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新葡京娱乐:用于数据中心的光子学:集成光学渗

时间:2018-10-30 15:14

来源:未知作者:admin点击:

新葡京娱乐 新兴技术有望通过直接与交换机专用集成电路(ASIC)共同封装光纤链路来解决这些问题。随着计划在不久的将来进行生产部署,集成光学器件将使数据中心网络免受成本,功率,密度和架构限制,从而限制了传统的光学互连解决方案。
 
数据网络的状态
 
在过去的十年中,以太网生态系统已经走过了漫长的道路。基于专有硬件和软件,网络设备高度垂直集成,导致性价比不佳。由此导致的全球网络带宽不足对工作负载布局造成了很大的限制,并且与数据密集型工作负载相匹配。实际上,网络门控聚合性能,构成了提高服务器利用率的主要障碍。
 
在网络生态系统中拆除垂直整合所需的许多变化已经实现.1这是通过深远的分解(硬件与软件分离)和商品化实现的,例如围绕商家交换机芯片构建的开源设计网络盒。 ,开源网络软件堆栈,以及软件定义网络(SDN)和可编程转发和数据平面的出现。
 
尽管有这些改进,但仍然存在由稀缺的网络资源控制的全球性能的基本问题。分解已经发现了一个新的瓶颈 - 也就是说,成本负担已从交换机和路由器盒转移到在仓库级数据中心中互连它们所需的光学链路。
 
商用硅开关ASIC一直处于指数增长曲线。自2010年以来,通过增加频道数和速率,单芯片容量每两年翻一番。相反,光学模块已逐渐趋于渐进,在各自的整合水平上形成了巨大的鸿沟。
 
目前,单交换机ASIC提供多达256个通道
相反,光学模块严重欠整合,目前最多提供四个通道。这种差异也反映在每个容量的相对成本上,其对于交换容量的下降速度要快得多,在某些情况下,光学器件填充1RU(1个机架单元)交换机的接口的成本超过了成本单位本身。
 
这种缺乏整合可归因于几个因素。首先,光学模块是复杂的微光学系统,包括来自通常广泛不同的技术的分立元件阵列,通常手工组装成光学电路。尽管硅光子学已经带来了收发器制造方面的改进,但基于分立可插拔模块的部署模型并没有改变,从而排除了更大的集成优势。
 
另一个复合因素是市场的分裂以及由标准和多源协议(MSA)定义的相关过多的光学接口,其对每个单独接口的规模经济具有负面影响。
 
除了成本之外,面板密度和功耗也受到可插拔收发器光学器件的限制。密度受限于可以放在1RU面板上的模块(给定形状因子)的数量。这种布置在很小的区域内集中了大量的功率消耗并且阻碍了冷却所需的气流。从开关ASIC到面板安装的模块的电信号消耗了大量的能量。随着每信道信令速率不断增加,这需要更多的预调节和后调节以保持信号完整性。
 
输入集成光学
 
为了减轻可插拔模块的瓶颈,可以通过将光学引擎与主ASIC共同封装在公共基板上来实现高度集成(参见图2)。这通过将电信号限制到封装内距离来降低输入/输出(I / O)功率,通过增加每个光学子组件的通道数来降低成本,并消除分立收发器封装以及高速PCB走线,并实现高 - 密度光学面板连接器。


另一个核心优势是能够集成来自其他材料系统的设备 - 例如基于III-V的光源 - 通过低损耗,高吞吐量的无源对准。
 
接下来,尽管具有大的几何形状,但是可以制造紧密的波导弯曲,使得紧凑的结构能够匹配ASIC SerDes(在每个方向上在串行和并行接口之间转换数据的串行器/解串器)和光纤阵列的密度(间距)。
 
另一个关键组件是调制器。与亚微米平台所需的Mach-Zehnder型调制器相比,更大的模式尺寸使得能够使用更小和更节能的电吸收调制器(EAM)。这增加了带宽密度并降低了功耗。此外,这些调制器可以由单级低压CMOS驱动电路驱动,进一步提高了能效优势,并且已经证明可以在100 Gbit / s以上工作。
 
Rockley Photonics开发了一个包装光学解决方案的技术平台,展示了所有这些特性,并实施了一个原型optoASIC,展示了技术可行性和节能潜力。
 
对数据网络架构的影响
集成光学器件将通过产生更高通道数的光学引擎,降低总组件成本(更少的部件,更少的封装),更少的组装步骤和更高的复合产量来降低光链路的成本。集成还可通过最大限度地减少电气I / O所消耗的能源来降低能耗。此外,消除面板安装模块可改善气流并增加可通过密集光学连接器容纳的光纤数量。
 
或许比提高成本,功耗和密度指标更重要的是对数据中心网络架构整体的潜在影响。这项技术标志着覆盖经济学的根本性转变 - 同样的经济学支撑了导致当今网络架构的架构决策.9一旦带宽距离变得远不如传统的约束因素,建筑师可以自由设计,以实现更高效的优化标准。
 
数据中心网络最终将从长期决定架构决策的带宽延迟产品约束中解放出来。利用这些限制,可以解锁数据中心计算能力的全部潜力。即将到来的集成光学时代将为重新划分现有设计和发明全新设计提供大量可能性,从芯片和盒级一直到整个数据中心.10光学革命才刚刚开始。


 

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