Wtykowe transceivery pasują do nowoczesnych sieci

 

Architektoniczna zmiana w stronę zdezagregowanej infrastruktury sieciowej spowodowała, że ​​wtykowe urządzenia nadawczo-odbiorcze przestały być standardowymi komponentami i stały się strategicznymi zasobami wdrożeniowymi regulującymi ekonomikę operacyjną współczesnych centrów danych i sieci telekomunikacyjnych. Można je-wymieniać na gorącomoduł optycznys-standaryzowane poprzez umowy z wieloma-źródłami, obejmujące SFP, SFP+, SFP28, QSFP+, QSFP28, QSFP-DD i OSFP-konwertujące sygnały elektryczne na impulsy optyczne w pasmach światłowodów, umożliwiając jednocześnie-cyfrowe monitorowanie diagnostyczne w czasie rzeczywistym, które zasadniczo zmienia sposób, w jaki inżynierowie zarządzają integralnością łącza. Przejście od modułów 1G SFP do obecnych spójnych wtyczek 800G oznacza nie tylko przyrostowe skalowanie przepustowości, ale filozoficzną zmianę sposobu, w jaki infrastruktura sieci optycznej dostosowuje się do nieprzewidywalnych wymagań klastrów szkoleniowych AI i wzajemnych połączeń hiperskalowych.

 

 

Czego nie podkreślają plany dostawców

 

Spędź wystarczająco dużo czasu w rzeczywistych maszynowniach, a zauważysz coś, o czym nigdy nie wspominają arkusze danych produktu: lukę pomiędzy teoretyczną gęstością portów a praktyczną trwałością cieplną.

 

Broadcom przewiduje, że technologia DSP{0}}nowej generacji i wymienna optyka liniowa zmniejszą pobór mocy optycznej przełącznika 51,2 T z około 1 kW do około 600–750 W. To znaczący postęp. Trzeba także przyznać, że obecne wdrożenia są niewygodnie umiejscowione blisko sufitów termicznych, co ogranicza elastyczność konfiguracji.

 

Pytanie dotyczące interoperacyjności, którego nikt nie zadaje poprawnie

 

Oto rozmowa, którą odbyłem co najmniej kilkanaście razy z zespołami ds. zakupów oceniającymi moduły SFP-firm zewnętrznych:

„Czy są one kompatybilne z naszymi przełącznikami Cisco?”

Prawidłowa odpowiedź jest skomplikowana. Moduły fizycznie pasują. Prawdopodobnie inicjują się bez komunikatów o błędach. Kodowanie EEPROM odpowiada oczekiwaniom oprogramowania sprzętowego Cisco. Zewnętrzni producenci-odwracają-inżynieryjność-konkretnego uścisku dłoni tego dostawcy z niezwykłą dokładnością-nie jest to szczególnie trudne, ponieważ specyfikacje MSA i tak definiują większość wymagań dotyczących interfejsu.

Ale „kompatybilny” i „obsługiwany” nie są synonimami.

Warunki gwarancji Cisco dopuszczają stosowanie-nadawczo-odbiorników innych firm bez utraty gwarancji,-chyba że komponent-firmy trzeciej bezpośrednio powoduje uszkodzenie sprzętu. HP i Dell utrzymują podobne stanowiska. Sformułowanie firmy Juniper staje się coraz bardziej rygorystyczne: usługi pomocy technicznej staną się niedostępne, dopóki nie wymienisz optyki innej firmy niż-Juniper z powrotem na oryginalne moduły. Ryzyko odpowiedzialności koncentruje się w różny sposób w zależności od tego, który sprzęt dostawcy ulegnie awarii podczas rozwiązywania problemów.

Co ma znaczenie operacyjne: transceiver działa, albo nie. W ciągu piętnastu lat zajmowania się interkonektami optycznymi widziałem dokładnie trzy awarie, które można przypisać modułom-innych firm. Dwa dotyczyły wątpliwych dostawców, którzy wycofali się z rynku. Jeden okazał się podróbką udającą produkt markowy-. Legalne-firmy zewnętrzne zajmujące się ekosystemem optycznych urządzeń nadawczo-odbiorczych-z rzeczywistymi zespołami inżynieryjnymi i infrastrukturą testową-produkują moduły funkcjonalnie identyczne z odpowiednikami OEM.

