适用于超大规模数据中心的高效 100G/400G 光传输方案
日期:2020-03-25 浏览:27

     全球网络数据中心的流量在十年来一直保持高速增长,在可预见的未来尚无任何减弱的迹象。智能手机及其他移动设备、社交媒体与应用、流媒体视频、增强现实与虚拟现实日益普及,增长迅猛正吸引着越来越多的新用户,每位用户持有的设备数量保持增长,并且每台设备使用的数据量也在不断攀升,这样,数据中心的流量就发生了显著的提升。据分析师预测,截至2020年,全球连接到互联网的设备数量将达到2000亿台。近期的证据表明,逐步走向成熟的消费电子产品市场可能只是冰山的一角。云计算和机器间的部署中数据带宽的增长速度正在超过消费者的数据通信速率,推动着对大容量数据中心基础设施的巨大需求。

  在过去的十年间,AWS、微软、谷歌和脸书之类的顶尖互联网站公司一直都忙于部署规模越来越大的数据中心满足客户的需求,对于其中一些企业来说,在每座建筑物中使用的计算机服务器数量现在甚至已经超过了10 万台。根据思科的预计,截至2020 年,全部数据中心中近一半装机的服务器都将位于超大规模数据中心之内。这些服务器将占到 68% 的处理能力,以及超过一半(53%) 的数据中心总流量。

超大规模数据中心.jpg

  在每一座超大规模数据中心建筑物的内部,都可能有数万台以至数十万台的计算机服务器,通过不同层次的以太网交换机相互连接到一起,形成一种集体性的计算能力,致力于网络公司自身的服务(例如谷歌或脸书),或者出租给企业客户(例如亚马逊的AWS 或微软的 Azur)。尽管可以通过很多种方案来实现计算器服务器的互连,在 2018年,典型超大规模数据中心网络连接的特点在于采用了DAC(直连铜缆),在 25 2x25 Gbps 的速度下、在数米的距离内将服务器连接到架顶(ToR) 服务器,然后再采用大量的 100 Gbps 光学链路,通过规模庞大的交换结构(通常称为叶脊架构)实现ToR 交换机的互连。根据这类数据中心的具体数量,典型的光学互连覆盖范围最大可到 500 (DR),但是大型数据中心所需的距离则要长达 2 公里 (FR)

  当前一代的100G光传输模块以4信道的光发送机和光接收机为基础,分别在25Gbps 的速度下并行运行,从而达到100 Gbps的聚合带宽。目前共有两种类型的100G光传输系统:对于希望部署更多的光纤并且降低每台光传输系统成本的用户,适合使用PSM-4(并行单模-4)型的光传输系统。

 

100G/400G 的过渡到100G PAM-4 技术即将到来

  超大规模数据中心的特点在于互连速度过渡的速度更快,往往每三年发生一次。极具创新性的100G 互连系统正在成为主流,在过去两年间已经得到广泛部署,而下一次的速度过渡也正在逼近。尽管当前正在考虑200 Gbps的速度,而业界的一致观点则是400 Gbps将成为下一步自然而然的选择。

  当前基于4x25G 100G 技术的封装过程过于复杂,并且无法扩展到400G。为了降低 100G的成本,并且通过经济的方式来支持400G的光学元件,业界正在转向采用一项新的技术,采用在50 GBaud下使用PAM-44级脉冲幅度调制)编码的光学元件,从而实现每信道 100G的速度,然后再通过4x100G的聚合来达到 400G的速度。随着数字信号处理以及高速硅光子学之类高速光电子设备技术的进步,我们预计业界将会很快的采纳并实施此类技术。

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