ดังที่เราทุกคนทราบกันดีว่าอุตสาหกรรมเทคโนโลยีประสบความสำเร็จอย่างยิ่งใหญ่มากมายในปี 2561 และจะมีความเป็นไปได้มากมายในปี 2562 ซึ่งรอคอยมานาน ดร. Radha Nagarajan ประธานเจ้าหน้าที่ฝ่ายเทคโนโลยีของ Inphi เชื่อว่าศูนย์ข้อมูลความเร็วสูงเชื่อมต่อถึงกัน ตลาด (DCI) ซึ่งเป็นหนึ่งในกลุ่มอุตสาหกรรมเทคโนโลยีก็จะเปลี่ยนแปลงในปี 2562 ต่อไปนี้คือสามสิ่งที่เขาคาดว่าจะเกิดขึ้นในศูนย์ข้อมูลในปีนี้
1.การสลายตัวทางภูมิศาสตร์ของศูนย์ข้อมูลจะกลายเป็นเรื่องธรรมดามากขึ้น
การใช้ศูนย์ข้อมูลต้องการการสนับสนุนพื้นที่ทางกายภาพจำนวนมาก รวมถึงโครงสร้างพื้นฐาน เช่น พลังงานและการทำความเย็น การสลายตัวทางภูมิศาสตร์ของศูนย์ข้อมูลจะกลายเป็นเรื่องธรรมดามากขึ้น เนื่องจากการสร้างศูนย์ข้อมูลขนาดใหญ่ที่ต่อเนื่องและมีขนาดใหญ่ได้ยากขึ้นเรื่อยๆ การสลายตัวเป็นกุญแจสำคัญในมหานคร พื้นที่ที่ราคาที่ดินสูง การเชื่อมต่อระหว่างกันด้วยแบนด์วิธขนาดใหญ่มีความสำคัญอย่างยิ่งในการเชื่อมต่อศูนย์ข้อมูลเหล่านี้
DCI-วิทยาเขต-ศูนย์ข้อมูลเหล่านี้มักจะเชื่อมต่อเข้าด้วยกัน เช่น ในสภาพแวดล้อมของวิทยาเขต โดยทั่วไประยะทางจะจำกัดอยู่ระหว่าง 2 ถึง 5 กิโลเมตร นอกจากนี้ยังมีการเชื่อมโยง CWDM และ DWDM ที่ทับซ้อนกันในระยะทางเหล่านี้ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับความพร้อมของไฟเบอร์
DCI-Edge-การเชื่อมต่อประเภทนี้มีระยะตั้งแต่ 2 กม. ถึง 120 กม. ลิงก์เหล่านี้เชื่อมต่อกับศูนย์ข้อมูลแบบกระจายภายในพื้นที่เป็นหลัก และโดยทั่วไปจะมีข้อจำกัดด้านเวลาแฝง ตัวเลือกเทคโนโลยีออปติคอล DCI ประกอบด้วยการตรวจจับโดยตรงและการเชื่อมโยงกัน ซึ่งทั้งสองอย่างนี้ใช้งานโดยใช้ DWDM รูปแบบการส่งผ่านไฟเบอร์ออปติก C-band (หน้าต่าง 192 THz ถึง 196 THz) รูปแบบการปรับการตรวจจับโดยตรงเป็นแบบมอดูเลตแอมพลิจูด มีรูปแบบการตรวจจับที่ง่ายกว่า ใช้พลังงานต่ำกว่า ต้นทุนที่ต่ำกว่า และต้องการการชดเชยการกระจายภายนอกในกรณีส่วนใหญ่ สำหรับ 100 Gbps, การมอดูเลตแอมพลิจูดพัลส์ 4 ระดับ (PAM4) รูปแบบการตรวจจับโดยตรงเป็นวิธีการที่คุ้มค่าสำหรับแอปพลิเคชัน DCI-Edge รูปแบบการมอดูเลต PAM4 มีความจุเป็นสองเท่าของแบบไม่กลับไปสู่ศูนย์ (NRZ) แบบดั้งเดิม รูปแบบการปรับ สำหรับระบบ DCI 400-Gbps (ต่อความยาวคลื่น) รุ่นต่อไป รูปแบบที่สอดคล้องกัน 60-Gbaud, 16-QAM ถือเป็นคู่แข่งชั้นนำ
