데이터 센터에서 광학 모듈을 사용자 정의하는 방법은 무엇입니까?

제11회 네트워크 플랫폼 부서 기술 서밋이 6년 2022월 XNUMX일 선전에서 성공적으로 끝났습니다. 이 서밋은 하드웨어 연구 및 개발, 하드웨어 가속, 네트워크 제품 및 네트워크 운영의 XNUMX대 주요 영역에 중점을 두었습니다. 그것은 네트워크 플랫폼 부서의 연구 개발 능력과 탐사 결과의 지속적인 개선을 종합적으로 보여주었습니다.

광학 모듈 및 애플리케이션

기술 컨퍼런스에 광모듈이 등장한 것은 이번이 처음이다. 이번 컨퍼런스에서는 광모듈 제품의 상용화부터 커스터마이징까지의 개발 과정을 검토했다. 미래에 집중하고 중요한 기술 경로를 파악하는 동시에 새로운 개발 모델을 탐색했습니다.

광 모듈은 완전한 기능과 구조를 가진 작은 시스템입니다. 입력된 전기 신호는 DSP와 같은 칩에 의해 분석된 다음 드라이버 칩에 입력된 다음 변조를 위해 광 칩을 구동합니다. 변조된 빛은 결합을 위해 수동 광학 시스템으로 들어가고 마지막으로 결합된 빛은 전송을 위해 광섬유 시스템으로 들어갑니다.

광 모듈은 데이터 센터 전용이 아니라 통신 네트워크, 특히 장거리 전송 네트워크에서 먼저 사용됩니다. 그러나 장비의 대역폭 증가를 포함하여 데이터 센터가 발전함에 따라 광 모듈이 데이터 센터에서 사용되었습니다. 데이터 센터의 개발 속도가 기존 통신 산업보다 훨씬 빠르기 때문에 데이터 센터의 광 모듈에 대한 수요 증가도 후자를 훨씬 초과했습니다.

그림 1：광학 모듈의 응용

상업적 사용에서 조달까지

데이터 센터의 경우 초기 40G 네트워크는 폐쇄형 시스템입니다. 예를 들어, 데이터 센터가 구매하는 것은 소프트웨어, 스위칭 장비 및 광 모듈을 포함한 기존 장비 제조업체의 전체 네트워크 시스템입니다. 상용 시스템은 비용이 많이 들고 문제가 생기면 운영 및 유지보수가 쉽지 않다. 이는 데이터 센터가 상업적 사용에서 조달로 전환하는 중요한 이유입니다.

25G 서버의 온라인 애플리케이션과 결합하여 25G SFP28, 100G QSFP28 광 모듈은 조달을 시작할 때 필연적으로 어려움에 직면하게 될 것입니다. 첫 번째 과제는 장치 간의 적응입니다. 단일 광 모듈 테스트에는 문제가 없지만 데이터 센터는 조달 단계에서 많은 장비 호환성 문제에 직면했습니다.

데이터 센터는 다른 제조업체의 모듈이 다른 장치의 각 포트에서 다른 성능을 가지며 다른 장치의 성능도 다르다는 것을 발견했습니다. 서로 다른 모듈이 잘 통신할 수 있도록 복잡한 테스트 시스템을 구성하려면 완벽한 적응 체계를 만들어야 합니다. 종종 포트 매개변수를 일대일로 최적화해야 합니다.

그림 2：엔드 투 엔드 품질/비용 관리

하지만 구매한 광모듈을 아주 세밀하게 관리할 수 있다면 유리할 것입니다. 40년과 2015년 사이에 데이터 센터에서 많은 수의 2017G QSFP 광 모듈이 오작동했습니다. 이는 주로 광 모듈에 대한 이해가 얕았던 시스템 통합자가 모든 광 모듈을 아웃소싱했기 때문입니다. 게다가 통합자는 광 모듈의 품질 문제를 차단하기 위해 모듈 제조업체에 의존합니다.

애플리케이션 시나리오를 결합하고 엔드 투 엔드 모듈 기술 솔루션을 관리하고 프로세스를 제어 및 최적화하고 시스템의 품질 관리 솔루션을 적절하게 구현하면 위의 문제를 완전히 피할 수 있습니다. 2~3년 동안 자체 조명 모듈의 지속적인 최적화 및 제어를 통해 데이터 센터의 비용이 매년 증가했을 뿐만 아니라 품질이 체계적으로 향상되었으며 생산 환경의 고장률은 지속적으로 감소되었습니다.

