Az együtt csomagolt optika és a csatlakoztatható optika különböző helyeken ugyanazt az alapvető problémát oldja meg. A csatlakoztatható optika az optikai modult a kapcsoló előlapján tartja, megőrizve az ismert, üzem közben cserélhető szolgáltatási modellt. A CPO sokkal közelebb helyezi az optikai motort a kapcsoló ASIC-hez, csökkentve a nagy sebességű elektromos utat, amelyet a SerDes-arányok emelkedésével nehezebb hatékonyan vezetni.
Az AI és a HPC hálózatok esetében ez a különbség többet érint, mint a kapcsoló teljesítményét. Megváltoztatja, hogy hol kerül be a szál a rendszerbe, hogyan kezelik az előlap sűrűségét, mi cserélhető ki a területen, és hogyan gondolkodnak a kezelők a tisztításról, a veszteségköltségvetésről, a pótalkatrészekről és a karbantartásról. A CPO javíthatja a sávszélesség sűrűségét és csökkentheti az elektromos összeköttetések veszteségét, de nem távolítja el a szálkábeleket, és nem teszi automatikusan elavulttá a csatlakoztatható optikát.
CPO vs Pluggable Optics: Az építészeti különbség
Az architektúrák összehasonlításának legegyszerűbb módja, ha feltesz egy kérdést: hol történik az elektromos-optikai átalakítás a gazdagép ASIC-hez képest?
Hagyományos DSP-alapú csatlakoztatható optika
A hagyományos dugaszolható kivitelben az ASIC kapcsoló nagy sebességű elektromos jeleket küld a nyomtatott áramköri lapon keresztül az előlapon lévő eltávolítható modulhoz. A modul tartalmazza az optikai adót és vevőt, valamint az elektromos jel helyreállításához és kondicionálásához szükséges elektronikát.
Ez az architektúra működési szempontból vonzó marad, mivel a modul egy átlátszó, terepen cserélhető egység. A meghibásodott optika általában a kapcsoló vagy a vonalkártya cseréje nélkül eltávolítható. Sok vállalati, felhő- és adatközponti összekapcsolási alkalmazás számára ez a szolgáltatási modell továbbra is az egyik legerősebb ok a használatára.csatlakoztatható optikai adó-vevők.
Lineáris dugaszolható optika
A lineáris csatlakoztatható optika az optikai modult az előlapon tartja, de csökkenti vagy eltávolítja a modulon belüli egyes jelfeldolgozási funkciókat. A cél az, hogy csökkentsék a modulok teljesítményét, miközben megőrzik az ismerős csatlakoztatható formát.
Ez egy fontos különbség: az LPO nem CPO. Az LPO megváltoztatja, hogy az előlapi modul hogyan kezeli az elektromos jelkezelést; A CPO megváltoztatja az optikai motor és a gazdagép ASIC közötti fizikai kapcsolatot.
Near-Package Optika
A közeli csomagolású optika elmozdítja az optikai motort az előlaptól és közelebb a gazdagép ASIC-hez, lerövidítve az elektromos utat anélkül, hogy az optikát teljesen integrálná a kapcsolószilícium csomagjába. Integráció szempontjából a hagyományos dugaszolható és a teljes együttcsomagolás között helyezkedik el.
Együtt csomagolt optika
A CPO az optikai motorokat ugyanabba a csomagkörnyezetbe helyezi, mint a switch ASIC, vagy annak nagyon közelébe. A Broadcom úgy írja le CPO-platformját, mint az optika és a szilícium heterogén integrációját egy csomagolt hordozón, azzal a céllal, hogy csökkentse a hosszú, nagy sebességű elektromos összeköttetésekkel kapcsolatos útveszteséget és teljesítményt. A jelenlegiCPO platform áttekintéseazt is megmutatja, hogy a CPO megvalósítható mind a bővítő, mind a kibővített hálózati rendszerek részeként.