Różnica w kosztach pozostaje znaczna. Transceivery OEM oferują premię od 5 do 10 razy wyższą w porównaniu z modułami zgodnymi z równoważnymi specyfikacjami. W przypadku wdrożenia tysiąca-portów ta różnica oznacza poważny wpływ na budżet.

 

DDM: Zdolność diagnostyczna, którą wszyscy ignorują

 

Cyfrowy monitoring diagnostyczny może być najbardziej niewykorzystaną funkcją infrastruktury sieciowej.

Każdy nowoczesny, wtykowy transceiver zgodny ze standardem SFF-8472 raportuje w sposób ciągły pięć parametrów: temperaturę modułu, napięcie zasilania, prąd polaryzacji lasera, moc nadawania i moc odbioru. Progi są skalibrowane fabrycznie. Alarmy są uruchamiane, gdy wartości wykraczają poza akceptowalne zakresy. Dane przesyłane są poprzez interfejs magistrali I²C do dowolnego systemu zarządzania skonfigurowanego do ich odpytywania.

Prawie nikt nie konfiguruje swoich systemów zarządzania do odpytywania.

W zeszłym roku spędziłem trzy miesiące pomagając-średniej wielkości dostawcy kolokacji w rozwiązywaniu problemów z chroniczną utratą pakietów w warstwie agregacji. Ich monitorowanie wykazało czyste wykorzystanie procesora, brak błędów na licznikach interfejsu, normalne zachowanie-drzewa opinającego. Problem pojawiał się losowo różnymi ścieżkami i opierał się spójnemu powielaniu.

 

Gdyby ktoś włączył odpytywanie DDM i ustawił rozsądne progi, platforma monitorująca oznaczyłaby te urządzenia nadawczo-odbiorcze kilka tygodni wcześniej. Tryb awarii był subtelny, naprawa banalna, a dane diagnostyczne istniały przez cały czas-nieprzeczytane.

Badania AFL sugerują, że zanieczyszczenie jest przyczyną około 85% awarii sieci światłowodowych. Statystyka ta dotyczy przede wszystkim interfejsów złączy, ale podkreśla szerszą kwestię: systemy optyczne ulegają awariom stopniowo, zanim ulegną katastrofalnej awarii. Same moduły nadawczo-odbiorcze zapewniają wgląd w proces degradacji. Widoczność jest ignorowana.

 

Spójna rewolucja (i jej ograniczenia)

 

Spójna, podłączana optyka stanowi najbardziej znaczącą zmianę architektoniczną w transporcie optycznym od czasu standaryzacji wdrożenia DWDM pod koniec lat 90-tych.

Umowa wdrożeniowa OIF 400ZR, sfinalizowana w 2020 r., określiła interoperacyjną transmisję w standardzie 400G między łączami punkt-do-na odległość do 120 km bez regeneracji sygnału. OpenZR+ rozszerzył te możliwości poprzez ulepszoną korekcję błędów w przód. OpenROADM MSA zwiększyło interoperacyjność 800G przy użyciu probabilistycznego kształtowania konstelacji. Nie są to stopniowe ulepszenia,-ale podstawowe rozszerzenia możliwości wynikające z udoskonalenia algorytmu DSP i integracji fotoniki krzemowej.

Firma Microsoft zmieniła szkielet platformy Azure z spójnych wtyczek 100G na spójną optykę 400G, zachowując jednocześnie istniejącą infrastrukturę optyczną. „Wystarczy zainstalować nowy sprzęt na każdym końcu, a reszta infrastruktury pomiędzy nimi pozostanie taka sama”, jak zespół inżynierów opisał ścieżkę migracji. Ekonomika działa, ponieważ wtykowa obudowa całkowicie eliminuje dedykowaną obudowę transpondera z modelu wdrażania.

