AI データセンターに 800G 光モジュールが必要な理由は何ですか?

今日のペースの速い世界では、高速データ伝送に対する需要が前例のないレベルに達しています。 AI アプリケーションと大規模モデルにより、コンピューティング能力は AI 業界の重要なインフラストラクチャになりました。より高速な通信のニーズが高まるにつれ、高速光モジュールは人工知能サーバーの不可欠なコンポーネントとなっています。この記事では、800G 光モジュールの進化と AI 時代におけるその大きな可能性について探ります。

800G光モジュールの進化

光モジュールは、ネットワーク接続で光信号と電気信号を変換するタスクを実行し、送信側で電気信号を光信号に変換し、光ファイバーを介して伝送した後、受信側で光信号を電気信号に変換します。光電子デバイスの開発と統合により、その性能と伝送帯域幅は継続的に向上しており、光モジュールはさまざまな使用シナリオに適応するために、より高い伝送速度とより小型のサイズを必要としています。パッケージング方法も進化しており、パッケージングと消費電力が小さくなったことで、光モジュールのスイッチ上のポート密度が高まり、同じ電力でより多くの光モジュールを駆動できるようになりました。

帯域幅需要の増加

帯域幅需要の増大は、高速光モジュールに大きな影響を与えています。新しいテクノロジーの出現と大規模データ伝送の需要に伴い、従来の 100G、200G、および 400G 光モジュールでは市場の需要を完全に満たすことができなくなりました。増大する帯域幅需要に応えるため、800G 光モジュールがトレンドになりつつあります。

LPO テクノロジーの成長

800G 光モジュール時代では、リニアドライブ プラガブル オプティクス (LPO) テクノロジーが際立っています。 LPO は、複雑な CDR や DSP 設計を必要とせずに、データ リンクでリニア アナログ コンポーネントを使用します。 DSP ソリューションと比較して、LPO は消費電力と遅延を大幅に削減し、AI データセンターの短距離、高帯域幅、低電力、低遅延のデータ接続要件に非常に適しています。クラウド サービス プロバイダーがコンピューティング リソースを拡大するにつれて、800G LPO を含む LPO ソリューションが重要な市場シェアを占めることが予想されます。

800G光モジュールのパッケージング

技術の継続的な進歩に伴い、光モジュールのパッケージ形状も大きく変化してきました。初期の GBIC パッケージから小型の SFP パッケージ、そして現在の 800G QSFP-DD OSFPパッケージ化。この開発傾向は、速度の点で光モジュールの継続的な向上を反映しているだけでなく、小型化とホットプラグへの進歩も示しています。 800G 光モジュールのアプリケーション シナリオはますます多様化し、イーサネット、CWDM/DWDM、コネクタ、ファイバ チャネル、有線/無線アクセスなどの複数の分野をカバーしています。

QSFP-DDとOSFPのサイズの比較

800G QSFP-DD仕様

倍密度の 800 チャンネル小型プラグイン可能な高速モジュール。 QSFP-DD は 8G 光モジュールに推奨されるパッケージであり、データセンターが効率的に成長し、必要に応じてクラウド容量を拡張できるようになります。 QSFP-DD モジュールは、チャネルあたり最大 25 Gb/s (NRZ 変調) または 50 Gb/s (PAM4 変調) の速度の 200 チャネル電気インターフェイスを使用し、最大 400 Gb/s または XNUMX Gb/s の総合ソリューションを提供します。 。

800G QSFP-DD の利点

下位互換性があり、QSFP+/QSFP28/QSFP56 QSFP パッケージと互換性があります。

2×1 スタック一体型ケージ コネクタを採用しており、シングルハイトおよびダブルハイトのケージ コネクタ システムをサポートできます。

SMT コネクタと 12xN ケージにより、モジュールあたり少なくとも 1 ワットの熱容量を達成できます。熱容量が高くなると、光モジュールの冷却機能要件が軽減され、不必要なコストが削減されます。

QSFP-DD の設計において、MSA ワーキング グループはユーザー使用の柔軟性を十分に考慮し、ASIC 設計を採用し、複数のインターフェイス レートをサポートし、下位互換性 (QSFP+/QSFP28 との互換性) を持たせることで、ポート コストと機器導入コストを削減しました。

800G OSFP形状仕様

OSFP は新しいタイプの光モジュールで、CFP8 よりもはるかに小さいですが、QSFP-DD よりわずかに大きく、8 つの高速電気チャネルを備え、各 32U フロント パネルで 1 個の OSFP ポートをサポートし、熱を大幅に改善する統合ヒートシンクを備えています。放熱性能。

800G OSFP の利点

OSFP モジュールは 8 チャネル用に設計されており、最大 800G の総スループットを直接サポートし、より高い帯域幅密度を実現します。

OSFP パッケージはより多くのチャネルとより高いデータ伝送速度をサポートするため、より高いパフォーマンスとより長い伝送距離を実現できます。

OSFP モジュールは優れた放熱設計を備えており、より高い消費電力にも対応できます。

OSFP は、将来的により高いレートをサポートするように設計されています。 OSFP モジュールのサイズが大きいため、より高い消費電力をサポートできるため、1.6T 以上などのより高いレートがサポートされます。

800G光モジュールサイズ比較

通常、通信アプリケーションでは QSFP-DD が推奨されますが、OSFP はデータセンター環境により適しています。それらの主な違いは次のとおりです。

サイズ：OSFPの方が若干大きい

消費電力: OSFP の消費電力は QSFP-DD よりわずかに高くなります。

互換性: QSFP-DD は QSFP28 および QSFP+ と完全な互換性がありますが、OSFP には互換性がありません。

800G光モジュールの種類

800G=8x100G=4x200G なので、シングルチャネルレートに応じて、シングルチャネル 100G と 200G の 100 つのタイプに分けることができます。対応するアーキテクチャを次の図に示します。シングルチャネル 200G 光モジュールは迅速に実装できますが、112G では光デバイスに対する要件が高くなります。現在の電気インターフェイスでサポートされている最大速度は 4Gbps PAM200 であるため、シングル チャネル XNUMXG にはギアボックスが必要です。