구매부터 커스터마이징까지

광 모듈을 직접 구매하는 또 다른 이점은 데이터 센터 네트워크의 다양한 개발로 인해 발생하는 다양한 사용자 지정 요구 사항을 충족할 수 있다는 것입니다. 예를 들어 10km 스펙트럼 모니터링 시나리오에는 10km 모듈을 상호 연결해야 합니다. 통합 트랜시버 모듈의 높은 가격으로 인해 데이터 센터는 기존 모듈 플랫폼을 사용하여 저비용 솔루션을 달성하기 위해 약간의 개선을 합니다.

또 다른 예는 2km 광 분할에 대한 DCI의 요구 사항입니다. 전체 프로젝트는 매우 수익성이 있지만 기술 솔루션은 매우 어렵습니다. 데이터 센터의 네트워크 환경을 결합하고 모듈의 광학 부분과 칩 수준에서 일련의 업그레이드를 포함하는 모듈의 심층 설계 최적화를 수행해야 합니다.

그림 3：다양한 맞춤형 요구 사항 충족

100G 서버를 배치로 출시하면서 200G 네트워크는 대량 생산 애플리케이션을 시작합니다. 전체 네트워크에서 사용되는 광 모듈은 100G QSFP28에서 200G QSFP56으로 업그레이드되거나 200G QSFP-DD. 전체 산업 체인은 "럭비"와 유사하며 큰 중간 및 작은 끝이 있습니다. 광 모듈을 생산할 수 있다고 주장하는 전체 산업에는 200개 이상의 회사가 있지만 산업 체인의 최상위에는 10개 이상의 칩 제조업체, 특히 DSP와 같은 일류 기술을 보유한 회사가 있을 수 있습니다.

다운스트림 응용 당사자 또는 최종 사용자의 수는 광 모듈 제조업체의 수보다 훨씬 적어 혼란스러운 산업 구조를 보여줍니다. 이것은 또한 불분명하고 불특정한 수요와 칩의 불분명한 가치와 같은 몇 가지 다른 문제를 의미합니다. 광 모듈의 첫 번째 목표는 이러한 생태계를 깨는 것입니다. 즉, 데이터 센터와 칩 제조업체가 사양 및 비용(소비)에 대한 요구 사항을 직접 논의하여 진정한 엔드 투 엔드 비용 경쟁력을 달성하는 것입니다.

데이터 센터는 또한 다자간 JDM 모드를 시작했습니다. 즉, 데이터 센터가 직접 사양 요구 사항을 전달하고 일부 사용자 정의 기능을 칩 제조업체에 제공하고 제조업체는 데이터 센터의 요구에 따라 최적화하거나 재개발합니다. 모듈 체계는 데이터 센터와 모듈 제조업체가 공동으로 설계하고 후자는 생산을 담당합니다.

그림 4: "생태계 파괴"

자체 연구 단계에 들어서면서 데이터 센터가 고려해야 할 가장 중요한 문제는 설계 및 솔루션 선택에서 최대 가치를 달성하는 방법입니다. "빛"과 "전기"는 전송 특성이 근본적으로 다릅니다. 빛은 다른 온도에서의 광 전력 특성, 다른 전류에서의 대역폭 특성 및 다른 조건에서의 파장 특성과 같은 몇 가지 특수한 특성을 가지고 있습니다. 자체 개발 모드에서 데이터 센터는 시스템 사양과 결합하여 솔루션 최적화를 지속적으로 추진할 수 있으며 전자 칩이 빛에 더 적합하고 더 큰 기술적 이점을 발휘할 수 있습니다.

광학 모듈은 쉘 모양과 입력 및 출력 인터페이스 사양이 정의되어 있기 때문에 표준 제품으로 인식되는 경우가 많습니다. 그러나 내부 광학 패키징은 다양한 폼 팩터로 특별합니다. 제조업체마다 디자인과 맞춤형 제조 장비가 다릅니다.

데이터 센터가 자체 개발 모듈을 신속하게 설계하고 제조하려는 경우 데이터 센터는 플랫폼 선택 문제에 직면하게 됩니다. 자체 개발한 광 모듈 모드에서 성숙한 기능을 최대한 활용 100G QSFP28 광 모듈 패키징 플랫폼과 일부 대상 업그레이드를 동시에 수행하는 것은 품질 안정성, 개발 효율성 및 저비용 요구를 충족시키는 최상의 솔루션입니다.