Az architektúrát ezért nem egy univerzális mechanikai elrendezés határozza meg. A különböző gyártók eltérő csomagolási, szálcsatlakozási, lézerforrás- és csatlakozóstratégiákat alkalmazhatnak, miközben továbbra is ugyanazt az alapelvet követik: az optikát tegyük közelebb a kapcsolószilíciumhoz, hogy a legnagyobb sebességű jelből kevesebbnek kelljen elektromosan kereszteznie a PCB-t.
Miért tolják az AI-hálózatok az optikát közelebb az ASIC-hez?
A sávarány növekedésével a PCB-csatornák egyre nehezebbé válnak. A bőrhatás, a dielektromos veszteség, az áthallás, a csomagvesztés és a kiegyenlítési követelmények mind növelik az elektromos jelek ASIC és az előlapi modul közötti mozgatásához szükséges költségeket és teljesítményt.
Ez a probléma sokkal fontosabb az AI-fürtökben, mivel a nagy radixű kapcsolók hatalmas sávszélességet aggregálnak egy korlátozott házterületre. Ugyanakkor a hálózat ugyanazon a létesítmény teljesítményén és hűtési tartományán osztozik, mint a GPU-k és más számítási hardverek.
A CPO ezt úgy kezeli, hogy lerövidíti az elektromos utat, és több nagy sebességű összeköttetést helyez át az optikai tartományba. A Broadcom jelenlegi CPO switch portfóliója 200G-SerDes alapú rendszereket tartalmaz, míg az NVIDIA jelenlegiszilícium fotonika hálózati platform200G SerDes-vel együtt csomagolt optikát is használ az AI-méretű Ethernet és InfiniBand rendszerekhez.
Ezek a szállítói megvalósítások megmutatják, miért kap figyelmet a CPO, de a közzétett teljesítmény- vagy megbízhatóságnövekedést nem szabad rögzített értékként kezelni minden architektúránál. A rendszerhatárok, a hűtési feltételezések, a lézerek elhelyezése, az elérés, a kapcsolók kialakítása és a forgalmi modell mind megváltoztathatják az összehasonlítást.
CPO kontra csatlakoztatható optika: mi változik valójában?
| Tervezési terület | Együtt csomagolt optika | Csatlakoztatható optika |
|---|---|---|
| Optika helye | Az ASIC kapcsolóval integrálva vagy ahhoz nagyon közel helyezve | Kivehető modul az előlapon |
| Nagy sebességű elektromos út | Rövidebb | Hosszabb PCB-útvonal az ASIC-től az előlapig |
| Sávszélesség sűrűség | Több optikai I/O-t képes közelebb vinni a csomag széléhez | Az előlap ketrecei és a modul osztása korlátozza |
| Erőstratégia | Csökkenti a hosszú elektromos csatornáktól és a kapcsolódó jelkondicionálástól való függőséget | A modul DSP-től, az időzítőktől, a gazdagép csatorna minőségétől és az eléréstől függ |
| Termikus kialakítás | A hőkomplexitást a csomag és a rendszer hűtési kialakítása felé tolja el | A hő eloszlik a cserélhető előlapi modulokon |
| Mezei cserélhetőség | Az optikai motortól, a csatlakozótól és a külső lézer architektúrától függ | Az egyes adó-vevők általában üzem közben cserélhetők |
| Fiber belépési pont | A szálnak el kell érnie az optikai motorokat a csomagoláson belül vagy annak közelében | A szál az előlapi moduloknál végződik |
| A legjobban illik ma | Nagyon nagy sávszélességű AI/HPC rendszerek, ahol a teljesítmény és a sűrűség szorosabb integrációt indokol | Vállalati, felhő-, DCI-, tároló- és mesterséges intelligencia-alkalmazások széles választéka |
A CPO megszünteti a szálkábelezést?
Nem. A CPO megváltozik ott, ahol az elektromos-optikai átalakítás megtörténik; nem távolítja el a rendszerek közötti optikai utat.