Jednak spójne wtyczki nie zastąpiły wbudowanych, spójnych systemów do wszystkiego.

WaveLogic 6 Extreme firmy Ciena-wariant platformy wbudowanej-nadal przewyższa implementacje wtykowe pod względem wydajności widmowej w zastosowaniach transkontynentalnych i podmorskich. Ograniczenia koperty termicznej, które umożliwiają rozmieszczenie wtyczek w portach routera, jednocześnie ograniczają maksymalną moc nadawania i złożoność procesora DSP osiągalną w ramach wymiarów QSFP-DD. Wtykowe moduły Acacia ograniczają wydajność Shannona na liniach metra i połączeniach regionalnych; pozostała różnica w wydajności ma znaczenie w przypadku inżynierii ultra-długodystansowej-.

Rynek zdecydowanie głosował za wtyczkami tam, gdzie wystarczą wtyczki. Rynek jednocześnie potwierdził, że „tam, gdzie wystarczą wtyczki”, istnieją granice.

 

Fragmentacja współczynnika kształtu

Postęp następuje zgodnie z wymaganiami dotyczącymi przepustowości.. 800Łączność G przekracza możliwości, jakie zapewniają koperty termiczne QSFP-DD, co sprzyja przyjęciu protokołu OSFP pomimo nieco większej powierzchni. Każda generacja zachowuje w swojej rodzinie kompatybilność wsteczną.-SFP pasuje do portu SFP+, transceiver QSFP28 działa w klatkach QSFP-DD z zmniejszoną wydajnością.

Dla architektów sieci projektujących pięcioletnie-cykle życia infrastruktury ma to ogromne znaczenie. Wtykowe transceivery wdrażane dzisiaj w celu zapewnienia dostępu do sieci 400G mogą jutro stać się czynnikiem ograniczającym migrację do sieci 800G. Lub mogą nie, w zależności od tego, czy płyta czołowa obudowy obsługuje OSFP. Dostawcy przełączników zabezpieczają swoje zakłady, oferując mieszane-konfiguracje portów. Klienci absorbują złożoność planowania.

 

Gdzie-wymienna optyka jest naprawdę doskonała

 

Najsilniejszym argumentem za podłączanymi transiwerami nie jest wydajność, gęstość czy koszt. To elastyczność operacyjna.

Zmieniają się wymagania sieciowe. Zmieniają się wzorce ruchu. Cykle odświeżania technologii ulegają kompresji. Aplikacje, które nie istniały podczas projektowania infrastruktury,-klastry szkoleniowe generujące sztuczną inteligencję zużywające 30 kW na szafę-nagle wymagają architektur łączności, których nikt się nie spodziewał.

Wtykowa optyka niweluje tę niepewność dzięki modułowości. Zamień transiwery, zachowując inwestycję w podwozie. Zwiększ zasięg optyczny bez modernizacji platformy routingu. Przejście z łączności światłowodowej wielomodowej na jednomodową-przez wymianę modułów zamiast ponownego okablowania. Wspieraj migracje na terenach zdegradowanych, gdzie starszy sprzęt współistnieje z infrastrukturą nowej-generacji.

Operatorzy telekomunikacyjni budujący sieci transportowe 5G wybierają spójną optykę z możliwością wtyku właśnie dlatego, że przydział widma i wzorce dystrybucji ruchu pozostają niepewne. Hiperskalowerzy wdrażający infrastrukturę szkoleniową AI wybierają łączność wtykową, ponieważ topologia klastra GPU ewoluuje szybciej niż obsługująca ją infrastruktura okablowania.

Modułowość wiąże się z kosztami. Wstępnie-rozwiązania zintegrowane czasami osiągają lepszą cenę-w ograniczonych zastosowaniach. Jednak aplikacje, które w ciągu-lat wdrażania pozostają ograniczone, stały się niezwykle rzadkie.

