Framtíð gagna: 400g Optical Module

 

 

Formþáttastríðin sem enginn talar um heiðarlega

 

Gangtu inn á hvaða sjónræna netráðstefnu sem er og þú munt heyra QSFP-DD á móti OSFP umræðum sem tæknilegan samanburð. Það er það ekki. Þetta er pólitísk barátta klædd upp í sérblöð.

QSFP-DD vann hljóðstyrksbaráttuna áður en fyrsti 400G rofinn var sendur. Afturábak samhæfni við QSFP28 búr þýddi að sérhver netfyrirtæki gæti fræðilega uppfært án þess að rífa út núverandi innviði. Það „fræðilega“ er að gera þungar lyftingar-Ég hef horft á verkfræðinga eyða heilum helgum í að reyna að láta eldri fastbúnað fyrir rofa bera kennsl á tvöfaldar-þéttleikaeiningar sem passa líkamlega en hegða sér illa.

OSFP kom frá herbúðum Arista með einfaldri hæð: stærri eining, betri hitauppstreymi, hönnuð fyrir 400G frá grunni í stað þess að þvinga átta brautir inn í búr sem er byggt fyrir fjóra. Innbyggði hitaskinninn ræður við 15-20 vött án þess að svitna. QSFP-DD við 12 vött? Nú þegar að þrýsta á hitauppstreymi í háþéttni dreifingum.

Iðnaðurinn valdi QSFP-DD samt. Samhæfni vinnur. Hefur alltaf.

En hér er það sem greinarnar um samanburð á formþáttum nefna aldrei: munur á hitauppstreymi breytist verulega í mælikvarða. 32-tengja 400G rofi, fullbyggður með QSFP-DD einingum, eyðir um það bil 640 vöttum frá ljósfræði eingöngu. Það er áður en rofinn ASIC, stjórnvél, viftur, aflgjafi. Við erum að tala um 1,5-2 kílóvött samtals í 1RU undirvagni. Loftflæðisverkfræðin sem þarf til að halda þessum einingum undir hitastigsmörkum mótum landamæri loftrýmishönnunar.

 

PAM4 gerði allt erfiðara

 

Allir fagna PAM4 fyrir tvöföldun litrófsnýtingar. Enginn minnist á verkfræðilega martröðina sem það skapaði.

NRZ var einfalt. Tvö spennustig. Merkið táknar annað hvort eitt eða núll. Augnmyndin þín er með eina opnun. Ef það er hreint ertu gullfalleg.

PAM4 sendir tvo bita á hvert tákn með því að nota fjögur amplitude stig. Þrjú staflað augnop. Hvert auga er u.þ.b. einn-þriðjungur á hæð samsvarandi NRZ auga. Hávaðamörkin hrynja. Skyndilega skiptir hver millímetri af PCB sporum máli. Sérhver gegnum skapar speglun. Sérhver viðnámsósamfella milli hýsils ASIC og ljóseiningabúrsins verður áreiðanleikaáhyggjuefni.

Ég eyddi sex mánuðum í að kemba 400G dreifingu þar sem tilviljunarkenndar CRC villur birtust á tilteknum höfnum. Orsökin? Örlítið út--tengi á hýsilborðinu skapaði rétt nægilega mikið ávöxtunartap til að skemma lægsta PAM4 augað. Fullkomlega í lagi fyrir 100G umferð. Hrikalegt fyrir 400G.

Viðbrögð iðnaðarins voru lögboðin FEC. Þú getur ekki keyrt 400G PAM4 ljósfræði án framsenda villuleiðréttingar-hráa BER fer einfaldlega yfir nothæf viðmiðunarmörk. RS(544.514) bætir við um það bil 300 nanósekúndum af leynd. Ekki stór. En segðu það við HPC þyrpinguna sem keyrir MPI störf þar sem hver míkrósekúnda af hala leynd hefur áhrif á verklok.

 

 

Silicon Photonics átti að bjarga okkur

 

Tónhæðin fyrir sílikonljóseindafræði hljómar fullkomlega á pappír. Nýttu áratuga CMOS stórkostlega fjárfestingu. Samþættu mótara, ljósnema og bylgjuleiðara á eina flís. Náðu stærðarhagkvæmni sem stakir InP og GaAs íhlutir gætu aldrei. Orkunotkun lækkar um 20-30%. Kostnaður nær að lokum jöfnuði og dregur síðan úr hefðbundnum aðferðum.

Intel sendi yfir þrjár milljónir 100G sílikon ljóseindatæki. Alibaba dreifði 400G DR4 sílikon ljóseindaeiningum yfir skýjanetið sitt frá og með 2020. Tæknin virkar.

