Зачем центрам обработки данных искусственного интеллекта нужны оптические модули 800G?

В современном быстро меняющемся мире спрос на высокоскоростную передачу данных достиг беспрецедентного уровня. Приложения искусственного интеллекта и большие модели сделали вычислительную мощность ключевой инфраструктурой для индустрии искусственного интеллекта. По мере роста потребности в более быстрой связи высокоскоростные оптические модули стали важным компонентом серверов искусственного интеллекта. В этой статье рассматривается эволюция оптических модулей 800G и их огромный потенциал в эпоху искусственного интеллекта.

Эволюция оптических модулей 800G

Оптические модули выполняют задачу преобразования оптических и электрических сигналов в сетевых соединениях, отвечают за преобразование электрических сигналов в оптические сигналы на передающей стороне, а затем преобразование оптических сигналов в электрические сигналы на приемной стороне после передачи по оптическим волокнам. С развитием и интеграцией оптоэлектронных устройств их производительность и пропускная способность передачи постоянно улучшаются, а оптическим модулям требуются более высокие скорости передачи и меньшие размеры, чтобы адаптироваться к различным сценариям использования. Методы упаковки также претерпели изменения: меньшая упаковка и энергопотребление означают, что оптические модули имеют более высокую плотность портов на коммутаторах, и та же мощность может управлять большим количеством оптических модулей.

Растущий спрос на пропускную способность

Рост спроса на полосу пропускания оказал существенное влияние на высокоскоростные оптические модули. С появлением новых технологий и потребностью в крупномасштабной передаче данных традиционные оптические модули 100G, 200G и 400G больше не могут полностью удовлетворять рыночный спрос. Чтобы удовлетворить растущий спрос на полосу пропускания, оптические модули 800G становятся тенденцией.

Развитие технологии ПОЛ

В эпоху оптических модулей 800G выделяется технология подключаемой оптики с линейным приводом (LPO). LPO использует линейные аналоговые компоненты в канале передачи данных без необходимости сложной конструкции CDR или DSP. По сравнению с решениями DSP, LPO значительно снижает энергопотребление и задержку и очень подходит для требований к подключению данных на короткие расстояния, с высокой пропускной способностью, низким энергопотреблением и малой задержкой в ​​центрах обработки данных AI. Ожидается, что по мере того, как поставщики облачных услуг расширяют свои вычислительные ресурсы, решения LPO, включая 800G LPO, займут важную долю рынка.

Упаковка оптического модуля 800G

С постоянным развитием технологий форма упаковки оптических модулей претерпела значительные изменения. От ранней упаковки GBIC до меньшей упаковки SFP и нынешней 800G КСФП-ДД и упаковка OSFP. Эта тенденция развития не только отражает постоянное совершенствование оптических модулей с точки зрения скорости, но также показывает их прогресс в направлении миниатюризации и горячего подключения. Сценарии применения оптических модулей 800G становятся все более разнообразными и охватывают множество областей, таких как Ethernet, CWDM/DWDM, разъемы, оптоволоконные каналы и проводной/беспроводной доступ.

Сравнение размеров QSFP-DD и OSFP

Технические характеристики 800G QSFP-DD

Небольшой четырехканальный подключаемый высокоскоростной модуль двойной плотности. QSFP-DD — это предпочтительный корпус для оптических модулей 800G, позволяющий центрам обработки данных эффективно расти и расширять облачные мощности по мере необходимости. Модули QSFP-DD используют 8-канальный электрический интерфейс со скоростью до 25 Гбит/с (модуляция NRZ) или 50 Гбит/с (модуляция PAM4) на канал, обеспечивая совокупное решение со скоростью до 200 Гбит/с или 400 Гбит/с. .

Преимущества 800G QSFP-DD

Он имеет обратную совместимость и совместим с пакетами QSFP+/QSFP28/QSFP56 QSFP.

В нем используется встроенный разъем 2×1, который может поддерживать системы разъемов одинарной и двойной высоты.

