Veri Merkezi Bağlantı Teknolojileri Nedir

Modern veri merkezlerinde optik ara bağlantının evrimi

 

 

 

Optik ara bağlantının ölçekte evrimi - Out veri merkezleri

---

 

Optik fiber, veri merkezi iletişimi için birincil ara bağlantı ortamı olarak ortaya çıkmış ve çeşitli ölçeklerde veri iletiminde vazgeçilmez bir rol oynamıştır. Bakır - tabanlı çözümlerden optik ara bağlantılara geçiş, modern veri merkezlerinin yüksek - hız iletişiminin zorluklarına nasıl yaklaşımında temel bir değişimi temsil eder.

 

 

Bakırdan (soldan) optik fibere (sağda) geçiş, daha düşük güç tüketimi ile daha uzun mesafelerde daha yüksek hızlar sağlayarak veri merkezi bağlantısında devrim yarattı.

 

Çeşitli ortaya çıkan optik teknolojiler, yatay ölçeklendirme sırasında ağların karşılaştığı teknik zorlukları ele almak için uygun alternatifler haline gelerek, büyük - ölçekli veri merkezi dağıtımlarının performansını ve verimliliğini önemli ölçüde artırmıştır.

 

Veri Merkezi ara bağlantısı teknolojilerinin geleceği, Veri Merkezi altyapısında modüler yapı taşları olarak dalga boyu bölünme çoğullama (WDM) alıcı -vericilerinin kapsamlı bir entegrasyonunu kapsamaktadır. İleri mimarilerde, baklaları ve baklaları bağlayan geleneksel paralel optik alıcı -vericiler, 40g, 100g ve 400g hızlarında çalışan entegre WDM alıcı -vericileriyle değiştirilmektedir.

 

 

Veri Merkezi Bağlantı Hızlarının Evrimi

 

Bu teknolojik evrim, tek bir fiber kullanarak aynı hedefe sahip tüm elektrik kanallarının toplanmasını sağlar ve yüksek bant genişliği kapasitesini korurken fiber altyapısının karmaşıklığını önemli ölçüde azaltır. Bu ileri mimarilerdeki güç tüketimini optimize etmek için, baklalar arasındaki ara bağlantı bant genişliği, gerekli ağ bant genişliği taleplerine uyacak şekilde dinamik olarak ayarlanabilir. Bant genişliği tahsisine bu uyarlanabilir yaklaşım, veri merkezi ara bağlantı teknolojilerinde önemli bir ilerlemeyi temsil ederek daha verimli kaynak kullanımını sağlayan ve operasyonel maliyetleri azaltır.

 

 

Yüksek - Hız Optik Teknolojileri ve Bileşenleri

---

 

VCSEL, DFB ve Silikon Fotonik İnovasyonları

 

Yüksek - hız optik bileşenlerinin geliştirilmesi, veri merkezi ara bağlantı teknolojilerinin ilerlemesinde etkili olmuştur. Düşük - güç, düşük - maliyet dikey boşluk yüzeyi yayan lazerler (VCSELS), çok modlu fiber (MMF) ile birlikte, veri merkezlerinde 10 GB/s iletişim oranlarının etkinleştirilmesinde önemli bir rol oynamıştır.

 

Teknoloji	Hız	Mesafe	Güç tüketimi	Maliyet
VCSEL + MMF	25 gb/s'ye kadar	100 metreye kadar	Düşük	Düşük
DFB + SMF	100 gb/s'ye kadar	2km'ye kadar	Orta	Orta
Silikon Fotonik	400 gb/s'ye kadar	10km'ye kadar	Düşük - ortamı	Azalan
Tutarlı optik	400G+	10km+	Daha yüksek	Daha yüksek

 

Alternatif malzemeler kullanılarak daha yüksek - hız VCSELS üretiminde önemli ilerleme kaydedilmiş olsa da, güvenilirliği ve verimi korurken hızlara 10 GB/s'yi önemli ölçüde aşmaktadır.

 

 

Geleneksel VCSEL teknolojisinin sınırlamaları, - bant genişliği ürün kısıtlamaları modal dispersiyon tarafından uygulanan mesafe göz önüne alındığında belirgin hale gelir. 10 gb/s veri oranlarında, maksimum iletişim mesafesi tüm veri merkezi tesislerini kapsamaktan azdır ve veri oranları arttıkça bu kapsam aralığı hızla azalır. Bu sınırlamaların üstesinden gelmek ve 10 gb/s hızda 300 metreyi aşan kapsama aralıkları elde etmek için, veri merkezleri giderek daha güçlü ancak daha pahalı dağıtılmış geri bildirim (DFB) lazerleri, tek - mod fiber (SMF) ile eşleştirildi.