다음 단계 탐색

데이터 센터의 네트워크는 2~3년마다 반복됩니다. 스위칭 칩의 도로 표지판으로 판단하면 112년에 포괄적인 2023G 네트워크가 올 것입니다. 최근 사람들은 네트워크 카드 및 스위칭 장비를 포함한 차세대 112Gbps 기반 네트워크 개발에 대해 논의하고 있습니다.

광 모듈 수준에서 데이터 센터는 지난 100년 동안 일부 기술 연구도 수행했습니다. 400G에서 800G 및 XNUMXG로 모듈의 전력 소비는 계속 증가할 것입니다. 동시에 BER(Bit Error Rate)도 기하급수적으로 저하됩니다. 이러한 문제를 해결하려면 칩 수준에서 설계 및 최적화 작업을 늘리고 칩 설계에 참여해야 합니다. 광학 패키징도 일련의 문제에 직면하게 될 것이며 광학 통합을 개선하기 위한 다양한 새로운 솔루션을 탐색해야 합니다. 전송 체계에서 데이터 센터는 데이터 센터의 네트워크 시나리오 요구 사항을 충족하기 위해 계속 탐색해야 합니다.

그림 5: 비율의 진화

신호 전송 거리는 상호 연결 하드웨어의 기본 속성이며 데이터 센터가 미래의 기술 솔루션 및 개발 동향을 논의할 때마다 논의되어야 하는 주요 제약 사항이기도 합니다. 기본 속도의 지속적인 향상으로 데이터 센터의 전산실 또는 IDC의 물리적 거리는 크게 변하지 않을 것입니다.

따라서 두 장치를 연결하기 위한 모듈이나 기술 솔루션을 선택할 때 전송 기술의 반복과 함께 반복이 발생해야 합니다. "거리"의 진화에는 세 가지 인터페이스가 있습니다. 근거리 액세스 측면에서 "광"이 들어가고 "구리"가 나갑니다. IDC 룸의 내부 연결에서 멀티 모드가 아닌 싱글 모드입니다. DCI 연결의 관점에서 보면 코히어런트 기술의 지속적인 침몰입니다.

위의 측면에서 데이터 센터는 112Gbpsl 네트워크 카드 액세스를 포함하여 일부 고급 레이아웃을 만들었으며 데이터 센터는 112Gbpsl TAC 기술 및 해당 칩 협력 개발을 기반으로 배치되고 있습니다. IDC 룸 내부 연결 측면에서 MM SR 모듈은 데이터 센터 룸(Building Range) 내 연결, 특히 크로스 룸 연결을 충족하지 못할 수 있습니다. 여기서 데이터센터도 멀티모드 솔루션이 아닌 싱글모드를 탐색하고 있으며, 특히 싱글모드 완전 통합 칩 솔루션에서도 일부 공동 개발 시도가 이루어지고 있다. IMDD와 코히어런트의 선택 및 대체, 데이터 센터는 1.6T 또는 단일 파장에 도달할 것으로 예상됩니다. 400G QSFP-DD 따라서 미래의 데이터 센터는 Coherent-lite 분야, 특히 oDSP 알고리즘 분야에서 일부 작업을 수행할 것입니다.

~에서 시작 칩

광학 모듈과 기존 전기 장치/장비의 주요 차이점은 "전기적" 특성뿐만 아니라 "광학적" 특성도 있으므로 무어의 마이크로전자공학 법칙과 무어의 광전자공학 법칙을 모두 충족해야 한다는 것입니다. 빛이 들어오고 구리가 후퇴하는 추세에 따라 세계는 지속적으로 핵심 광전자 자원을 통합하고 있습니다. 전통적인 전자 칩 분야의 거인들이 이끄는 제조업체들도 광전자 통합의 미래 추세에 대비하기 위해 광전자 분야로 확장하고 있습니다. 마찬가지로, 데이터 센터도 차례 차례의 과제를 해결하기 위해 무언가를 해야 합니다. 112Gbps의 개발은 긴 과정일 수 있습니다. 400G Serdes 기반의 112G 시스템은 데이터 센터가 현재 배치되고 미래에 탐색될 최고의 기회입니다.