En kísilljóseindafræði hefur óhreint leyndarmál: ljósgjafarnir geta samt ekki verið kísill.

Þú þarft ytri leysir-venjulega indíumfosfíðdælu-annaðhvort tengt við sílikon PIC eða tengt með trefjum. Þessi blendingssamþætting eykur flókið framleiðslu. Afraksturinn þjáist. Kostnaðarávinningurinn sem allir lofuðu halda áfram að ýta annarri kynslóð út.

Fyrirtækin sem tvöfalda niður á sílikon ljóseindatækni fyrir 400G eru meðal annars mjög klárt fólk sem gerir mjög dýr veðmál. Kaup Cisco á Luxtera og Acacia námu alls 3,26 milljörðum dala. Þetta eru ekki fjárveitingar til rannsókna og þróunar. Það er stefnumótandi innviðafjárfesting.

Gögn um markaðshlutdeild segja flóknari sögu. Samkvæmt LightCounting eru kísilljóseindaeiningar enn undir 10% af heildar 400G sendingum þrátt fyrir margra ára efla. Hefðbundin EML-senditæki eru allsráðandi í DR4 og FR4 forritum. Tækniskiptin gerast hægar en fréttatilkynningarnar gáfu til kynna.

 

Það sem tækniblöðin fela um ná

 

IEEE nafnasamningurinn fyrir 400G ljósfræði virðist gagnlegur þar til þú reynir að kaupa einingar.

400G-SR8: 100 metrar yfir multimode trefjar. Átta samsíða brautir á 850nm. Fínt fyrir innan-rekki tengingar. Hræðilegt fyrir allt annað.

400G-DR4: 500 metrar yfir stakri-stillingu trefjum. Fjórar samsíða brautir á 1310nm. Vinnuhesturinn fyrir flestar samtengingar gagnavera.

400G-FR4: 2 kílómetrar, ein-stilling, CWDM bylgjulengdir margfaldaðar á eitt trefjapar. Notar dýra utanaðkomandi leysigeisla.

400G-LR4: 10 kílómetrar. Sama bylgjulengdarkerfi og FR4 en með optískri mögnun til að lengja umfang.

Nógu einfalt. Nema framleiðendur leika hratt og lauslega með þessar merkingar stöðugt.

Ég hef séð „DR4-samhæfðar“ einingar sem ná 500 metrum við rannsóknarstofuaðstæður og bila í 300 metra hæð með raunverulegri trefjaverksmiðju sem hefur aðeins aukið tengitap. Forskriftin segir 500 metra með 7dB tengikostnaðarhámarki. Stærðfræðin gengur fullkomlega út með því að gera ráð fyrir óspilltum tengingum alls staðar. Raunveruleikinn felur í sér óhrein tengi, ófullkomnar splæsingar og trefjahlaup sem tóku aðeins lengri leið í gegnum loftið en kapalstjórnunarteikningarnar sýndu.

2 km FR4-dreifingin hljómar fullnægjandi þar til þú ert að tengja saman byggingar á háskólasvæðinu og uppgötvar að ljósleiðarinn þinn mælist 2,3 kílómetrar. Nú þarftu LR4 einingar á þreföldum kostnaði, eða þú verður skapandi með mögnun, eða þú samþykkir að þessi hlekkur virkar í raun ekki.

 

DR4 á móti FR4 ákvörðuninni

 

Þessi skiptir í raun máli fyrir raunverulega dreifingu og enginn útskýrir það vel.

DR4 notar fjóra samhliða trefjar til að senda og fjóra fyrir móttöku. Alls átta trefjar. MPO-12 tengi með fjórum ónotuðum stöðum. Hámarkslengd 500 metrar. Orkunotkun venjulega 8-10 vött. Eining kostaði um það bil 60% af samsvarandi FR4.

FR4 notar bylgjulengdarskiptingu til að setja allar fjórar brautirnar á eitt trefjapar. Tvíhliða LC tengi. Hámarkslengd 2 kílómetrar. Orkunotkun venjulega 10-12 vött. Hágæða verðlagning vegna þess að EML leysir eru ekki ódýrir.

Trefjasvæðifræðin ræður öllu.

Greenfield gagnaver með skipulagðri kaðall sem þú tilgreinir? Samhliða trefjar eru skynsamleg. Keyrðu MPO stofnkapla á milli raða. Notaðu DR4 alls staðar. Lægri ljósleiðarkostnaður vegur upp á móti auka trefjaranum.

Brownfield umhverfi með núverandi duplex fiber verksmiðju? FR4 eða þú ert að draga nýjan snúru.