Благодаря разъемам SMT и клеткам 12xN он может достичь тепловой мощности не менее 1 Вт на модуль. Более высокая теплоемкость может снизить требования к функции охлаждения оптических модулей, тем самым снижая некоторые ненужные затраты.

При разработке QSFP-DD рабочая группа MSA полностью учла гибкость использования пользователем, приняла дизайн ASIC, поддерживала несколько скоростей интерфейса и была совместима с предыдущими версиями (совместима с QSFP+/QSFP28), тем самым снижая затраты на порты и затраты на развертывание оборудования.

Характеристики формы 800G OSFP

OSFP — это новый тип оптического модуля, намного меньшего размера, чем CFP8, но немного большего размера, чем QSFP-DD, с 8 высокоскоростными электрическими каналами и по-прежнему поддерживающий 32 порта OSFP на каждой передней панели высотой 1U со встроенными радиаторами для значительного улучшения нагрева. производительность рассеивания.

Преимущества 800G OSFP

Модуль OSFP рассчитан на 8 каналов, напрямую поддерживая общую пропускную способность до 800G, что обеспечивает более высокую плотность полосы пропускания.

Поскольку пакет OSFP поддерживает больше каналов и более высокие скорости передачи данных, он может обеспечить более высокую производительность и большую дальность передачи.

Модуль OSFP имеет превосходную конструкцию рассеивания тепла и может выдерживать более высокое энергопотребление.

OSFP предназначен для поддержки более высоких ставок в будущем. Благодаря большему размеру модуля OSFP можно поддерживать более высокое энергопотребление, тем самым поддерживая более высокие скорости, например 1.6T или выше.

Сравнение размера оптического модуля 800G

QSFP-DD обычно является предпочтительным выбором в телекоммуникационных приложениях, тогда как OSFP больше подходит для сред центров обработки данных. Основные различия между ними заключаются в следующем:

Размер: OSFP немного больше

Энергопотребление: энергопотребление OSFP немного выше, чем у QSFP-DD.

Совместимость: QSFP-DD идеально совместим с QSFP28 и QSFP+, тогда как OSFP несовместим.

Типы оптических модулей 800G

800G=8x100G=4x200G, поэтому в зависимости от одноканальной скорости его можно разделить на два типа: одноканальные 100G и 200G. Соответствующие архитектуры показаны на рисунке ниже. Одноканальный оптический модуль 100G можно быстро реализовать, тогда как 200G предъявляет более высокие требования к оптическим устройствам. Поскольку максимальная скорость, поддерживаемая текущим электрическим интерфейсом, составляет 112 Гбит/с PAM4, для одноканального 200G требуется редуктор.

В многомодовом случае существует в основном два стандарта для оптических модулей 800G, соответствующих расстоянию передачи менее 100 м.

800 г SR8

Он использует решение VCSEL с длиной волны 850 нм, одноканальной скоростью 100 Гбит/с PAM4 и требует 16 волокон. Это можно рассматривать как модернизированную версию 400G SR4 с удвоенным количеством каналов. Его оптический интерфейс — МПО-16 или 2 ряда МПО-12, как показано на рисунке ниже. Оптические модули 800G SR8 обычно используются для Ethernet 800G, каналов центров обработки данных или соединения 800G-800G.

800 г SR4

Это решение использует длину волны 850/910 нм, двунаправленную передачу и использует DeMux в модуле для разделения двух длин волн. Одноканальная скорость составляет 100 Гбит/с PAM4, требуется 8 волокон. По сравнению с SR8 количество волокон в этом решении уменьшено вдвое. Его блок-схема представлена ​​на рисунке ниже:

800G PAM4 CDR

Его оптоволоконный интерфейс показан на рисунке ниже с использованием интерфейса MPO-12.

Существуют различные стандарты оптических модулей 800G для одномодовых приложений:

800G DR8, 800G 2xDR4 и 800G PSM8

Эти три стандарта имеют схожую внутреннюю архитектуру, все с 8 передатчиками и 8 приемниками, а также одноканальную скорость 100 Гбит/с, требующую 16 оптических волокон. 800 г DR8 Оптический модуль использует 100G PAM4 и 8-канальную одномодовую параллельную технологию, а расстояние передачи по одномодовому оптическому волокну может достигать 500 м.

