OCP EMEA 2025: FiberMall демонстрирует сменные оптические модули 800G с системами иммерсионного охлаждения

Традиционные подключаемые оптические модули включают цифровые сигнальные процессоры (DSP), которые выполняют полную цифровую коррекцию как электрических, так и оптических сигналов. Поскольку эти DSP являются энергоемкими, составляя более 40% от общего энергопотребления, были предприняты усилия в трансиверах 800G и выше для снижения потребления энергии путем полного исключения DSP. Подход Linear Pluggable Optical (LPO) обеспечивает значительную экономию энергии за счет удаления DSP, в то время как конструкция Linear Hybrid Pluggable Optical (LRO), которая сохраняет только часть функциональности DSP, также обеспечивает заметное снижение энергопотребления. Ожидается, что такие улучшения станут критически важными факторами для приложений ИИ и машинного обучения.

Устранение DSP в модулях LPO не только снижает энергопотребление, но и устраняет функцию повторной синхронизации. Одним из наиболее очевидных преимуществ является сокращение задержки — функция, которая особенно полезна для приложений искусственного интеллекта. Кроме того, меньшее количество компонентов помогает снизить общую стоимость модуля.

Другим ключевым преимуществом является повышенная надежность. DSP, как правило, повышают рабочую температуру других компонентов в модуле, что может отрицательно сказаться как на надежности, так и на производительности. Напротив, модули LPO с меньшим количеством активных цепей работают при более низких температурах. С точки зрения MTBF (среднее время между отказами) надежность и производительность модулей LPO могут быть в три раза выше, чем у их аналогов, оборудованных DSP. Например, данные испытаний с 64 портов на коммутаторе с использованием конфигурации 800G DR8 показывают, что даже при использовании линейных оптических модулей LPO производительность коэффициента битовых ошибок (BER) остается превосходной.

Несмотря на меньший объем данных, оптические модули 800G 2*FR4 LPO могут передавать данные на расстояние до 2 км, сохраняя при этом очень благоприятные показатели BER на коротких, средних и длинных каналах.

Использование оптических модулей LPO способствует общему снижению энергопотребления системы. Например, по сравнению с текущими оптическими модулями 800G DSP, тестирование коммутатора LPO 51.2T показало экономию энергии в 700 Вт — или 40% — а коммутатор LPO 102.4T, как ожидается, достигнет аналогичного снижения на 40%, что эквивалентно экономии примерно 1000 Вт. Эти данные по энергопотреблению были предоставлены Silicon Photonics.

FiberMall сравнил энергопотребление трех типов модулей — LPO, LRO и DSP — для конфигураций 800G DR8 и 800G 2*FR4. Модули DSP потребляют 17.5 пДж/бит и 17.1 пДж/бит соответственно. Напротив, энергопотребление модулей LPO составляет 9 пДж/бит и 9.7 пДж/бит соответственно, что представляет собой примерно 50%-ное улучшение энергоэффективности. Модули LRO, которые представляют собой промежуточную конструкцию, потребляют 11.3 пДж/бит и 11.9 пДж/бит.

Дополнительные доказательства снижения энергопотребления были получены во время испытаний, в ходе которых все 64 оптических модуля в коммутаторе работали одновременно. При идентичных условиях и при различных скоростях вращения вентилятора (50%, 75% и 100%) были проведены измерения температуры и энергопотребления. Коммутатор, оснащенный компонентами DSP, показал приблизительное общее энергопотребление 2000 Вт при рабочей температуре около 56°C, тогда как коммутатор, использующий компоненты LPO, работал на уровне около 1600 Вт при температуре около 48°C. Более того, средняя температура модулей LPO была примерно на 15°C ниже, чем у модулей DSP, что указывает на то, что модули LPO требуют меньше мощности охлаждения.

FiberMall также сравнил различные методы охлаждения. По сравнению с воздушным охлаждением двухфазное иммерсионное охлаждение обеспечивает заметно улучшенную эффективность использования энергии (PUE), тем самым повышая энергоэффективность. В результате испытания проводились с использованием трансиверов, разработанных для совместимости с иммерсионным охлаждением.

На OFC2025 эксперименты проводились с использованием коммутатора DS5000 от Celestica, настроенного с петлевыми связями для создания различных сетевых сценариев. На одном изображении верхняя часть резервуара для воды отображает три модуля — LPO, LRO и DSP — слева направо.

Дальнейшее сравнение эффектов охлаждения погружением между модулями показывает, что охлаждающая жидкость, имеющая точку кипения 50°C, приводит к тому, что температура модуля DSP приближается к 50°C. Этот подъем приводит к видимому образованию пузырьков на поверхности трансивера DSP. Такие наблюдения подчеркивают высокий уровень качества проектирования во многих оптических коннекторах; интеграторам или клиентам нужно только спроектировать оптоволоконные перемычки для конкретной охлаждающей жидкости. Эти перемычки гарантируют, что жидкость не попадет в трансивер, сохраняя при этом достаточную силу пружины. Хотя разница температур между тремя модулями минимальна, в модулях DSP наблюдается тенденция к более высокому уровню ошибок. Примечательно, что демонстрация производительности на уровне модуля была проведена производителем трансивера.

В заключение, линейные подключаемые оптические модули (LPO), которые исключают DSP из трансивера, предлагают несколько преимуществ по сравнению с традиционными модулями на основе DSP. Эти преимущества включают в себя снижение энергопотребления как на уровне модуля, так и на уровне системы, меньшую задержку, снижение затрат и повышенную надежность. Демонстрация FiberMall подключаемого оптического модуля 800G с иммерсионным охлаждением демонстрирует значительное улучшение энергоэффективности. Однако до сих пор наблюдалась ограниченная совместимость на системном уровне, что подчеркивает необходимость дальнейших исследований и усовершенствований в области иммерсионного охлаждения оптических модулей.