 

 

Rzeczywistość termiczna w-wdrożeniach o dużej gęstości

 

Branża wepchnęła moduły nadawczo-odbiorcze 800G do obudów QSFP-DD, zmniejszając krzem DSP do węzłów procesowych w procesie 3 nm i poprawiając wydajność chłodnic termoelektrycznych. Same transceivery optyczne osiągnęły docelowe parametry wydajności. Przełączniki, w których są umieszczone, coraz bardziej borykają się z problemami.

Nowoczesna sieć klastrów AI wymaga gęstości szaf rack przekraczającej 30 kW, a czasami zbliżającej się do 120 kW. Tradycyjne chłodzenie powietrzem zbliża się do granic wydajności przy tych obciążeniach termicznych. Chłodzenie cieczą-bezpośrednie-do-układu lub pełne zanurzenie-staje się niezbędne do zapewnienia zrównoważonej-pracy przy dużej gęstości.

Wtykowy interfejs urządzenia nadawczo-odbiorczego komplikuje zastosowanie chłodzenia cieczą. Moduły-z możliwością wymiany podczas pracy wymagają dostępnych-portów na panelu przednim, które nie są kompatybilne z wdrażaniem zanurzeniowym. Rozwiązania bezpośredniego chłodzenia cieczą muszą kierować chłodziwo bez blokowania dostępu do transceivera. Ograniczenia mechaniczne stwarzają wyzwania inżynieryjne, których unika zintegrowana optyka.

Wspólna-optyka w pakiecie-integrująca optyczne wejścia/wyjścia bezpośrednio z układami ASIC przełącznika-reprezentuje jedną potencjalną trajektorię. Całkowicie eliminuje wtykową obudowę, osiągając wydajność cieplną poprzez ścisłą integrację, jednocześnie rezygnując z modułowości, która sprawia, że ​​wtykowe transiwery są cenne operacyjnie.

To, czy ten kompromis okaże się opłacalny, zależy od kontekstu wdrożenia. Hiperskalery z wysoce standaryzowaną infrastrukturą i wewnętrznymi możliwościami inżynieryjnymi mogą z łatwością wchłonąć-współpakowaną optykę. Operatorzy przedsiębiorstw polegający na-dostawcach usług konserwacyjnych i stopniowym rozszerzaniu możliwości prawdopodobnie tego nie zrobią.

 

Uczciwa ocena

 

Wtykowe transceivery dominują w nowoczesnej architekturze sieci, ponieważ równoważą konkurencyjne ograniczenia skuteczniej niż dostępne alternatywy. Standaryzacja wśród dostawców umożliwia elastyczność łańcucha dostaw. Funkcja hotswap-zapewnia ciągłość działania podczas aktualizacji i konserwacji. Możliwości monitorowania diagnostycznego,-jeśli są faktycznie wykorzystywane,-umożliwiają proaktywne wykrywanie usterek przed wystąpieniem awarii usługi.

Technologia niesie ze sobą ograniczenia. Koperty termiczne ograniczają maksymalną wydajność. Mnogość współczynników kształtu powoduje złożoność planowania. Spójne wtyczki nie pasują do systemów wbudowanych na bardzo-długich-trasach.

W przypadku zdecydowanej większości wdrożeń sieciowych-połączenia wzajemne w centrach danych, agregacjach metropolitalnych, kampusach korporacyjnych, dostępie telekomunikacyjnym-wtykowe moduły optyczne nadawczo-odbiorcze zapewniają wymaganą funkcjonalność w rozsądnych przedziałach cenowych. Wbudowane alternatywy zachowują nisze. Alternatywy-w pakiecie pozostają w dużej mierze koncepcyjne poza środowiskami hiperskalowymi.

Podjęte dzisiaj decyzje dotyczące infrastruktury determinują elastyczność aktualizacji dostępną jutro. Wtykowe transceivery zachowują tę elastyczność. To, czy utrzymanie tego będzie kosztować więcej niż rezygnacja, zależy całkowicie od tego, jak przewidywalne Twoim zdaniem pozostaną wymagania dotyczące ruchu.

Większość znanych mi inżynierów przestała wierzyć w przewidywalne wymagania dotyczące ruchu drogowego około 2022 roku.