A Fibernek továbbra is kapcsolóportokat, állványokat, fürtöket, javítási mezőket és egyéb hálózati végpontokat kell csatlakoztatnia. A CPO-platformokon a kábelezési probléma valójában érzékenyebbé válhat, mivel előfordulhat, hogy a szálaknak be kell jutniuk a házba, és el kell érniük az optikai motorokat, amelyek sokkal közelebb helyezkednek el a kapcsolócsomaghoz.
Ez teszi a tervezéstszálkábel szerelvények, útválasztási útvonalak, csatlakozó interfészek, szervizhurkok, hozzáférés tisztítása és hajlításvezérlés része a CPO rendszer kialakításának, nem pedig külön utólagos gondolkodás.
A belső száloptikás útválasztás egyre fontosabbá válik
Dugaszolható rendszerekben a legtöbb szolgáltatáshoz való hozzáférés az előlapon történik. A CPO-ban néhány szálút mélyebbre nyúlhat a házba. A tényleges útválasztás a platformtól függ, de a mérnöki kérdések következetesek:
- Fenntarthatja-e a belső szálút a kábelszerelvényhez megadott minimális hajlítási sugarat?
- Elérhetik a technikusok a használható csatlakozási pontokat a szomszédos szálak megzavarása nélkül?
- Az útvonal elkerüli a ventilátorokat, a hideg lemezeket, az éles peremeket és a mozgó hardvereket?
- Fenntarthatja-e az alváz az üvegszálas szervezettséget a portok számának növekedésével?
Ezek a kérdések azért fontosak, mert a csatlakozó és a kábel architektúrája most már szorosabban kapcsolódik a kapcsoló mechanikai kialakításához.
A Connector Density feljebb lép a prioritási listán
A nagy radixű CPO-rendszereknek nagy mennyiségű optikai I/O-ra van szükségük korlátozott előlapi területen. Ez keresletet teremt a kompakt többszálas és nagyon kis méretű csatlakozórendszerek iránt, de nincs egyetlen csatlakozó, amely meghatározná az összes CPO-megvalósítást.
A platformtól függően a külső üvegszálas üzem használhat hagyományos duplex interfészt, többszálas csatlakozókat, leválasztható szálas szerelvényeket vagy újabb, nagy sűrűségű csatlakozóformátumokat. LétezőMPO/MTP kábelszerelvényektovábbra is relevánsak maradnak, ha a kapcsoló vagy a strukturált kábelezés párhuzamos vagy nagyszámú üvegszálas interfészeket használ, de nem szabad azt feltételezni, hogy minden CPO-rendszer csatlakozója.
A beillesztési veszteség és a tükröződés továbbra is számít
Minden csatlakozó, adapter, toldás, kazetta és belső optikai interfész felemeli a kapcsolat költségvetésének egy részét. Ha az optikai motort közelebb viszi az ASIC-hez, az nem szünteti meg ezeket a passzív veszteségeket.
A CPO-tervezéseknél a mérnököknek figyelembe kell venniük a teljes optikai utat az optikai motortól a belső szálon, a ház interfészén, a strukturált kábelezésen és a távoli vevőn keresztül. Ha többszáloptikai csatlakozókés az adapterek jelen vannak, akkor a megadott beillesztési veszteség és visszatérési veszteség teljesítményét bele kell venni a csatornaszámításba, nem pedig egyetlen általános csatlakozótartalékkal helyettesíteni.
Az adaptereknek és a Blind-Mate interfészeknek szolgáltatási hozzáférésre van szükségük
A CPO platformok leválasztható vagy vakon illeszkedő optikai interfészeket használhatnak a sűrű belső szál praktikussá tétele érdekében. Ezek az interfészek javíthatják az összeszerelést és a szervizelhetőséget, de fontos tervezési tényezővé teszik az igazítást, a szennyeződés-ellenőrzést és a mechanikai hozzáférést is.