 

Endüstri kanal hızlarını 10 gb/s'den 25 gb/s'ye ve ötesine ittiğinden, Ingaalas/INP gibi yeni kuaterner malzemeler, yüksek hızlarda üstün yüksek - sıcaklık performansı sağlamak için DFB lazer tasarımlarında kullanılmaktadır. Kısa - boşluk tasarımları ve lens - entegre yüzey - yayan konfigürasyonlar dahil olmak üzere yenilikçi DFB lazer yapıları, VCSELS'e kıyasla daha yüksek cihaz bant genişliği ve daha dar spektral genişlik sunacak şekilde doğrulanmıştır.

 

Silikon fotonik, geleneksel III - V bileşik yarı iletken optik alıcı -vericilerle ilişkili enerji verimliliğini ve maliyet zorluklarını ele almada dönüştürücü bir teknoloji olarak ortaya çıkmıştır. Silikonun bir yarı iletken lazer malzemesi olarak etkinliğini sınırlayan dolaylı bant aralığı olmasına rağmen, yüksek elektron/delik çarpışma iyonlaştırma hızları nedeniyle çığ çarpımı için kullanıldığında mükemmel termal iletkenlik, geleneksel telekomünikasyon dalga boylarında şeffaflık ve düşük gürültü özellikleri sunar.

 

 

Silikon fotoniklerindeki son atılımlar arasında yüksek - verimlilik germanyum fotodetektörler, yüksek -} minimal anahtarlama enerji tüketimine sahip hızlı silikon modülatörleri ve germanyum/silikon lazer gelişmeleri bulunmaktadır. Bu teknolojiler tarafından sağlanan elektronik ve fotoniklerin sıkı entegrasyonu, daha düşük güç tüketim seviyelerinde daha yüksek bant genişliğine izin verir, silikon fotonikleri veri merkezi esnekliğini, enerji verimliliğini ve maliyet azaltmayı iyileştirmek için temel bir kolaylaştırıcı olarak konumlandırır.

 

 

Bant genişliği ölçeklendirme için çoğullama teknolojileri

---

 

Uzay Bölümü Çoğaltma

 

Modern veri merkezi ara bağlantı teknolojilerinde ara bağlantı bant genişliğini ölçeklendirmek için çoğullama tekniklerinin uygulanması gereklidir. Uzay bölümü çoğullama (SDM) ve dalga boyu bölümü çoğullama (WDM), bilgisayar mimarilerinin ve anahtarlamanın doğasında bulunan paralelliği etkili bir şekilde kullanır ve onları veri merkezi ortamlarında en yaygın olarak konuşlandırılmış çoğulluk teknolojileri haline getirir.

 

Çoğullama Teknikleri Karşılaştırma

 

SDM yoluyla bant genişliğini artırmaya yönelik en basit yaklaşım, her iki uç noktada dağıtılan lazer ve fotodetektör dizileri ile her kanala tek tek liflerin adanmasını içerir. Şerit fiber ve MPO konektörlerini kullanan paralel optik alıcı -vericiler veri merkezinde ve yüksek - performans hesaplama ortamlarında yaygın olarak dağıtılmıştır.

 

Geleneksel paralel şerit kablo uygulamalarının ötesinde, orijinal olarak uzun - mesafe telekomünikasyonları için geliştirilen multi - çekirdek fiber (MCF) teknolojisi veri merkezi uygulamalarında dikkat çekmiştir. MCF teknolojisi, tek bir fiber içinde tek bir kaplamayı paylaşmasını sağlar ve ızgara kuplörleri kullanılarak MCF, geleneksel LC konektörleri kullanılarak doğrudan lazer ve fotodetektör dizilerine bağlanabilir. Bu yaklaşım, tek bir kabloda daha fazla çekirdek (ve dolayısıyla daha fazla bant genişliği) sağlayarak ara bağlantı yoğunluğunu önemli ölçüde iyileştirir.