Blandað umhverfi með nokkrum samhliða keyrslum og einhverri tvíhliða arfleifðarverksmiðju? Velkomin í samhæfi martröðina. Þú endar með báðar einingartegundir, mismunandi tengistíla og að minnsta kosti einn skáp þar sem einhver notaði ranga plástursnúru og eyddi fjórum klukkustundum í að leysa „link down“ viðvaranir.

 

Breakout spurningin

 

400G-DR4 eining inniheldur fjórar 100G brautir. Hver akrein starfar sjálfstætt á sjónlaginu. Þetta gerir útbrots-möguleika kleift að tengja eitt 400G rofatengi við fjögur aðskilin 100G tæki með því að nota breiðleiðarasamstæðu.

Hagfræðin hljómar sannfærandi. Eitt 400G tengi. Fjórir 100G netþjónar. Engin þörf fyrir fleiri rofatengi.

Raunveruleikinn er flóknari.

Switch ASICs styðja ekki alltaf handahófskenndar útbrotsstillingar. Sumir pallar þurfa sérstakan fastbúnað. Aðrir leyfa aðeins brot á ákveðnum hafnarhópum. Nokkrir innleiða brot í vélbúnaði en hugbúnaðarstaflan afhjúpar ekki stillingarvalkostinn.

Verra: brotsnúrur skapa stuðningsmartraðir. Er vandamálið 400G einingin, brotasamsetningin eða ein af fjórum 100G tækistengunum? Úrræðaleit krefst þess að skipta um snúrur, prófa hvern fót sjálfstætt og biðja um að málið sé hægt að endurtaka.

Ég hef séð stofnanir staðla á innfæddum 100G alls staðar sérstaklega til að forðast flókið brot. Ljósfræðin kostar meira. Þéttleiki skiptagáttarinnar þjáist. En rekstrareinfaldleikinn vinnur.

 

 

Veruleiki orkunotkunar

 

Hvert 400G gagnablað með einingum sýnir orkunotkun. Tölurnar eru tæknilega nákvæmar og nánast gagnslausar.

QSFP-DD DR4 gæti verið 8,5 wött dæmigerð. Það er einingin sem er teiknuð af 3,3V teinum rofans við venjulegar notkunaraðstæður. Það felur ekki í sér viðbótarafl sem rofinn ASIC eyðir til að keyra þessar átta 50G PAM4 brautir. Það tekur ekki til kostnaðar við hitauppstreymi-kraftmeiri viftur, aukið loftflæði, kannski viðbótarkælingu.

Við 32 tengi á hvern rofa er munurinn á 8-watta og 12-watta einingum samsettur í 128 vött. Það er ekki léttvægt þegar þú ert að skipuleggja orkudreifingu fyrir heila röð af rekkum.

Breytingin úr 100G í 400G fjórfaldar ekki orkunotkun á hverja höfn-hagkvæmnin með samþættingu og DSP endurbætur hjálpa til. En heildarafl á hvern rofa jókst algerlega. Gagnaver sem skipulögðu raf- og kæliinnviði í kringum 100G þéttleika eru að uppgötva afkastagetu þegar uppfærsla er í 400G við fullan íbúafjölda.

 

Samhæfni er ekki tvöfalt

 

Seljendur elska að halda því fram „samhæft öllum helstu skiptapöllum“. Þessi fullyrðing er tæknilega forsvaranleg og nánast villandi.

Samhæfni ljóseininga veltur á fleiru en líkamlegri passa og rafboðum. DOM (Digital Optical Monitoring) samskiptareglur eru mismunandi eftir söluaðilum. CMIS (Common Management Interface Specification) útfærslur hafa nægjanlegan sveigjanleika til að tvær „samhæfðar“ útfærslur gætu ekki starfað hreint saman. Sumir rofar athuga auðkenni söluaðila og neita að kveikja alfarið á óþekktar einingar.

Grái markaðurinn fyrir „samhæfða“ 400G ljóstækni sprakk einmitt vegna þess að vörumerki-nafnaeiningar kostuðu 3-5x meira en aðrar vörur frá þriðja aðila. Sumir þessara valkosta virka gallalaust. Aðrir valda fíngerðum vandamálum sem koma aðeins fram undir sérstökum umferðarmynstri eða eftir að hafa hlaupið í margar vikur.

Ég hef persónulega prófað 400G DR4 einingar frá-þriðju aðila sem stóðust hverja einustu samræmismælingu á rannsóknarstofunni og varpaði síðan óleiðréttanlegum FEC villum í 2% af umferð undir framleiðsluálagi. Hitastigið inni í einingunni undir viðvarandi mikilli-bandbreiddaraðgerð fór yfir það sem ljósfræðilegir íhlutir þoldu. Einingin virkaði. Þar til það gerði það ekki.