Ha az alváz eltávolítható optikai interfészeket használ, az illesztési rendszert a külsővel együtt kell értékelni.száloptikai adapterekés az architektúra javítása, így a karbantartás nem függ a hozzáférhetetlen csatlakozási pontoktól.
A külső lézerforrások megváltoztatják a szolgáltatási modellt
Az egyik legfontosabb CPO tervezési választás az, hogy hol helyezkedik el a lézer. Az OIF-éCo-Packaging Frameworkmegjegyzi, hogy a szilícium-fotonika optikai motorok integrált vagy külső lézerforrásokat is használhatnak. Külső lézerforrással a lézer egy cserélhető előlapi modulba helyezhető, miközben folyamatos hullámú fény jut a közösen csomagolt optikai motorba.
Ennek azért van jelentősége, mert a lézer már nincs automatikusan ugyanahhoz a mezőben cserélhető egységhez kötve, mint az ASIC kapcsoló. Az OIF kifejezetten a javított javíthatóságot és a termikus szétválasztást azonosítja a külső lézerarchitektúrák lehetséges előnyeiként, ugyanakkor megjegyzi a lézertovábbítási útvonal által okozott további optikai veszteséget is.
Egyes CPO-rendszerek ezért használjákpolarizációt fenntartó szálkomponensekvagy más vezérelt optikai utak, amelyek külső lézerforrásból fényt juttatnak a csomagba. A pontos követelmény az optikai motortól és a lézer architektúrától függ, nem pedig a CPO-tól mint kategóriától.
Szervizelhetőség: A CPO megváltoztatja a hibatartományt
A dugaszolható optikának egyértelmű működési előnye van: az adó-vevő egy kicsi, szabványosított, mezőben cserélhető egység. Ha a modul meghibásodik, a technikusok általában ki tudják cserélni a modult anélkül, hogy megzavarnák a kapcsoló többi részét.
A CPO megváltoztatja ezt a modellt, de ez nem mindig jelenti azt, hogy a teljes alvázat ki kell cserélni. A szolgáltatás határa a platformtól függ.
Az NVIDIA például hozzáférhető külső lézerforrás modulokba helyezi a lézereket, és szilícium-fotonikai kapcsolóiban levehető szálas interfészeket használ. A Broadcom a jelenlegi CPO-rendszerekben is csatlakoztatható lézerforrásokat használ. Ezek a kialakítások arra törekednek, hogy a nagy meghibásodások vagy a szervizre érzékeny alkatrészek cserélhetők legyenek, még akkor is, ha maga az optikai motor sokkal szorosabban integrálódik a kapcsolószilíciummal.
A kezelők számára a gyakorlati kérdés tehát nem egyszerűen az, hogy „a CPO szervizelhető?” Ez:
- Mely optikai alkatrészek cserélhetők terepen?
- A külső lézerek önállóan cserélhetők?
- Leválaszthatók a szálas szerelvények a vonalkártya eltávolítása nélkül?
- Mi történik, ha egy belső optikai motor meghibásodik?
- Milyen tartalék egység stratégiát igényel a platform?
A CPO növelheti a platformfüggőséget
A szabványos csatlakoztatható ökoszisztéma széles körű szabadságot biztosít a kezelőknek, hogy a kapcsolóplatformtól elkülönítve szerezzenek be kompatibilis modulokat. A CPO szorosabban integrálja az optikát a szilícium- és mechanikai rendszerrel, így a beszerzési modell platform-specifikusabbá válhat.
Ez nem jelenti azt, hogy minden CPO-terv ugyanolyan szintű szállítófüggőséget hoz létre. Az interoperábilis külső lézerforrások, a szabványosított felügyeleti interfészek, a levehető optikai csatlakozók és a közös szálas interfészek csökkenthetik ezt a függőséget. AOIF CMIS 5.3 specifikációpéldául a CPO alrendszerekre és a külső lézerbemenetekre vonatkozó felügyeleti rendelkezéseket tartalmazza.
