Abstrato: Dr. Radha Nagarajan da Inphi Corp está satisfeito com as conquistas da indústria de tecnologia em 2018 e está animado com as possibilidades ilimitadas trazidas por 2019, incluindo o mercado de interconexão de data center de alta velocidade (DCI). A decomposição geográfica de data centers se tornará mais comum. O data center continuará crescendo. Fotônica de silício e CMOS serão o núcleo do desenvolvimento do módulo óptico.
Notícias ICCSZ. Como todos nós sabemos que a indústria de tecnologia fez muitas conquistas extraordinárias em 2018, e haverá várias possibilidades infinitas em 2019, já faz muito tempo. Dra. Radha Nagarajan, chefe de tecnologia Officer da Inphi, acredita que a interconexão de data center de alta velocidade (DCI) como um dos setores da indústria de tecnologia, também mudará em 2019. Aqui estão três coisas que ele espera que aconteçam no data center este ano.
1. A decomposição geográfica de data centers se tornará mais comum
O consumo do data center requer suporte substancial de espaço físico, incluindo infraestrutura como energia e refrigeração. A decomposição geográfica do data center se tornará mais comum à medida que se torna cada vez mais difícil construir grandes data centers únicos, grandes e contínuos. A decomposição é fundamental nas áreas metropolitanas onde os preços dos terrenos são altos. As interconexões de alta largura de banda são críticas para conectar esses data centers.
DCI-Campus: Esses data centers geralmente estão conectados entre si, como em um campus. As distâncias são geralmente limitadas entre 2km e 5km. Dependendo da disponibilidade de fibra óptica, as distâncias também se sobrepõem aos links CWDM e DWDM.
DCI-Edge: Este tipo de conexão varia de 2 km a 120 km. Esses links são conectados principalmente aos data centers distribuídos na área e geralmente estão sujeitos a limitações de latência. As opções de tecnologia óptica DCI incluem detecção direta e coerência, ambas implementadas usando o formato de transmissão DWDM em banda C de fibra (janela 192 THz a 196 THz). O formato de modulação de detecção direta é modulado em amplitude com esquema de detecção mais simples, consome menos energia e custos mais baixos e requer compensação de dispersão externa na maioria dos casos. Para 100 Gbps, modulação de amplitude de pulso de 4 níveis (PAM4), o formato de detecção direta é um método econômico para aplicações DCI-Edge. A capacidade do formato de modulação PAM4 é o dobro do formato de modulação tradicional sem retorno a zero (NRZ). Para a próxima geração de sistemas DCI de 400 Gbps (por comprimento de onda), os formatos coerentes de 60 Gbaud e 16-QAM são concorrentes líderes.
DCI-Metro / Long Haul: Esta categoria de fibra óptica além da DCI-Edge, com 3,000 quilômetros de ligações terrestres e fundos marinhos mais longos. Um formato de modulação coerente é usado para esta categoria, e o tipo de modulação pode ser diferente para diferentes distâncias. O formato de modulação coerente também é a modulação de amplitude e fase, que requer detecção por um oscilador a laser local. Ele precisa de um processamento de sinal digital complexo, consome mais energia, tem um alcance mais longo e é mais caro do que a detecção direta ou os métodos NRZ.
2. O data center continuará a se desenvolver
As interconexões de alta largura de banda são críticas para conectar esses data centers. Assim, os data centers DCI-Campus, DCI-Edge e DCI-Metro / Long Haul continuarão a crescer.
Nos últimos anos, o domínio DCI tornou-se o foco crescente dos fornecedores de sistemas DWDM tradicionais. Crescente demanda de largura de banda de provedores de serviços em nuvem (CSPS) que fornecem software como serviço (SaaS), plataforma como serviço (PaaS) e infraestrutura as capacidades de serviço (IaaS) estão impulsionando a demanda por sistemas ópticos que conectam switches e roteadores em camadas diferentes da rede do data center CSP. Hoje, isso precisa ser executado a 100 Gbps e, dentro de um data center, pode ser cabeado com cabo de cobre direto (DAC), cabo ótico ativo (AOC) ou ótica 100G “cinza” podem ser usados no data center. Para os links de instalações de data center (campus ou aplicações periféricas / metropolitanas), a única opção disponível até recentemente era a abordagem baseada em transponder coerente e cheia de recursos, os métodos são subótimos.