DCI-เมโทร/ระยะไกล-ไฟเบอร์ประเภทนี้อยู่นอกเหนือ DCI-Edge โดยมีการเชื่อมต่อภาคพื้นดินสูงถึง 3,000 กิโลเมตรและพื้นทะเลที่ยาวกว่า รูปแบบการมอดูเลชั่นที่สอดคล้องกันใช้สำหรับหมวดหมู่นี้ และประเภทการมอดูเลชั่นอาจแตกต่างกันไปตามระยะทางที่แตกต่างกัน รูปแบบการมอดูเลชั่นแบบสอดคล้องกัน ยังมีแอมพลิจูดและมอดูเลตเฟส ต้องใช้เลเซอร์ออสซิลเลเตอร์ในการตรวจจับ ต้องการการประมวลผลสัญญาณดิจิตอลที่ซับซ้อน ใช้พลังงานมากกว่า มีช่วงที่ยาวกว่า และมีราคาแพงกว่าการตรวจจับโดยตรงหรือวิธี NRZ
2.ศูนย์ข้อมูลจะยังคงพัฒนาต่อไป
การเชื่อมต่อระหว่างกันที่มีแบนด์วิธขนาดใหญ่มีความสำคัญอย่างยิ่งในการเชื่อมต่อศูนย์ข้อมูลเหล่านี้ ด้วยเหตุนี้ ศูนย์ข้อมูล DCI-Campus, DCI-Edge และ DCI-Metro/Long Haul จะยังคงพัฒนาต่อไป ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เขตข้อมูล DCI ได้กลายเป็นจุดสนใจ ของความสนใจของซัพพลายเออร์ระบบ DWDM แบบดั้งเดิม ความต้องการแบนด์วิธที่เพิ่มขึ้นของผู้ให้บริการคลาวด์ (CSP) ที่ให้บริการซอฟต์แวร์ตามบริการ (SaaS) แพลตฟอร์มตามบริการ (PaaS) และโครงสร้างพื้นฐานตามบริการ ความสามารถ (IaaS) กำลังขับเคลื่อนระบบออปติคัลต่างๆ สำหรับการเชื่อมต่อเลเยอร์เครือข่ายศูนย์ข้อมูล CSPสวิตช์และเราเตอร์.วันนี้จะต้องทำงานที่ 100 Gbps ภายในศูนย์ข้อมูล สามารถใช้สายเคเบิลทองแดงที่ต่อโดยตรง (DAC), สายเคเบิลออปติกแบบแอคทีฟ (AOC) หรือออปติก "สีเทา" 100G ได้ สำหรับการเชื่อมต่อกับสิ่งอำนวยความสะดวกของศูนย์ข้อมูล (แอปพลิเคชันในวิทยาเขตหรือ Edge/รถไฟใต้ดิน) ทางเลือกเดียวที่มี ที่เพิ่งมีให้บริการเมื่อเร็ว ๆ นี้เท่านั้นคือวิธีการที่ใช้รีพีทเตอร์ที่มีคุณลักษณะครบถ้วนและสอดคล้องกันซึ่งไม่เหมาะสมที่สุด
ด้วยการเปลี่ยนไปใช้ระบบนิเวศ 100G สถาปัตยกรรมเครือข่ายศูนย์ข้อมูลได้พัฒนาจากโมเดลศูนย์ข้อมูลแบบดั้งเดิม สิ่งอำนวยความสะดวกของศูนย์ข้อมูลทั้งหมดเหล่านี้ตั้งอยู่ในศูนย์ข้อมูลขนาดใหญ่เพียงแห่งเดียว-ศูนย์ข้อมูลขนาดใหญ่-วิทยาเขต CSP ส่วนใหญ่ได้รับการผสานเข้ากับสถาปัตยกรรมพื้นที่แบบกระจายเพื่อให้บรรลุขนาดที่ต้องการและให้บริการคลาวด์ที่มีความพร้อมใช้งานสูง
