Như chúng ta đã biết, ngành công nghệ đã đạt được nhiều thành tựu phi thường trong năm 2018 và sẽ có nhiều khả năng khác nhau trong năm 2019, điều đã được chờ đợi từ lâu. Giám đốc công nghệ của Inphi, Tiến sĩ Radha Nagarajan, tin rằng kết nối trung tâm dữ liệu tốc độ cao (DCI), một trong những phân khúc của ngành công nghệ, cũng sẽ thay đổi vào năm 2019. Dưới đây là ba điều ông kỳ vọng sẽ xảy ra ở trung tâm dữ liệu trong năm nay.
1.Sự phân rã về mặt địa lý của các trung tâm dữ liệu sẽ trở nên phổ biến hơn
Việc sử dụng trung tâm dữ liệu đòi hỏi nhiều sự hỗ trợ về không gian vật lý, bao gồm cả cơ sở hạ tầng như nguồn điện và làm mát. Việc phân tách địa lý của trung tâm dữ liệu sẽ trở nên phổ biến hơn khi việc xây dựng các trung tâm dữ liệu lớn, liên tục, lớn ngày càng trở nên khó khăn hơn. Phân tách là chìa khóa trong đô thị khu vực có giá đất cao. Kết nối băng thông lớn là rất quan trọng để kết nối các trung tâm dữ liệu này.
Khuôn viên DCI：Các trung tâm dữ liệu này thường được kết nối với nhau, ví dụ như trong môi trường khuôn viên trường. Khoảng cách thường được giới hạn trong khoảng từ 2 đến 5 km. Tùy thuộc vào tính sẵn có của sợi quang, cũng có sự chồng chéo của các liên kết CWDM và DWDM ở những khoảng cách này.
DCI-Cạnh：Loại kết nối này có phạm vi từ 2 km đến 120 km. Các liên kết này chủ yếu được kết nối với các trung tâm dữ liệu phân tán trong khu vực và thường chịu các hạn chế về độ trễ. Các tùy chọn công nghệ quang DCI bao gồm phát hiện trực tiếp và kết hợp, cả hai đều được triển khai bằng DWDM định dạng truyền trong băng tần C cáp quang (cửa sổ 192 THz đến 196 THz). Định dạng điều chế phát hiện trực tiếp được điều chế biên độ, có sơ đồ phát hiện đơn giản hơn, tiêu thụ điện năng thấp hơn, chi phí thấp hơn và yêu cầu bù tán sắc bên ngoài trong hầu hết các trường hợp. Điều chế biên độ xung 4 cấp, 100 Gbps (PAM4), định dạng phát hiện trực tiếp là phương pháp tiết kiệm chi phí cho các ứng dụng DCI-Edge. Định dạng điều chế PAM4 có công suất gấp đôi định dạng không trở về 0 (NRZ) truyền thống Định dạng điều chế. Đối với thế hệ tiếp theo của hệ thống DCI 400-Gbps (mỗi bước sóng), định dạng kết hợp 60-Gbaud, 16-QAM là đối thủ cạnh tranh hàng đầu.
DCI-Metro/Đường dài：Loại cáp quang này vượt xa DCI-Edge, với kết nối mặt đất lên tới 3.000 km và đáy biển dài hơn. Định dạng điều chế mạch lạc được sử dụng cho loại này và loại điều chế có thể khác nhau đối với các khoảng cách khác nhau. Định dạng điều chế mạch lạc cũng được điều chế biên độ và pha, yêu cầu laser dao động cục bộ để phát hiện, yêu cầu xử lý tín hiệu số phức tạp, tiêu thụ nhiều năng lượng hơn, có phạm vi dài hơn và đắt hơn so với các phương pháp phát hiện trực tiếp hoặc NRZ.
2.Trung tâm dữ liệu sẽ tiếp tục phát triển
Các kết nối băng thông lớn rất quan trọng để kết nối các trung tâm dữ liệu này. Với suy nghĩ này, các trung tâm dữ liệu DCI-Campus, DCI-Edge và DCI-Metro/Long Haul sẽ tiếp tục phát triển. Trong vài năm qua, lĩnh vực DCI đã trở thành trọng tâm được các nhà cung cấp hệ thống DWDM truyền thống chú ý. Yêu cầu về băng thông ngày càng tăng của các nhà cung cấp dịch vụ đám mây (CSP) cung cấp phần mềm dưới dạng dịch vụ (SaaS), nền tảng dưới dạng dịch vụ (PaaS) và cơ sở hạ tầng dưới dạng dịch vụ Các khả năng (IaaS) đang thúc đẩy các hệ thống quang học khác nhau kết nối mạng trung tâm dữ liệu CSPcông tắcVàbộ định tuyến.Ngày nay, ứng dụng này cần chạy ở tốc độ 100 Gbps. Bên trong trung tâm dữ liệu, có thể sử dụng cáp đồng (DAC) gắn trực tiếp, cáp quang chủ động (AOC) hoặc cáp quang 100G “xám”. Để kết nối với các cơ sở trung tâm dữ liệu (ứng dụng khuôn viên trường hoặc biên/metro), tùy chọn duy nhất có chỉ mới có gần đây một cách tiếp cận dựa trên bộ lặp dựa trên mạch lạc, đầy đủ tính năng nhưng chưa tối ưu.
Với quá trình chuyển đổi sang hệ sinh thái 100G, kiến trúc mạng trung tâm dữ liệu đã phát triển từ mô hình trung tâm dữ liệu truyền thống hơn. Tất cả các cơ sở trung tâm dữ liệu này đều được đặt tại một cơ sở lớn duy nhất“trung tâm dữ liệu lớn”campus.Hầu hết các CSP đã được hợp nhất với kiến trúc khu vực phân tán để đạt được quy mô cần thiết và cung cấp các dịch vụ đám mây có tính sẵn sàng cao.