 

Hvað 800G þýðir fyrir 400G

 

800G umskiptin eru þegar hafin. Hyperscalers eru að nota 800G í dag. Restin af greininni mun fylgja á eftir innan 18-24 mánaða.

Þetta úreltir ekki 400G-einingarnar verða sendar í mörg ár-en það breytir hagfræðinni.

800G notar átta 100G brautir í stað átta 50G brauta 400G. Sama PAM4 mótun, hærra táknhlutfall á hverja braut. Eðlisfræðin verður erfiðari. Hitaumslög þrýsta í átt að 20-25 vöttum á hverri einingu. Forskot OSFP varmaloftrýmis verður meira viðeigandi á þessum aflstigum.

Meira um vert, 800G einingar geta brotist út í tvöfaldar 400G stillingar. Ein 800G-2xDR4 eining býður upp á tvo sjálfstæða 400G tengla. Fyrir umhverfi með blönduðum 400G og 800G kröfur einfaldar þessi brotgeta birgðastjórnun.

Rekstraraðilar gagnavera sem ég tala við eru að mestu leyti með 400G fyrir blað-hryggtengingu á meðan þeir meta 800G fyrir samtengingar GPU-þyrpingar þar sem bandbreiddsþéttleiki skiptir mestu máli. Gervigreind þjálfunarvinnuálag með öllum-til-samskiptamynstri leggur raunverulega áherslu á 400G tengla á þann hátt sem hefðbundin norður-suður umferð gerði aldrei.

 

The Co-Packed Optics Horizon

 

Allir í greininni vita að CPO er að koma. Optískir senditæki samþættir beint við rofa ASIC. Engar innstungnar einingar yfirleitt. Orkunotkun lækkar úr 15 píkójól á bita í kannski 5, hugsanlega undir 1 píkójól eftir því sem tæknin þroskast.

NVIDIA hefur tilkynnt CPO áætlanir fyrir 2025/2026 vélbúnað. Meta og Microsoft hafa sýnt frumgerðir. OIF er að staðla viðmót.

Spurningin er ekki hvort CPO gerist. Það er hvort það gerist nógu hratt til að skipta máli fyrir núverandi skipulagsferil þinn.

Mín lesning: innstungnuð ljósfræði ráða yfir að minnsta kosti 2028 fyrir flestar dreifingar. CPO gæti birst í sérsniðnum hyperscaler byggingu fyrr. Rekstrarsveigjanleiki heitra-skiptaeininga-getan til að skipta um bilaðan ljósleiðara án þess að slökkva á rofa- skiptir gríðarlega miklu máli fyrir umhverfi án N+1 offramboð alls staðar.

Gerðu ráð fyrir stinga 400G og 800G í dag. Fjárhagsáætlun fyrir CPO mat eftir þrjú ár. Ekki láta glærur seljanda flýta fyrir tímalínum sem framleiðsluveruleiki getur ekki staðið undir.

 

Hagnýt leiðbeining sem raunverulega hjálpar

 

Fyrir nýbyggingar: staðlaðu á DR4 með samhliða trefjainnviði. Kostnaðarsparnaður yfir FR4 samsetningu yfir þúsundir eininga. Skipuleggðu afl og kælingu fyrir 10 vött á hverri einingu, jafnvel þótt tækniblöð lofi 8.

Fyrir uppfærslur: skoðaðu núverandi trefjaverksmiðju þína af þráhyggju. Þekkja raunverulegt mælt tap á hverjum hluta. Uppgötvaðu brot á 400 metra DR4 takmörkunum áður en ljóstæknin þín kemur.

Fyrir gervigreindarþyrpingar: 800G er nú þegar rétta svarið. Bandbreiddarkröfurnar réttlæta iðgjaldið. Ekki hálf-stiga upp í 400G ef vinnuálagið þitt mun vaxa úr því á 18 mánuðum.

Fyrir alla: Prófaðu ljóstækni þriðja-aðila ítarlega fyrir uppsetningu hljóðstyrks. Kostnaðarsparnaðurinn er raunverulegur. Svo eru mistökin líka. Staðfestu með tilteknum skiptapöllum þínum undir raunhæfu álagi áður en þú skuldbindur birgðadollara.

Tæknin virkar. Tuttugu milljónir 400G og 800G eininga sendar árið 2024 af ástæðu. En umskiptin úr 100G krefjast athygli á smáatriðum sem tækniblöð og markaðsefni sleppa á þægilegan hátt. Eðlisfræðinni er alveg sama um tímalínuna þína fyrir uppsetningu.