 

Dalga boyu bölümü çoğullama

 

Metro ve uzun - naklim şanzıman ağları, son on yıllarda kapsamlı bir şekilde konuşlandırılan WDM teknolojisi, kısa - mesafe veri merkezi ara bağlantı teknolojilerinin benzersiz gereksinimlerini ele almak için gelişmektedir. WDM'nin veri merkezi ortamlarında benimsenmesi, bağlantı bant genişliğini sürekli olarak arttırırken kablolama yükünü azaltma ihtiyacından kaynaklanmaktadır.

 

 

WDM'nin Veri Merkezi ara bağlantısı teknolojilerinde uygulanması birkaç kritik hususu ele almalıdır:

 

Fiber Altyapı Hususları

---

 

Tek - mod fiber (SMF) ve multimod fiber (MMF) arasındaki seçim, veri merkezi ara bağlantı teknolojilerinin uygulanmasında kritik bir kararı temsil eder. MMF - tabanlı ara bağlantılar, düşük alıcı -vericinin maliyetleri nedeniyle 10g hat hızlarında -} raf iletişimine geleneksel olarak egemen olmasına rağmen, MMF'nin (yaklaşık 10 gb/s) SMF'nin (birkaç yüz yüz metre üzerinde) arttırılmasına neden olmuş olsa da mesafeler.

 

Fiber tipi performans karşılaştırması

 

SMF teknolojisi, veri merkezi dağıtımları için çeşitli zorlayıcı avantajlar sunar. Olgun, düşük bir - maliyeti basit bir yapıya sahip ticari teknolojiye mal olan SMF, telekomünikasyon endüstrisinde onlarca yıldır kullanılmıştır. Tek bir SMF, WDM teknolojisi aracılığıyla bant genişliğinin saniyesinde yüzlerce terabiti destekleyebilir, burada birden fazla alıcı -verici çiftinin aynı fiber içindeki farklı dalga boylarında çalıştığı.

 

 

SMF - tabanlı veri merkezi ara bağlantı teknolojilerinin avantajları, veri merkezleri 10ge'dan 40GE, 100GE ve 400GE hızlarına ölçeklendikçe giderek daha belirgin hale geliyor. SMF uygulamaları, hem sermaye hem de operasyonel harcamalarda avantajlar sunan ağ mimarisi nesilleri arasında önemli kablo maliyet tasarrufu ve hacim azaltma sağlar.

 

Dalga boyu kanal oranları, MMF ara bağlantılarında olduğu gibi ilave paralel lifler gerektirmek yerine aynı fiber içinde arttırılabilir, çünkü ara bağlantı bant genişliğinin SMF ile büyük ölçüde arttırılabilir. Maksimum ara bağlantı aralığı da lif sayısı ve yama paneli boşluk gereksinimlerini azaltırken önemli ölçüde genişletilir.

 

Enerji - Orantılı optik bağlantılar

---

 

Geleneksel hiyerarşik veri merkezi ağları, her katmandaki yüksek bant genişliği yakınsaması ve düşük sunucu kullanım oranları nedeniyle sunuculara kıyasla nispeten az güç tüketti. Bununla birlikte, - ağ mimarilerinin ölçeklenmesinde, ikiye bant genişliğinde ve geliştirilmiş sunucu kullanımındaki önemli artış, ağ güç tüketimini% 12'den daha azından genel veri merkezi güç tüketiminin önemli bir kısmına dönüştürmüştür.

 

Veri Merkezi Güç Dağıtım

 

Düşük - güç optik alıcı vericilerinin dağıtılmasının ötesinde, iletişim enerji tüketimini iletilen veri miktarıyla orantılı hale getirerek ağ verimliliği daha da geliştirilebilir. Modern Veri Merkezi Bağlantı Teknolojileri, bunu hem güç hem de bant genişliği teslimatındaki dinamik aralık özellikleri ile mümkün kılar.

 

Optik ara bağlantılar ve bunların ilişkili yüksek - hız Serileştirici/Deserileştirici (Sırf) devreleri, güç ve bant genişliğinde büyük dinamik aralıklar sergiler. Ticari anahtarlama yongaları, bağlantı veri hızlarını birden çok kanalda manuel olarak ayarlayabilir, her kanal 10 GB/s'ye kadar hızlarda çalışabilir. Bu esneklik, güç tüketiminde% 64 ve performansta 16 × dinamik bir aralık sağlar, bu da optik bağlantı güç tüketimini azaltmak için daha az kanalın etkinleştirilmesini ve daha düşük veri hızlarında çalıştırılmasını sağlar.