โดยทั่วไปพื้นที่ศูนย์ข้อมูลจะตั้งอยู่ใกล้กับเขตเมืองใหญ่ที่มีความหนาแน่นของประชากรสูงเพื่อให้บริการที่ดีที่สุด (โดยมีความล่าช้าและความพร้อม) ให้กับลูกค้าปลายทางที่อยู่ใกล้กับพื้นที่เหล่านี้มากที่สุด สถาปัตยกรรมระดับภูมิภาคจะแตกต่างกันเล็กน้อยระหว่าง CSP แต่ประกอบด้วย "เกตเวย์" ระดับภูมิภาคที่ซ้ำซ้อน หรือ “ฮับ” “เกตเวย์” หรือ “ฮับ” เหล่านี้เชื่อมต่อกับเครือข่ายบริเวณกว้าง (WAN) ของ CSP (และไซต์ Edge ที่อาจใช้สำหรับการเชื่อมต่อแบบ peer-to-peer การขนส่งเนื้อหาในท้องถิ่น หรือการขนส่งใต้น้ำ) เหล่านี้ “ เกตเวย์” หรือ “ฮับ” เชื่อมต่อกับเครือข่ายบริเวณกว้าง (WAN) ของ CSP (และไซต์ Edge ที่อาจใช้สำหรับการเชื่อมต่อแบบ peer-to-peer การขนส่งเนื้อหาในท้องถิ่น หรือการขนส่งใต้น้ำ) เนื่องจากพื้นที่จำเป็นต้องขยาย จึง ง่ายต่อการจัดหาสิ่งอำนวยความสะดวกเพิ่มเติมและเชื่อมต่อกับเกตเวย์ระดับภูมิภาค ช่วยให้สามารถขยายและเติบโตได้อย่างรวดเร็วของพื้นที่ เมื่อเทียบกับต้นทุนที่ค่อนข้างสูงในการสร้างศูนย์ข้อมูลขนาดใหญ่แห่งใหม่ และใช้เวลาก่อสร้างนานกว่า พร้อมประโยชน์เพิ่มเติมจากการแนะนำ แนวคิดของพื้นที่ว่างที่แตกต่างกัน (AZ) ในพื้นที่ที่กำหนด
การเปลี่ยนจากสถาปัตยกรรมศูนย์ข้อมูลขนาดใหญ่ไปเป็นโซนทำให้เกิดข้อจำกัดเพิ่มเติมที่ต้องพิจารณาเมื่อเลือกสถานที่ตั้งของเกตเวย์และศูนย์ข้อมูล ตัวอย่างเช่น เพื่อให้แน่ใจว่าลูกค้าจะได้รับประสบการณ์เดียวกัน (จากมุมมองเวลาแฝง) ระยะห่างสูงสุดระหว่างข้อมูลสองรายการใดๆ ศูนย์ (ผ่านเกตเวย์สาธารณะ) จะต้องมีขอบเขต ข้อควรพิจารณาอีกประการหนึ่งคือระบบออพติคอลสีเทาไม่มีประสิทธิภาพเกินกว่าจะเชื่อมโยงอาคารศูนย์ข้อมูลที่แตกต่างกันทางกายภาพภายในพื้นที่ทางภูมิศาสตร์เดียวกันได้ เมื่อคำนึงถึงปัจจัยเหล่านี้ แพลตฟอร์มที่สอดคล้องกันในปัจจุบันจึงไม่เหมาะกับการใช้งาน DCI
รูปแบบการมอดูเลต PAM4 ให้ตัวเลือกการใช้พลังงานต่ำ รอยเท้าต่ำ และตัวเลือกการตรวจจับโดยตรง การใช้ซิลิคอนโฟโตนิกส์ ทำให้ตัวรับส่งสัญญาณแบบพาหะคู่พร้อมวงจรรวมเฉพาะแอปพลิเคชัน (ASIC) ของ PAM4 ได้รับการพัฒนาขึ้น โดยผสานรวมตัวประมวลผลสัญญาณดิจิทัลในตัว (DSP) และ การแก้ไขข้อผิดพลาดไปข้างหน้า (FEC) และบรรจุลงในฟอร์มแฟคเตอร์ QSFP28 ผลที่ได้สวิตช์โมดูลที่เสียบได้สามารถทำการส่งสัญญาณ DWDM ผ่านลิงค์ DCI ทั่วไปด้วย 4 Tbps ต่อคู่ไฟเบอร์และ 4.5 W ต่อ 100G