Обычно он используется для центров обработки данных, соединения 800G-800G, 800G-400G и 800G-100G. 800G PSM8 использует технологию CWDM с 8 оптическими каналами, каждый со скоростью передачи 100 Гбит/с, поддерживая расстояние передачи 100 м. Он очень подходит для передачи на большие расстояния и совместного использования волоконно-оптических ресурсов.

800G 2DR4 относится к двум интерфейсам «2G-DR400». Оптический интерфейс 4DR2 — 4 MPO-2, как показано на рисунке ниже. Его можно соединить с оптическим модулем 12G DR400 без оптоволоконного кабеля, поддерживающим расстояние передачи 4 м, что удобно для модернизации центра обработки данных. Оптический интерфейс PSM500 и DR8 — MPO-8.

800G 2xFR4 и 2xLR4

Эти два стандарта имеют схожую внутреннюю структуру, оба содержат 4 длины волны и одноканальную скорость 100 Гбит/с. При использовании мультиплексора для уменьшения количества оптических волокон потребуется 4 оптических волокна, как показано на рисунке ниже.

Эти два решения представляют собой модернизацию оптических модулей 400G FR4 и LR4, использующих длины волн CWDM1271 1291/1311/1331/4 нм. 2xFR4 поддерживает расстояние передачи 2 км, а 2xLR4 поддерживает расстояние передачи 10 км. Их оптические интерфейсы используют двойной CS или двойной дуплексный интерфейс LC.

800 г FR4

В этом решении используются четыре длины волны с одноканальной скоростью 200 Гбит/с, что требует двух оптических волокон для поддержки расстояния передачи 2 км, как показано на рисунке ниже.

Он использует дуплексный оптический интерфейс LC, как показано на рисунке ниже.

800 г FR8

В этом решении используется 8 длин волн, каждая со скоростью 100 Гбит/с, что требует двух оптических волокон для поддержки расстояния передачи 2 км, как показано на рисунке ниже. Восемь каналов длины волны составляют 1271/1291/1311/1331/1351/1371/1391/1411 нм соответственно.

Влияние Al на внедрение оптических модулей 800G

Почему 800G важнее 400G для серверов искусственного интеллекта?

Прежде всего, серверам искусственного интеллекта требуется высокая скорость передачи данных и низкая задержка, а также стоечные коммутаторы, соответствующие базовой полосе пропускания. Этим коммутаторам также может потребоваться резервирование задержки, для которого требуются высокоскоростные оптические модули. Например, сервер NVIDIA DGX H100 оснащен 8 модулями графического процессора H100, для каждого из которых требуется 2 оптических модуля по 200G. Следовательно, каждому серверу необходимо как минимум 16xМодули 200G, а соответствующий порт коммутатора в стойке требует как минимум 4x800G.

Во-вторых, оптические чипы 800G имеют более высокую экономическую эффективность и экономические преимущества. Они используют чипы EML 100G, а 200G/400G используют оптические чипы 50G. Данные показывают, что при тех же показателях стоимость оптического чипа 100G на 30% ниже, чем стоимость двух оптических чипов 50G. Тем не менее, Оптические модули 400G по-прежнему имеют важное значение в отрасли.

Хотя они, возможно, и не смогут сравниться по скорости с оптическими модулями 800G, они значительно улучшают пропускную способность по сравнению со старыми технологиями и являются предпочтительным решением для многих предприятий. Кроме того, некоторым приложениям могут не потребоваться все функции Ethernet 800G и 400G. Ethernet для них более практично. С ростом спроса на более быструю и эффективную передачу данных наступила эра оптических модулей 800G.

Благодаря превосходной пропускной способности и развитию технологии LPO оптические модули 800G полностью изменят индустрию искусственного интеллекта и центры обработки данных.