2019關(guān)于數(shù)據(jù)中心的三個(gè)預(yù)測(cè) 硅光將是模塊發(fā)展核心

  ICCSZ訊(編譯：Vicki)  眾所周知，科技行業(yè)在2018年取得了許多非凡成就，2019年也將出現(xiàn)各種無(wú)限可能，這讓人期待已久，Inphi公司首席技術(shù)官Dr. Radha Nagarajan相信高速數(shù)據(jù)中心互連(DCI)市場(chǎng)作為科技行業(yè)板塊之一，也將在2019年迎來(lái)變化，以下是他預(yù)計(jì)今年數(shù)據(jù)中心會(huì)發(fā)生的三件事。

  1、數(shù)據(jù)中心的地理分解將變得更加普遍

  數(shù)據(jù)中心消耗需要大量的物理空間支持，包括電源和冷卻等基礎(chǔ)設(shè)施。 數(shù)據(jù)中心地理分解將變得更加普遍，因?yàn)闃?gòu)建單個(gè)、大型、連續(xù)的大型數(shù)據(jù)中心變得越來(lái)越困難。在土地價(jià)格較高的大都市地區(qū)以分解成為關(guān)鍵。大帶寬互連對(duì)于連接這些數(shù)據(jù)中心至關(guān)重要。

  DCI-Campus：這些數(shù)據(jù)中心通常連接在一起，例如在校園環(huán)境中。距離通常限制在2千米到5千米之間。依據(jù)光纖的可用性，這些距離上還存在CWDM和DWDM鏈路的重疊。

  DCI-Edge：這種類型的連接范圍從2公里到120公里不等。這些鏈路主要連接區(qū)域內(nèi)的分布式數(shù)據(jù)中心，通常會(huì)受到延遲限制。DCI光學(xué)技術(shù)選項(xiàng)包括直接檢測(cè)和相干，兩者都是使用光纖C波段(192 THz至196 THz窗口)中的DWDM傳輸格式實(shí)現(xiàn)的。直接檢測(cè)調(diào)制格式是幅度調(diào)制的，具有更簡(jiǎn)單的檢測(cè)方案，消耗更低的功率，更低的成本，并且在大多數(shù)情況下需要外部色散補(bǔ)償。對(duì)于100 Gbps，4級(jí)脈沖幅度調(diào)制(PAM4)，直接檢測(cè)格式是DCI-Edge應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)高效方法。 PAM4調(diào)制格式的容量是傳統(tǒng)非歸零(NRZ)調(diào)制格式的兩倍。對(duì)于下一代400-Gbps(每波長(zhǎng))DCI系統(tǒng)，60-Gbaud，16-QAM相干格式是領(lǐng)先的競(jìng)爭(zhēng)者。

  DCI-Metro/Long Haul：這一類別的光纖距離超出DCI-Edge，地面鏈路長(zhǎng)達(dá)3,000公里，海底更長(zhǎng)。相干調(diào)制格式用于該類別，并且調(diào)制類型對(duì)于不同的距離可以是不同的。相干調(diào)制格式也是幅度和相位調(diào)制的，需要本地振蕩器激光器進(jìn)行檢測(cè)，需要復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理，消耗更多功率，具有更長(zhǎng)的范圍，并且比直接檢測(cè)或NRZ方法更昂貴。

  2、數(shù)據(jù)中心將繼續(xù)發(fā)展

  大帶寬互連對(duì)于連接這些數(shù)據(jù)中心至關(guān)重要。鑒于此，DCI-Campus，DCI-Edge和DCI-Metro/Long Haul數(shù)據(jù)中心將繼續(xù)發(fā)展。

  在過(guò)去幾年中，DCI領(lǐng)域已成為傳統(tǒng)DWDM系統(tǒng)供應(yīng)商日益關(guān)注的焦點(diǎn)。提供軟件即服務(wù)(SaaS)，平臺(tái)即服務(wù)(PaaS)和基礎(chǔ)架構(gòu)即服務(wù)(IaaS)功能的云服務(wù)提供商(CSP)不斷增長(zhǎng)的帶寬需求推動(dòng)了對(duì)光學(xué)系統(tǒng)，用于連接CSP數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)不同層的交換機(jī)和路由器。今天，這需要以100 Gbps的速度運(yùn)行，在數(shù)據(jù)中心內(nèi)部，可以使用直接連接銅纜(DAC)布線，有源光纜(AOC)或100G“灰色”光學(xué)器件。對(duì)于連接數(shù)據(jù)中心設(shè)施(校園或邊緣/城域應(yīng)用)的鏈路，直到最近才能獲得的唯一選擇是功能全面，基于相干轉(zhuǎn)發(fā)器的方法，這些方法是次優(yōu)的。

  隨著向100G生態(tài)系統(tǒng)的過(guò)渡，數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)已經(jīng)從更傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心模型轉(zhuǎn)變，其中所有數(shù)據(jù)中心設(shè)施都位于單個(gè)大型“大型數(shù)據(jù)中心”園區(qū)中。大多數(shù)CSP已融合到分布式區(qū)域架構(gòu)上，以實(shí)現(xiàn)所需的規(guī)模并提供具有高可用性的云服務(wù)。

