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2019关于数据中心的三无风扇工控机 个预测 硅光将是模块发展核心

blog 2020-11-04 12 0

  高速数据中心互连(DCI)市场作为科技行业板块之一,也将在2019年迎来变化,以下是他预计今年数据中心会发生的三件事。

  数据中心消耗需要大量的物理空间支持,包括电源和冷却等基础设施。数据中心地理分解将变得更加普遍,因为构建单个、大型、连续的大型数据中心变得越来越困难。在土地价格较高的大都市地区以分解成为关键。大带宽互连对于连接这些数据中心至关重要。

  DCI-Campus:这些数据中心通常连接在一起,例如在校园环境中。距离通常限制在2千米到5千米之间。依据光纤的可用性,这些距离上还存在CWDM和DWDM链路的重叠。

  DCI-Edge:这种类型的连接范围从2公里到120公里不等。这些链路主要连接区域内的分布式数据中心,通常会受到延迟限制。DCI光学技术选项包括直接检测和相干,两者都是使用光纤C波段(192 THz至196 THz窗口)中的DWDM传输格式实现的。直接检测调制格式是幅度调制的,具有更简单的检测方案,消耗更低的功率,更低的成本,并且在大多数情况下需要外部色散补偿。对于100 Gbps,4级脉冲幅度调制(PAM4),直接检测格式是DCI-Edge应用的经济高效方法。 PAM4调制格式的容量是传统非归零(NRZ)调制格式的两倍。对于下一代400-Gbps(每波长)DCI系统,60-Gbaud,16-QAM相干格式是领先的竞争者。

  DCI-Metro/Long Haul:这一类别的光纤距离超出DCI-Edge,地面链路长达3,000公里,海底更长。相干调制格式用于该类别,并且调制类型对于不同的距离可以是不同的。相干调制格式也是幅度和相位调制的,需要本地振荡器激光器进行检测,需要复杂的数字信号处理,消耗更多功率,具有更长的范围,并且比直接检测或NRZ方法更昂贵。

  在过去几年中,DCI领域已成为传统DWDM系统供应商日益关注的焦点。提供软件即服务(SaaS),平台即服务(PaaS)和基础架构即服务(IaaS)功能的云服务提供商(CSP)不断增长的带宽需求推动了对光学系统,用于连接CSP数据中心网络不同层的交换机和路由器。今天,这需要以100 Gbps的速度运行,在数据中心内部,可以使用直接连接铜缆(DAC)布线,有源光缆(AOC)或100G“灰色”光学器件。对于连接数据中心设施(校园或边缘/城域应用)的链路,直到最近才能获得的唯一选择是功能全面,基于相干转发器的方法,这些方法是次优的。

  随着向100G生态系统的过渡,数据中心网络架构已经从更传统的数据中心模型转变,其中所有数据中心设施都位于单个大型“大型数据中心”园区中。大多数CSP已融合到分布式区域架构上,以实现所需的规模并提供具有高可用性的云服务。

  数据中心区域通常位于具有高人口密度的大都市区附近,以便为最靠近这些区域的最终客户提供最佳服务(关于延迟和可用性)。区域架构在CSP之间略有不同,但由冗余的区域“网关”或“集线器”组成,这些“网关”或“集线器”与CSP的广域网(WAN)骨干网(以及可能用于对等,本地内容传输或海底传输的边缘站点)相连。每个区域网关都连接到区域的每个数据中心,计算/存储服务器和支持结构驻留在这些数据中心中。由于该地区需要扩展,嵌入式工控机,因此采购额外设施并将其连接到区域网关变得很简单。与构建新的大型数据中心相对较高的费用和较长的建设时间相比,这可以实现区域的快速扩展和增长,并且具有在给定区域内引入不同可用区域(AZ)的概念的附带好处。

  从大型数据中心架构向区域的过渡引入了在选择网关和数据中心设施位置时必须考虑的附加约束。例如,为了确保相同的客户体验(从延迟的角度来看),任何两个数据中心(通过公共网关)之间的最大距离必须是有界的。另一个考虑因素是灰色光学系统的效率太低,无法在同一地理区域内互连物理上完全不同的数据中心建筑物。考虑到这些因素,今天的连贯平台并不适合DCI应用。

  采用PAM4调制格式提供了低功耗,低占用面积,直接检测选项。通过利用硅光子学,开发了具有PAM4专用集成电路(ASIC)的双载波收发器,集成数字信号处理器(DSP)和前向纠错(FEC),并将其封装到QSFP28外形中。由此产生的交换机可插拔模块可以通过典型DCI链路进行DWDM传输,每个光纤对为4 Tbps,每100G的功耗为4.5 W。

  用于高度集成光学元件的硅光子学和用于信号处理的高速硅互补金属氧化物半导体(CMOS)的组合将向低成本,低功耗,可切换插拔光学模块的演进中发挥作用。

  高度集成的硅光子芯片是可插拔模块的核心。与磷化铟相比,硅CMOS平台能够以更大的200毫米和300毫米晶圆尺寸进入晶圆级的光学元件。通过在标准硅CMOS平台上添加锗外延来构建1300nm和1500nm波长的光电探测器。此外,可以集成基于二氧化硅和氮化硅的组件以制造低折射率对比度和温度不敏感的光学组件。

  在图2中,硅光子芯片的输出光路包含一对行波Mach Zehnder调制器(MZM),每个波长一个。然后使用集成的2:1交织器将两个波长输出组合在芯片上,该交织器用作DWDM多路复用器。相同的硅MZM可以用于NRZ和PAM4调制格式,具有不同的驱动信号。

  随着数据中心网络的带宽需求持续增长,摩尔定律要求切换芯片的进步,将使交换机和路由器平台能够保持交换机芯片基数奇偶校验,同时增加每个端口的容量。下一代交换芯片都是针对400G的每端口功能。在光互联网论坛(OIF)中启动了一个名为400ZR的项目,以标准化下一代光学DCI模块并创建供应商多样化的光学生态系统。这个概念类似于WDM PAM4,但扩展到支持400-Gbps的要求。

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