光モジュールを外部委託したためです。 さらに、インテグレータは、光モジュールの品質問題を傍受するためにモジュールの製造元に依存しています。

アプリケーションシナリオを組み合わせ、エンドツーエンドモジュールの技術ソリューションを管理し、そのプロセスを制御および最適化し、システムの品質管理ソリューションを適切に実装すると、上記の問題を完全に回避できます。 自己照明モジュールの2〜3年間の継続的な最適化と制御により、データセンターのコストは年々増加するだけでなく、品質も体系的に改善され、実稼働環境の故障率は継続的に削減されました。

調達からカスタマイズまで

光モジュールを自分で購入するもう10つの利点は、データセンターネットワークの多様な開発によってもたらされる多様なカスタマイズのニーズを満たすことができることです。 たとえば、10kmのスペクトル監視シナリオでは、XNUMXkmのモジュールを相互接続する必要があります。 統合トランシーバーモジュールの価格が高いため、データセンターは既存のモジュールプラットフォームを使用して、低コストのソリューションを実現するためにいくつかのマイナーな改善を行います。

もう2つの例は、XNUMXkmの光分割のためのDCIの要件です。 プロジェクト全体は非常に有益ですが、技術的な解決策は非常に困難です。 データセンターのネットワーク環境を組み合わせて、モジュールの光学部分とチップレベルでの一連のアップグレードを含む、モジュールの詳細な設計最適化を実行する必要があります。

図3：さまざまなカスタマイズされたニーズに対応

100Gサーバーをバッチで起動すると、200Gネットワ​​ークは大量生産アプリケーションを開始します。 ネットワーク全体で使用される光モジュールが100GQSFP28から200GQSFP56または 200G QSFP-DD。 業界チェーン全体は「ラグビー」に似ており、大きな中間端と小さな端があります。 光モジュールを製造できると主張する企業は業界全体で200以上ありますが、業界チェーンのトップにあるチップメーカー、特にDSPなどの一流の技術を使用している企業は10社以下である可能性があります。

ダウンストリームのアプリケーションパーティまたはエンドユーザーの数は、光モジュールメーカーの数よりもはるかに少なく、混沌とした産業構造を示しています。 これは、他のいくつかの問題も意味します。不明確で不特定の需要、およびチップの不明確な価値です。 光モジュールの最初の目標は、このエコロジーを打破することです。つまり、データセンターとチップメーカーは、仕様とコスト（消費）の要件について直接話し合い、真のエンドツーエンドのコスト競争力を実現します。

データセンターはマルチパーティJDMモードも開始しました。つまり、データセンターは仕様の要求を直接提示し、一部のカスタマイズされた機能をチップメーカーに提供し、メーカーはデータセンターのニーズに応じて最適化または再開発します。 モジュールスキームはデータセンターとモジュールメーカーが共同で設計し、後者が生産を担当します。

図4：「エコロジーを破る」

自己調査の段階に入ると、データセンターが考慮すべき最も重要な問題は、ソリューションの設計と選択において最大の価値をどのように達成するかです。 「光」と「電気」は、透過特性が根本的に異なります。 光には、さまざまな温度での光パワー特性、さまざまな電流での帯域幅特性、さまざまな条件下での波長特性など、いくつかの特別な特性があります。 自己開発モードでは、データセンターはシステム仕様と組み合わせてソリューションの最適化を継続的に促進し、電子チップを光により適したものにして、より大きな技術的利点を発揮することができます。

光モジュールは、シェルの形状と入力および出力インターフェイスの仕様が定義されているため、標準製品として認識されることがよくあります。 ただし、内部の光学パッケージは特殊で、さまざまなフォームファクタがあります。 メーカーごとに異なる設計とカスタマイズされた製造装置があります。

データセンターが自社開発のモジュールを迅速に設計および製造したい場合、データセンターはプラットフォームの選択の問題に直面します。 自己開発の光モジュールモードでは、成熟したものを最大限に活用します 100G QSFP28 光モジュールパッケージングプラットフォームは、同時にいくつかのターゲットを絞ったアップグレードを行うことで、品質の安定性、開発効率、および低コストの要求を満たすための最良のソリューションです。

次の段階を探る

データセンターのネットワークは、2〜3年ごとに繰り返されます。 スイッチングチップの道路標識から判断すると、包括的な112Gネットワ​​ークは2023年に登場します。最近、ネットワークカードやスイッチング機器を含む次世代の112Gbpsベースのネットワークの開発について議論されています。

光モジュールレベルでは、データセンターは過去100年間にいくつかの技術研究も行っています。 400Gから800GおよびXNUMXGまで、モジュールの消費電力は増加し続けます。 同時に、BER（ビットエラーレート）も指数関数的に低下します。 これらの問題を解決するには、チップレベルでの設計と最適化の作業を増やし、さらにはチップ設計に参加する必要があります。 光パッケージングも一連の課題に直面し、光統合を改善するためのさまざまな新しいソリューションを検討する必要があります。 伝送方式では、データセンターはデータセンターのネットワークシナリオ要件を満たすために調査を継続する必要もあります。

図5：レートの進化

信号伝送距離は相互接続ハードウェアの基本的な属性であり、データセンターが将来の技術ソリューションや開発動向について話し合うたびに話し合わなければならない重要な制約でもあります。 基本速度の継続的な改善により、コンピュータルームまたはデータセンターのIDCの物理的な距離はそれほど変化しません。

したがって、XNUMXつのデバイスを接続するためのモジュールまたは技術ソリューションを選択する場合、反復は伝送技術の反復で発生する必要があります。 「距離」の進化にはXNUMXつのインターフェースがあります。 近距離アクセス側からは「オプティカル」が入り、「銅」が出ます。 IDCルームの内部接続から、マルチモードではなくシングルモードになっています。 DCI接続の観点からは、コヒーレントテクノロジーの継続的な沈下です。

上記の側面では、データセンターは112Gbpslネットワークカードアクセスを含むいくつかの高度なレイアウトも作成しており、データセンターは112GbpslTACテクノロジーと対応するチップ協力開発に基づいて展開されています。 IDCルーム内の接続に関しては、MM SRモジュールがデータセンタールーム（ビルディングレンジ）内の接続、特にクロスルーム接続に対応できない場合があります。 ここでは、データセンターもマルチモードソリューションではなくシングルモードソリューションを検討しています。特に、シングルモードの完全に統合されたチップソリューションでもいくつかの共同開発が試みられています。 IMDDとコヒーレントの選択と置き換え、データセンターは1.6Tまたは単一波長で到着することが期待されています 400G QSFP-DD したがって、将来のデータセンターは、Coherent-liteの分野、特にoDSPアルゴリズムでいくつかの作業を行います。

から始まる チップ

光モジュールと従来の電気デバイス/機器の主な違いは、「電気」特性だけでなく「光学」特性も備えているため、ムーアのマイクロエレクトロニクスの法則とムーアのオプトエレクトロニクスの法則の両方に直面する必要があることです。 光が入り、銅が後退する傾向にあるため、世界は常にコアオプトエレクトロニクスリソースを統合しています。 従来の電子チップの分野で巨人が率いるメーカーは、オプトエレクトロニクス統合の将来のトレンドに備えるために、オプトエレクトロニクスの分野でも拡大しています。 同様に、データセンターも次々と課題に対処するために何かをする必要があります。 112Gbpsの開発は長いプロセスになる可能性があります。 400G Serdesに基づく112Gシステムは、データセンターを現在展開し、将来的に探索するための最良の機会です。