2019關(guān)于數(shù)據(jù)中心的三個預(yù)測 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)市場作為科技行業(yè)板塊之一，也將在2019年迎來變化，以下是他預(yù)計今年數(shù)據(jù)中心會發(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，因為構(gòu)建單個、大型、連續(xù)的大型數(shù)據(jù)中心變得越來越困難。在土地價格較高的大都市地區(qū)以分解成為關(guān)鍵。大帶寬互連對于連接這些數(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，通常會受到延遲限制。DCI光學(xué)技術(shù)選項包括直接檢測和相干，兩者都是使用光纖C波段(192 THz至196 THz窗口)中的DWDM傳輸格式實現(xiàn)的。直接檢測調(diào)制格式是幅度調(diào)制的，具有更簡單的檢測方案，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。對于100 Gbps，4級脈沖幅度調(diào)制(PAM4)，直接檢測格式是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。對于下一代400-Gbps(每波長)DCI系統(tǒng)，60-Gbaud，16-QAM相干格式是領(lǐng)先的競爭者。

  DCI-Metro/Long Haul：這一類別的光纖距離超出DCI-Edge，地面鏈路長達(dá)3,000公里，海底更長。相干調(diào)制格式用于該類別，并且調(diào)制類型對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，需要復(fù)雜的數(shù)字信號處理，消耗更多功率，具有更長的范圍，并且比直接檢測或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)不斷增長的帶寬需求推動了對光學(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)(以及可能用于對等，本地內(nèi)容傳輸或海底傳輸?shù)倪吘壵军c(diǎn))相連。每個區(qū)域網(wǎng)關(guān)都連接到區(qū)域的每個數(shù)據(jù)中心，計算/存儲服務(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，因此采購額外設(shè)施并將其連接到區(qū)域網(wǎng)關(guān)變得很簡單。與構(gòu)建新的大型數(shù)據(jù)中心相對較高的費(fèi)用和較長的建設(shè)時間相比，這可以實現(xiàn)區(qū)域的快速擴(kuò)展和增長，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)域的過渡引入了在選擇網(wǎng)關(guān)和數(shù)據(jù)中心設(shè)施位置時必須考慮的附加約束。例如，為了確保相同的客戶體驗(從延遲的角度來看)，任何兩個數(shù)據(jù)中心(通過公共網(wǎng)關(guān))之間的最大距離必須是有界的。另一個考慮因素是灰色光學(xué)系統(tǒng)的效率太低，無法在同一地理區(qū)域內(nèi)互連物理上完全不同的數(shù)據(jù)中心建筑物?？紤]到這些因素，今天的連貫平臺并不適合DCI應(yīng)用。

  采用PAM4調(diào)制格式提供了低功耗，低占用面積，直接檢測選項。通過利用硅光子學(xué)，開發(fā)了具有PAM4專用集成電路(ASIC)的雙載波收發(fā)器，集成數(shù)字信號處理器(DSP)和前向糾錯(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典型DCI鏈路進(jìn)行DWDM傳輸，每個光纖對為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平臺能夠以更大的200毫米和300毫米晶圓尺寸進(jìn)入晶圓級的光學(xué)元件。通過在標(biāo)準(zhǔn)硅CMOS平臺上添加鍺外延來構(gòu)建1300nm和1500nm波長的光電探測器。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行波Mach Zehnder調(diào)制器(MZM)，每個波長一個。然后使用集成的2：1交織器將兩個波長輸出組合在芯片上，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)動信號。

  隨著數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的帶寬需求持續(xù)增長，摩爾定律要求切換芯片的進(jìn)步，將使交換機(jī)和路由器平臺能夠保持交換機(jī)芯片基數(shù)奇偶校驗，同時增加每個端口的容量。下一代交換芯片都是針對400G的每端口功能。在光互聯(lián)網(wǎng)論壇(OIF)中啟動了一個名為400ZR的項目，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)。這個概念類似于WDM PAM4，但擴(kuò)展到支持400-Gbps的要求。