3.ซิลิคอนโฟโตนิกส์และ CMOS จะกลายเป็นแกนหลักของการพัฒนาโมดูลออปติคัล
การรวมกันของซิลิคอนโฟโตนิกส์สำหรับออพติคที่มีการบูรณาการสูงและเซมิคอนดักเตอร์โลหะออกไซด์โลหะเสริมซิลิกอนความเร็วสูง (CMOS) สำหรับการประมวลผลสัญญาณจะมีบทบาทในวิวัฒนาการของโมดูลออปติคัลแบบเปลี่ยนได้ที่มีต้นทุนต่ำ พลังงานต่ำ
ชิปโฟโตนิกซิลิคอนที่มีการบูรณาการสูงเป็นหัวใจของโมดูลแบบเสียบได้ เมื่อเปรียบเทียบกับอินเดียมฟอสไฟด์ แพลตฟอร์ม CMOS CMOS สามารถเข้าสู่ระบบออปติกระดับเวเฟอร์ที่ขนาดเวเฟอร์ขนาดใหญ่กว่า 200 มม. และ 300 มม. เครื่องตรวจจับแสงที่มีความยาวคลื่น 1300 นาโนเมตรและ 1500 นาโนเมตร ถูกสร้างขึ้นโดยการเพิ่มเจอร์เมเนียม epitaxy บนแพลตฟอร์มซิลิคอน CMOS มาตรฐาน นอกจากนี้ ส่วนประกอบที่ใช้ซิลิคอนไดออกไซด์และซิลิคอนไนไตรด์ยังสามารถรวมเข้าด้วยกันเพื่อสร้างคอนทราสต์ดัชนีการหักเหของแสงต่ำและส่วนประกอบทางแสงที่ไม่ไวต่ออุณหภูมิ
ในรูปที่ 2 เส้นทางแสงเอาท์พุตของชิปซิลิคอนโฟโตนิกประกอบด้วยโมดูเลเตอร์ Mach Zehnder (MZM) คลื่นเคลื่อนที่หนึ่งคู่ หนึ่งตัวสำหรับแต่ละความยาวคลื่น จากนั้นเอาท์พุตความยาวคลื่นทั้งสองจะรวมกันบนชิปโดยใช้อินเทอร์ลีเวอร์ 2:1 ในตัว ซึ่ง ทำหน้าที่เป็นมัลติเพล็กเซอร์ DWDM MZM ซิลิคอนเดียวกันสามารถใช้ได้ทั้งในรูปแบบการมอดูเลต NRZ และ PAM4 ที่มีสัญญาณไดรฟ์ต่างกัน
เนื่องจากความต้องการแบนด์วิธของเครือข่ายศูนย์ข้อมูลยังคงเพิ่มขึ้น กฎของมัวร์จึงจำเป็นต้องมีความก้าวหน้าในการสลับชิป สิ่งนี้จะทำให้สวิตช์และเราเตอร์แพลตฟอร์มที่ต้องบำรุงรักษาสวิตช์ความเท่าเทียมกันของฐานชิปในขณะที่เพิ่มความจุของแต่ละพอร์ตรุ่นต่อไปสวิตช์ชิปได้รับการออกแบบมาสำหรับแต่ละพอร์ตของโครงการ 400G.A ที่เรียกว่า 400ZR ซึ่งเปิดตัวใน Optical Internet Forum (OIF) เพื่อสร้างมาตรฐานให้กับโมดูล DCI แบบออปติคอลรุ่นต่อไป และสร้างระบบนิเวศทางแสงที่หลากหลายสำหรับซัพพลายเออร์ แนวคิดนี้คล้ายกับ WDM PAM4 แต่ ขยายเพื่อรองรับข้อกำหนด 400-Gbps