Các khu vực trung tâm dữ liệu thường được đặt gần các khu vực đô thị có mật độ dân số cao để cung cấp dịch vụ tốt nhất (với độ trễ và tính khả dụng) cho khách hàng cuối gần các khu vực này nhất. Kiến trúc khu vực hơi khác nhau giữa các CSP, nhưng bao gồm các “cổng” khu vực dự phòng hoặc “trung tâm”. Những “cổng” hoặc “trung tâm” này được kết nối với đường trục mạng diện rộng (WAN) của CSP (và các vị trí biên có thể được sử dụng cho mạng ngang hàng, vận chuyển nội dung cục bộ hoặc vận chuyển tàu ngầm).Những “ cổng” hoặc “trung tâm” được kết nối với đường trục mạng diện rộng (WAN) của CSP (và các vị trí biên có thể được sử dụng cho mạng ngang hàng, vận chuyển nội dung cục bộ hoặc vận chuyển tàu ngầm). Vì khu vực này cần được mở rộng nên nó dễ dàng mua sắm các cơ sở bổ sung và kết nối chúng với cửa ngõ khu vực. Điều này cho phép mở rộng và tăng trưởng khu vực nhanh chóng so với chi phí xây dựng một trung tâm dữ liệu lớn mới tương đối cao và thời gian xây dựng dài hơn, cùng với lợi ích bổ sung là giới thiệu các khái niệm về các khu vực sẵn có (AZ) khác nhau trong một khu vực nhất định.
Quá trình chuyển đổi từ kiến trúc trung tâm dữ liệu lớn sang một vùng đưa ra các ràng buộc bổ sung phải được xem xét khi chọn vị trí cổng và cơ sở trung tâm dữ liệu. Ví dụ: để đảm bảo trải nghiệm khách hàng giống nhau (từ góc độ độ trễ), khoảng cách tối đa giữa hai dữ liệu bất kỳ các trung tâm (thông qua cổng công cộng) phải được giới hạn. Một vấn đề cần cân nhắc khác là hệ thống quang xám quá kém hiệu quả để kết nối các tòa nhà trung tâm dữ liệu khác biệt về mặt vật lý trong cùng một khu vực địa lý. Với những yếu tố này, nền tảng mạch lạc ngày nay không phù hợp với các ứng dụng DCI.
Định dạng điều chế PAM4 cung cấp mức tiêu thụ điện năng thấp, dấu chân thấp và các tùy chọn phát hiện trực tiếp. Bằng cách sử dụng quang tử silicon, bộ thu phát sóng mang kép với Mạch tích hợp dành riêng cho ứng dụng PAM4 (ASIC) đã được phát triển, tích hợp bộ xử lý tín hiệu số tích hợp (DSP) và sửa lỗi chuyển tiếp (FEC). Và đóng gói nó vào hệ số dạng QSFP28. Kết quảcông tắcmô-đun có thể cắm có thể thực hiện truyền DWDM qua liên kết DCI điển hình, với 4 Tbps trên mỗi cặp sợi quang và 4,5 W trên 100G.
3.Quang tử silicon và CMOS sẽ trở thành cốt lõi của việc phát triển mô-đun quang học
Sự kết hợp giữa quang tử silicon cho quang học tích hợp cao và chất bán dẫn oxit kim loại bổ sung silicon (CMOS) tốc độ cao để xử lý tín hiệu sẽ đóng một vai trò trong sự phát triển của các mô-đun quang học có thể chuyển đổi, năng lượng thấp, chi phí thấp.
Chip quang tử silicon tích hợp cao là trái tim của mô-đun có thể cắm được. So với indium phosphide, nền tảng silicon CMOS có thể đi vào quang học cấp tấm bán dẫn ở kích thước tấm bán dẫn lớn hơn 200 mm và 300 mm. Bộ tách sóng quang có bước sóng 1300 nm và 1500 nm được chế tạo bằng cách thêm epitaxy germanium trên nền tảng silicon CMOS tiêu chuẩn. Ngoài ra, các thành phần dựa trên silicon dioxide và silicon nitride có thể được tích hợp để chế tạo các thành phần quang học không nhạy cảm với nhiệt độ và độ tương phản chiết suất thấp.
Trong Hình 2, đường dẫn quang đầu ra của chip quang tử silicon chứa một cặp bộ điều chế Mach Zehnder sóng truyền (MZM), một bộ điều biến cho mỗi bước sóng. Sau đó, hai đầu ra bước sóng được kết hợp trên một chip sử dụng bộ xen kẽ 2:1 tích hợp. hoạt động như một bộ ghép kênh DWDM. Cùng một MZM silicon có thể được sử dụng ở cả hai định dạng điều chế NRZ và PAM4 với các tín hiệu ổ đĩa khác nhau.
Khi yêu cầu về băng thông của mạng trung tâm dữ liệu tiếp tục tăng lên, Định luật Moore đòi hỏi những tiến bộ trong việc chuyển mạch chip. Điều này sẽ cho phépcông tắcVàbộ định tuyếnnền tảng để duy trìcông tắctính tương đương của đế chip đồng thời tăng công suất của mỗi cổng. Thế hệ tiếp theocông tắcchip được thiết kế cho từng cổng của dự án 400G.A có tên 400ZR đã được ra mắt tại Diễn đàn Internet Quang học (OIF) nhằm chuẩn hóa các mô-đun DCI quang thế hệ tiếp theo và tạo ra một hệ sinh thái quang học đa dạng cho các nhà cung cấp. Khái niệm này tương tự như WDM PAM4, nhưng mở rộng để hỗ trợ các yêu cầu 400 Gbps.