Com a transição para o ecossistema 100G, a arquitetura de rede do data center mudou de um modelo de data center mais tradicional, onde todas as instalações do data center estão localizadas em um único grande parque de “grande data center”. A maioria dos CSPs foi integrada em arquiteturas regionais distribuídas para atingir a escala necessária e fornecer serviços de nuvem altamente disponíveis. As áreas de data center geralmente estão localizadas perto de áreas metropolitanas com alta densidade populacional, a fim de fornecer o melhor serviço (em termos de latência e disponibilidade) aos clientes finais mais próximos dessas áreas. A arquitetura regional difere um pouco entre os CSPs, mas consiste em "gateways" ou "hubs" regionais redundantes que são conectados ao backbone da rede de longa distância (WAN) do CSP (e podem ser usados para ponto a ponto, transmissão de conteúdo local ou submarino transmissão). Cada gateway regional é conectado a cada datacenter da região, onde residem os servidores de computação / armazenamento e as estruturas de suporte. Como a área precisa ser expandida, é fácil adquirir instalações adicionais e conectá-las ao portal regional. Comparado ao custo relativamente alto e ao longo tempo de construção de construir um novo grande data center, isso permite a rápida expansão e crescimento da área, com os benefícios adicionais de introduzir o conceito de diferentes zonas de disponibilidade (AZ) em uma determinada área.
A transição de grandes arquiteturas de data center para regiões apresenta restrições adicionais que devem ser consideradas na escolha de um gateway e local de instalação de data center. Por exemplo, para garantir a mesma experiência do cliente (da perspectiva da latência), a distância máxima entre dois data centers (por meio de um gateway público) deve ser limitada. Outra consideração é que o sistema ótico cinza é muito ineficiente para interconectar edifícios de data center fisicamente díspares na mesma área geográfica. Com esses fatores em mente, as plataformas coerentes de hoje não são adequadas para aplicações DCI.
O formato de modulação PAM4 oferece baixo consumo de energia, pegada baixa e opções de detecção direta. Usando fotônica de silício, um transceptor de portadora dupla com circuito integrado específico de aplicativo PAM4 (ASIC) foi desenvolvido, integrando processador de sinal digital (DSP) e correção de erro direta (FEC), e empacotando-o no fator de forma QSFP28. O módulo plugável comutável resultante pode realizar transmissão DWDM por meio de um link DCI típico, cada par de fibra tem 4 Tbps e o consumo de energia por 100 G é de 4.5 W.
3. Fotônica de silício e CMOS serão o núcleo do desenvolvimento de módulos ópticos
A combinação de fotônica de silício para elementos ópticos altamente integrados e semicondutor de óxido de metal complementar de silício (CMOS) de alta velocidade para processamento de sinal desempenhará um papel na evolução de módulos ópticos conectáveis comutáveis e de baixo custo.
O chip fotônico de silício altamente integrado é o núcleo do módulo conectável. Em comparação com o fosfeto de índio, as plataformas CMOS de silício são capazes de acessar a óptica de nível de wafer com tamanhos de wafer maiores de 200 mm e 300 mm. Fotodetectores com comprimentos de onda de 1300nm e 1500nm foram construídos adicionando epitaxia de germânio na plataforma CMOS de silício padrão. Além disso, componentes baseados em dióxido de silício e nitreto de silício podem ser integrados para produzir contraste de baixo índice de refração e componentes ópticos insensíveis à temperatura.
Na Figura 2, o caminho de saída do chip fotônico de silício contém um par de moduladores Mach Zehnder de ondas viajantes (MZM), um para cada comprimento de onda. As duas saídas de comprimento de onda são combinadas em um chip usando intercalador 2: 1 integrado, que é usado como multiplexador DWDM. O mesmo MZM de silício pode ser usado para formatos de modulação NRZ e PAM4 com sinais de drive diferentes.
Como os requisitos de largura de banda das redes de data center continuam a crescer, a Lei de Moore exige o avanço dos chips de comutação, o que permitirá que as plataformas de switch e roteador mantenham a paridade de base do chip de switch enquanto aumenta a capacidade de cada porta. A próxima geração de chips de comutação é para 400G por função de porta. Um projeto chamado 400ZR foi lançado no Optical Internet Forum (OIF) para padronizar a próxima geração de módulos DCI ópticos e criar um ecossistema óptico diversificado de fornecedores. Este conceito é semelhante ao WDM PAM4, mas estendido para suportar requisitos de 400 Gbps.