マルチモードの場合、800m 未満の伝送距離に対応する 100G 光モジュールには主に XNUMX つの規格があります。

800G SR8

波長 850nm、単一チャネル速度 100Gbps PAM4 の VCSEL ソリューションを採用しており、16 本のファイバーが必要です。これは、チャネル数が 400 倍になった 4G SR16 のアップグレード版と言えます。次の図に示すように、その光インターフェイスは MPO-2 または 12 列の MPO-800 です。 8G SR800 光モジュールは、通常、800G イーサネット、データセンター リンク、または 800G-XNUMXG 相互接続に使用されます。

800G SR4

このソリューションは、850nm/910nm 波長の双方向伝送を採用し、モジュール内の DeMux を使用して 100 つの波長を分離します。シングルチャネル速度は 4Gbps PAM8 で、8 本のファイバーが必要です。 SRXNUMX と比較すると、このソリューションのファイバーの数は半分に減ります。そのブロック図を次の図に示します。

800G PAM4 CDR

そのファイバー インターフェイスは、MPO-12 インターフェイスを使用して次の図に示されています。

シングルモード アプリケーション用の 800G 光モジュールにはさまざまな規格があります。

800G DR8、800G 2xDR4、および 800G PSM8

これら 8 つの規格は同様の内部アーキテクチャを備えており、すべて 8 つの送信機と 100 つの受信機を備え、単一チャネル レートは 16 Gbps で、XNUMX 本の光ファイバーが必要です。 800G DR8 光モジュールは100G PAM4と8チャンネルシングルモード並列技術を採用しており、シングルモード光ファイバーによる伝送距離は500mに達します。

通常、データセンター、800G-800G、800G-400G、および 800G-100G の相互接続に使用されます。 800G PSM8 は CWDM テクノロジーを採用しており、8 つの光チャネルがあり、それぞれの伝送速度が 100Gbps で、100m の伝送距離をサポートします。長距離伝送やファイバーリソースの共有に非常に適しています。

800G 2DR4 は 2 つの「400G-DR4」インターフェイスを指します。次の図に示すように、2DR4 の光インターフェイスは 2 MPO-12 です。ファイバー分岐ケーブルなしで400G DR4光モジュールと相互接続でき、500mの伝送距離をサポートし、データセンターのアップグレードに便利です。 PSM8とDR8の光インターフェースはMPO-16です。

800G 2xFR4 および 2xLR4

これら 4 つの規格は同様の内部構造を持ち、両方とも 100 つの波長と 4 Gbps の単一チャネル速度を含みます。 Mux を使用して光ファイバーの本数を削減すると、下図のように XNUMX 本の光ファイバーが必要になります。

これら 400 つのソリューションは、4/4/1271/1291nm CWDM1311 波長を使用する 1331G FR4 および LR2 光モジュールのアップグレードです。 4xFR2 は 2km の伝送距離をサポートし、4xLR10 は XNUMXkm の伝送距離をサポートします。光インターフェイスにはデュアル CS またはデュアル デュプレックス LC インターフェイスが採用されています。

800G FR4

このソリューションでは、次の図に示すように、200 Gbps のシングル チャネル レートで 2 つの波長を使用し、XNUMX km の伝送距離をサポートするには XNUMX 本の光ファイバーが必要です。

下図に示すように、二重化LC光インターフェースを採用しています。

800G FR8

このソリューションでは、次の図に示すように、それぞれ 8 Gbps の速度の 100 つの波長が使用され、2 km の伝送距離をサポートするには 1271 本の光ファイバーが必要です。 1291 つの波長チャネルはそれぞれ 1311/1331/1351/1371/1391/1411/XNUMX/XNUMXnm です。

800G 光モジュールの展開に対する Al の影響

AI サーバーにとって 800G よりも 400G が重要なのはなぜですか?

まず、AI サーバーは高いデータ転送速度と低い遅延を必要とし、基盤となる帯域幅に一致するラックトップ スイッチを必要とします。これらのスイッチには遅延冗長性も必要な場合があり、これには高速光モジュールが必要です。たとえば、NVIDIA DGX H100 サーバーには 8×H100 GPU モジュールが装備されており、それぞれに 2×200G 光モジュールが必要です。したがって、各サーバーには少なくとも 16x が必要です200Gモジュール、対応するラックトップ スイッチ ポートには少なくとも 4x が必要です800G.

第二に、800G 光チップはコスト効率が高く、経済的利点があります。 100G EML チップを使用し、200G/400G は 50G 光チップを使用します。データによると、同じ割合で、100G 光チップのコストは 30 つの 50G 光チップよりも XNUMX% 低いことが示されています。それにもかかわらず、 400G光学モジュール 業界では今でも重要な意味を持っています。

800G 光モジュールの速度には及ばないかもしれませんが、古いテクノロジーと比較して帯域幅が大幅に向上し、多くの企業にとって推奨されるソリューションです。さらに、アプリケーションによっては、800G イーサネットおよび 400G のすべての機能が必要ない場合もあります。 イーサネット 彼らにとってはより実用的です。より高速で効率的なデータ伝送に対する需要が高まるにつれ、800G 光モジュールの時代が到来しました。

800G 光モジュールは、その優れた帯域幅機能と LPO テクノロジーの進歩により、人工知能産業とデータセンターを完全に変えるでしょう。