A beszerzési csoportok számára a releváns kérdések az életciklus-támogatás, a tartalék egységek elérhetősége, a csatlakozók kompatibilitása, a felügyeleti támogatás, valamint az, hogy az optikai komponensek beszerezhetők-e vagy szervizelhetők-e a kapcsolóplatformtól függetlenül.
Kinek kell most törődnie a CPO-val?
Hiperskálájú AI és HPC hálózatok
A CPO azonnali építészeti figyelmet érdemel, ahol a switch radix, a 200G-osztályú SerDes, a teljesítménysűrűség és a fürt mérete megnehezíti az előlapra csatlakoztatható architektúrák méretezését. A Broadcom már kínál CPO switch platformokat, az NVIDIA pedig bejelentette a CPO-alapú Spectrum-X és Quantum-X rendszereket, így ez már nem csak laboratóriumi koncepció.
Ezeknél a telepítéseknél a hálózati építészeknek a CPO-t a kapcsolóhűtéssel, a strukturált üvegszál-útvonalakkal, a csatlakozósűrűséggel, a külső lézerszolgáltatás-hozzáféréssel és a rack-szintű karbantartási eljárásokkal egyidejűleg kell értékelniük.
Meglévő 400G és 800G adatközpontok
A legtöbb meglévő vállalati és felhőhálózatot nem kell újratervezni a CPO körül egyszerűen azért, mert a technológia létezik. A csatlakoztatható optika kiforrott, könnyen cserélhető, széles körben együttműködő, és az üzemeltetők számára jól érthető marad.
Ezekben a környezetekben a CPO-t célszerűbb ütemterv szempontjaként kezelni. A csapatok felkészülhetnek a szálsűrűség javításával, a beillesztési veszteség költségvetésének dokumentálásával, a kiváló minőségű foltozás szabványosításával, és elkerülhetik azokat a kábelezési döntéseket, amelyek szükségtelenül megnehezítik a jövőbeni vázszintű változtatásokat.
CPO kontra csatlakoztatható optika: gyakorlati döntési ellenőrzőlista
- Sávszélesség sűrűség:Az előlapi modulsűrűség korlátozza a kapcsoló kialakítását?
- Hatalom:Az elektromos csatorna és a dugaszolható modul tápellátása lényegesen korlátozza a rack méretét?
- Hűtés:Támogathatja-e a platform a szorosan integrált optika által megkövetelt termikus kialakítást?
- Szervizelhetőség:Mely optikai alkatrészek maradnak helyben cserélhetőek?
- Fiber útválasztás:Elbír-e az alváz sűrű belső szálakat anélkül, hogy megsértené a hajlítási, hozzáférési vagy tisztítási követelményeket?
- Csatlakozó architektúra:A külső és belső optikai interfészek meghatározottak és támogathatók?
- Link költségvetés:Minden belső és külső optikai veszteséget figyelembe vettek?
- Életciklus:Elfogadható a platform tartalék, javítási és szállítói támogatási modellje?
Utolsó elvitel
A CPO-t és a csatlakoztatható optikát nem szabad egyszerű régi és új technológiai választásként kezelni. A csatlakoztatható optika az optikai modult az előlapon tartja, és megőrzi a kiforrott, üzem közben cserélhető szolgáltatási modellt. A CPO lerövidíti a legnagyobb sebességű elektromos utat azáltal, hogy az optikát sokkal szorosabban integrálja a switch ASIC-hez, javítva a nagy sávszélességű rendszerek méretezési lehetőségeit.
A kompromisszum a szilícium kapcsolása, az optikai motorok, a hűtés, a csatlakozók és az üvegszálas üzem közötti szorosabb kapcsolat. Az AI-adatközpontok esetében tehát nem az a kulcskérdés, hogy a CPO megszünteti-e az üvegszálas kábelezést. Így kell megváltoznia a szálkábelezési architektúrának, amikor az optikai átalakítás egy eltávolítható előlapi modulból magába a kapcsolóplatformba kerül.
