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  • 數據中心的光互連 – 照亮云

    簡介

    隨著數據存儲和計算資源進入云端,數據中心對于存儲和數據傳輸能力的需求在過去十年中急劇增加(參考文獻 1)。存儲的數據需要不斷在這些數據中心之間以及內部進行訪問和傳輸,使得數據中心里存儲數據的后平板和數據服務器的后平板之間的互連負載呈現成倍增長。一個大型的數據中心可能需要數十萬個互連。推動更高容量數據中心互連帶寬的關鍵因素包括:

    • 千兆以太網增長 -10 千兆以太網 (GE)、25 GE 和 40 GE 網絡適配器的增長。
    • 云信息技術:一個請求可以觸發一個數據中心中的服務器之間以及不同數據中心中的服務器之間的多個數據交換。
    • 新型存儲技術:閃存、固態硬盤 (SSD)存儲,軟件定義的存儲提升了云存儲的吸引力。
    • 持續數據可用性和移動性:將虛擬計算和存儲資源分布在多臺物理設備上
    • 資源的動態分配:為資源共享動態分配服務器、存儲和網絡資源

    行動互連

    下圖典型的 Clos 拓撲(圖 1)的圖解,很多最大的數據中心(參考文獻 1)均有應用。需要大量互連來維持個人數據中心內數千臺服務器之間以及其他校園數據中心里的有效溝通。

    圖 1 互連 Clos 拓撲

    這提供了架頂式(TOR) 交換機與所有其他服務器之間更直接的互連,但它同時也需要大量的互連。葉脊架構里的每個葉節點交換機都連接到網絡結構中的每個交換機。脊節點交換機和葉節點交換機之間與葉節點交換機和架頂式交換機之間的連接等級相同。當后平板的數據速率超過 10GB/s 達到 25GB/s,并提高到 800GB/s 時,傳統上用于連接后平板和架頂式 (TOR) 交換機以及連接葉節點交換機與架頂式交換機的銅接頭已演變為光學互連,以適應所需的更高數據速率(參考文獻 2)。這種遷移意味著需要新增更多光纖來代替銅接頭和功能更強大的光電收發器組建,具有性價比高、外型緊湊、高效節能的特點,可滿足這些要求。由于這些數據速率使用的傳統收發器組件是為長距離互連(成本高)而配置,功耗更高,并且外形尺寸往往較大,通常不適用于長距離系統中的數據中心,這也促使了對有源和無源元件新技術和新設計的需求,來滿足上述要求。帶有單模光纖(SMF)、多模光纖 (MMF)、相干數字光學傳輸、密集波分復用(DWDM)、多空間模式、增加的數據速率和其他技術的光學互連帶寬增強將全部投入使用,因為各光學數據中心互連開始要求數據傳輸速率接近長距離光纖連接的數據傳輸速率。能耗是一個關鍵的考慮因素,正確選擇光學互連可以最大程度地減少能耗和相關的散熱(參考文獻 3),并可能影響所需的光學設計和光學濾波片。

    數據中心的光學濾波片

    圖 2 – 應用于電信/數據中心的部分益瑞電薄膜光學濾波片

    光纖互連各末端使用的光學接收器通常使用光學濾波片來處理波分復用、粗波分復用、密集波分復用和其他多波長配置中應用的不同波長信道。這些較短互連應用中使用的光學濾波片采用與長途和城域應用中使用的濾波片相同的基礎濾波片涂層技術,但其光學設計、濾波片尺寸和厚度經過調整以滿足這些超緊湊型產品的獨特要求。以盡可能低的成本維持所需的光學性能一直至關重要,現在已有一些與傳統電信產品分開的濾波片解決方案可滿足這些需求。用于互連應用的定制濾波片解決方案是常態,濾波片制造商正在迅速滿足這些需求。這些產品中使用的濾波片包括用于單通道波分復用系統(粗波分復用帶通(圖3)和密集波分復用邊緣濾波片(圖4))的典型單波長帶通和邊緣通道。標準模具或其他光學濾波片也可能應用于這些系統中使用的集成可調諧激光組件(ITLA)源。

    圖3 – 典型 CWDM 帶通濾波片

    圖4 – 典型DWDM邊緣通道濾波片

    結論

    云存儲和分布式計算數據中心的出現推動了數據中心內部數據傳輸速率不斷提高的需求。這反過來又擴大了光學互連的作用和能力,并推動了這些數據中心所使用的專用濾波片和光電子器件的爆炸性增長的需求。云存儲使用的未來是非常光明的。

    參考文獻

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