Page 12 - LFWC_NovDec_2018_eMag

Cover Story 封面故事

面向数据中心的光子学

集成光学将遍布整个数据中心网络

文/Cyriel Minkenberg，Greg Finn，Nick Kucharewski

数 据中心网络正面临着一个 的开源设计网络盒子、开源网络软件 换机接口的光学成本，就超过了单
栈，以及软件定义网络（SDN）和可
关键的转折点 ：电气互连
元本身的成本。
的覆盖范围随着信号速率 编程转发和数据平面的出现。 这种集成度的缺乏可归因于几
的增加而持续缩小，而商用交换机芯 尽管有了这些改进，但是被稀缺 个因素。首先，光学模块是复杂的微
片（定义为现成的、基于硅芯片的交 的网络资源所制约的全球网络性能的 光学系统，包括来自采用不同技术的
换机）的能力正在超过可插拔光学模 根本问题依然存在。解耦带来了新的 分立元件阵列，通常需要手工组装成
块的能力。这就产生了光学带宽紧缩， 瓶颈，即成本负担从交换机和路由器 光学电路。虽然硅光子学在收发器制
从而阻止了最有价值的资产——服务 盒转移到了光链路，因为光链路需要 造方面带来了改进，但是基于分立可
器的最佳使用。 在具有仓库规模大小的数据中心进行 插拔模块的部署模型并没有改变，这
新兴技术承诺通过将光纤链路 互连。 就消除了更实质性的集成优势。
直接与交换机专用集成电路（ASIC） 商用交换机 ASIC 一直呈指数增 另一个复杂因素是市场的分裂以
封装在一起来解决这些问题。在不久 长。自 2010 以来，通过增加通道数 及由标准和多源协议（MSA）定义的
的将来，随着生产部署的规划，集成 量和通道速率，单芯片容量每两年增 过多的光学接口，这对每个单独接口
光学将使数据中心网络不再受成本、 加一倍。相反，光学模块则处于一个 的规模经济都具有负面影响。
功耗、密度和体系架构等因素的限制， 更加温和的增长水平。这使得两者在 除了成本外，面板密度和功耗也
而这些都是限制传统光学互连解决方 不同级别的应用中形成了明显的性能 受到可插拔收发器光学元件的限制。
案的主要因素。 差距（见图 1）。 密度受模块（给定形状因子）的数量
目前，单一交换机 ASIC 可提供 限制，该模块可以安装在 1RU 面板上。
数据中心网络的状况 多达 256 个通道，每个通道的速度 这种布局在一个小面积上集中了很多

在过去的 10 年中，以太网生态 达 50Gb/s。 [2] 相比之下，光学模块 功耗元件，并阻碍冷却所需的气流。
系统已经走过了很长一段路程。网络 严格集成在一起，目前最多提供四 在 PCB 上，从交换机 ASIC 到面板安
设备高度垂直集成，基于专有的硬件 个通道。这种差异还反映在单位容 装的模块，它们产生的电信号将消耗
和软件，性价比较低。由此导致的全 量的相对成本上。对于交换机容量 大量能量。随着每通道信号速率的不
球网络带宽紧缺，对工作负载的配置 而言，相对成本下降快得多，在某 断提升，需要更多的预处理和后处理
施加了强烈限制，并且与数据密集型 些情况下，1 个机架单元（1RU）交 来保持信号的完整性。
工作负载的匹配也很差。事实上，网 Relative bandwidth increase since 2010 (= 1×)
25×
络门控的总体性能是提高服务器利用 图1：在过去的八年中，
交换机ASIC容量的增 12.8T
率的一个主要障碍。 长远远超过了光学模块 20× Switch
容量的增长。这种不断 Optics
废除网络生态系统中的垂直集成 15×
扩大的差距也反映在单
所必需的许多改变已经成为现实。 [1] 位容量的相对成本（每 10× 6.4T
Gbit/s的成本）上，目前
这是通过深度解耦（disaggregation， 3.2T 200G
单模光纤模块的单位容 5×
将硬件从软件中解耦）和商品化来实 量成本要比以太网交换 0.64T 40G 1.28T 40G 100G 100G
机的单位容量成本高。 0×
现的，例如围绕商用交换机芯片建立 2010 2012 2014 2016 2018

10 Nov/ Dec 2018 www.laserfocusworld.com.cn Laser Focus World China 激光世界