  數(shù)據(jù)中心區(qū)域通常位于具有高人口密度的大都市區(qū)附近，以便為最靠近這些區(qū)域的最終客戶提供最佳服務(wù)(關(guān)于延遲和可用性)。區(qū)域架構(gòu)在CSP之間略有不同，但由冗余的區(qū)域“網(wǎng)關(guān)”或“集線器”組成，這些“網(wǎng)關(guān)”或“集線器”與CSP的廣域網(wǎng)(WAN)骨干網(wǎng)(以及可能用于對(duì)等，本地內(nèi)容傳輸或海底傳輸?shù)倪吘壵军c(diǎn))相連。每個(gè)區(qū)域網(wǎng)關(guān)都連接到區(qū)域的每個(gè)數(shù)據(jù)中心，計(jì)算/存儲(chǔ)服務(wù)器和支持結(jié)構(gòu)駐留在這些數(shù)據(jù)中心中。由于該地區(qū)需要擴(kuò)展，因此采購(gòu)額外設(shè)施并將其連接到區(qū)域網(wǎng)關(guān)變得很簡(jiǎn)單。與構(gòu)建新的大型數(shù)據(jù)中心相對(duì)較高的費(fèi)用和較長(zhǎng)的建設(shè)時(shí)間相比，這可以實(shí)現(xiàn)區(qū)域的快速擴(kuò)展和增長(zhǎng)，并且具有在給定區(qū)域內(nèi)引入不同可用區(qū)域(AZ)的概念的附帶好處。

  從大型數(shù)據(jù)中心架構(gòu)向區(qū)域的過(guò)渡引入了在選擇網(wǎng)關(guān)和數(shù)據(jù)中心設(shè)施位置時(shí)必須考慮的附加約束。例如，為了確保相同的客戶體驗(yàn)(從延遲的角度來(lái)看)，任何兩個(gè)數(shù)據(jù)中心(通過(guò)公共網(wǎng)關(guān))之間的最大距離必須是有界的。另一個(gè)考慮因素是灰色光學(xué)系統(tǒng)的效率太低，無(wú)法在同一地理區(qū)域內(nèi)互連物理上完全不同的數(shù)據(jù)中心建筑物。考慮到這些因素，今天的連貫平臺(tái)并不適合DCI應(yīng)用。

  采用PAM4調(diào)制格式提供了低功耗，低占用面積，直接檢測(cè)選項(xiàng)。通過(guò)利用硅光子學(xué)，開(kāi)發(fā)了具有PAM4專用集成電路(ASIC)的雙載波收發(fā)器，集成數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)和前向糾錯(cuò)(FEC)，并將其封裝到QSFP28外形中。由此產(chǎn)生的交換機(jī)可插拔模塊可以通過(guò)典型DCI鏈路進(jìn)行DWDM傳輸，每個(gè)光纖對(duì)為4 Tbps，每100G的功耗為4.5 W。

  3、硅光子學(xué)和CMOS將成為光學(xué)模塊發(fā)展的核心

  用于高度集成光學(xué)元件的硅光子學(xué)和用于信號(hào)處理的高速硅互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)的組合將向低成本，低功耗，可切換插拔光學(xué)模塊的演進(jìn)中發(fā)揮作用。

  高度集成的硅光子芯片是可插拔模塊的核心。與磷化銦相比，硅CMOS平臺(tái)能夠以更大的200毫米和300毫米晶圓尺寸進(jìn)入晶圓級(jí)的光學(xué)元件。通過(guò)在標(biāo)準(zhǔn)硅CMOS平臺(tái)上添加鍺外延來(lái)構(gòu)建1300nm和1500nm波長(zhǎng)的光電探測(cè)器。此外，可以集成基于二氧化硅和氮化硅的組件以制造低折射率對(duì)比度和溫度不敏感的光學(xué)組件。

  在圖2中，硅光子芯片的輸出光路包含一對(duì)行波Mach Zehnder調(diào)制器(MZM)，每個(gè)波長(zhǎng)一個(gè)。然后使用集成的2：1交織器將兩個(gè)波長(zhǎng)輸出組合在芯片上，該交織器用作DWDM多路復(fù)用器。相同的硅MZM可以用于NRZ和PAM4調(diào)制格式，具有不同的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

  隨著數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的帶寬需求持續(xù)增長(zhǎng)，摩爾定律要求切換芯片的進(jìn)步，將使交換機(jī)和路由器平臺(tái)能夠保持交換機(jī)芯片基數(shù)奇偶校驗(yàn)，同時(shí)增加每個(gè)端口的容量。下一代交換芯片都是針對(duì)400G的每端口功能。在光互聯(lián)網(wǎng)論壇(OIF)中啟動(dòng)了一個(gè)名為400ZR的項(xiàng)目，以標(biāo)準(zhǔn)化下一代光學(xué)DCI模塊并創(chuàng)建供應(yīng)商多樣化的光學(xué)生態(tài)系統(tǒng)。這個(gè)概念類似于WDM PAM4，但擴(kuò)展到支持400-Gbps的要求。