Hem Infiniband hem de Ethernet protokolleri, belirli hızlarda ve genişliklerde bağlantı konfigürasyonunu destekler ve nanosaniyelerden mikrosaniye arasında değişen bağlantı yeniden etkinleştirme süreleri. Bağlantı oranları, dört kanalın tümü ile 10 GB/s, 20 GB/s ve 40 GB/s arasında değiştiğinde, çip sadece Alma Saat Veri Kurtarma (CDR) bant genişliğini ayarlar ve RE - CDR'yi kilitler. Çoğu modern Sırd uygulamaları alma yolunda dijital CDR kullandığından, farklı veri hızları için kilitleme işlemi hızlıdır, tipik olarak normal koşullar altında 50 nanosaniye ve en kötü - vaka senaryolarında 100 nanosaniye içinde tamamlanır.

 

 

Gelişmiş modülasyon ve sinyal işleme

---

 

Boşluk ve dalga boyu bölümü çoğullaması, veri merkezi ara bağlantı teknolojilerinde bant genişliği ölçeklendirme için birincil yaklaşımları temsil ederken, optik dikey frekans bölümü çoğullama (o -}}}}}} seviyesi veya gelişmiş modülasyon formatları gibi diğer teknikler tek - seviyesi veya gelişmiş modülasyon formatları daha da genişletebilir. Bununla birlikte, bu yöntemler sinyal kodlaması için hız dönüştürme modülleri, dijital sinyal işleme (DSP) ve - ila {- ile - ila -}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} analog dönüştürücüler, önemli güç penaltikleri ile sonuçlanır.

 

 

Spektral verimlilik, güç tüketimi, yol çeşitliliği ve kablolama karmaşıklığı arasındaki - ticareti, veri merkezi ara bağlantı teknolojilerinin tasarımını etkilemeye devam etmektedir. İntra - bina ağları için, zengin bağlantılı örgü topolojiler arzu edilir, bu da daha düşük güç tüketimi, azaltılmış alıcı -vericiler ve daha zengin ağ yapıları elde etmek için spektral verimlilikte bazı fedakarlıklara izin verir. Bununla birlikte, daha yüksek toplama katmanlarında veya bant genişliğinin - noktasına - - noktasına odaklandığı ve koyu fiber dağıtımının pahalı, yoğun dalga boyu bölünme çoğullama (DWDM), daha yüksek spektral verimliliğe sahip tercih edilen çözelti haline geldiği.

 

 

Entegrasyon ve ambalaj zorlukları

---

 

Next - Nesil Veri Merkezi ara bağlantı teknolojilerinin başarılı bir şekilde konuşlandırılması büyük ölçüde çeşitli ambalaj ve entegrasyon zorluklarının üstesinden gelmeye bağlıdır. Raf - dahili iletişim oranları 10 GB/s'nin ötesine arttıkça, geleneksel bakır kablolar, hacimli doğa, yüksek güç tüketimi ve yüksek veri hızlarında pasif ve aktif bakır kablolarının önemli kayıpları nedeniyle optik bileşenler ile değiştiriliyor ve kullanımlarını sadece birkaç metrelik aralıklarla sınırlamaktadır.

 

 

IC - tipi optik ambalaj çözümlerinin, hafif tepe teknolojisi gibi optik ambalaj çözümlerinin benimsenmesi, düşük - maliyeti, kısa - uzaktan optik cihazlar yoluyla veri merkezi bağlantısını devrim yaratmayı vaat ediyor. Önümüzdeki yıllar, düşük - maliyet n × 10g optik arayüzler içeren ağ arayüz kartlarının (NIC) ticarileştirilmesine tanık olacak. Ek olarak, anahtarlama yongaları, 10G seri arayüz için yerel Phy desteği içererek maliyetleri ve güç tüketimini daha da azaltacaktır.

 

Fotoniklerin elektronik ile entegrasyonu, veri merkezi ara bağlantı teknolojilerinin ilerlemesinde kritik bir kilometre taşını temsil eder. Elektronik ve fotonik bileşenler arasındaki sıkı bağlantı, daha düşük güç tüketim seviyelerinde daha yüksek bant genişliği sağlarken, CMOS - uyumlu üretim süreçleri, ölçek ekonomileri yoluyla maliyetleri azaltmayı vaat eder. Bununla birlikte, bu faydaları gerçekleştirmek, termal yönetim, ambalaj yoğunluğu ve üretim verimi ile ilgili çok sayıda zorluğun ele alınmasını gerektirir.