Zapakirana optika i optika koja se može priključiti rješavaju isti osnovni problem na različitim mjestima. Priključna optika zadržava optički modul na prednjoj ploči prekidača, čuvajući poznati servisni model koji se može zamijeniti bez prekida rada. CPO pomiče optički motor mnogo bliže ASIC-u preklopnika, smanjujući električni put velike brzine koji postaje sve teže učinkovito voziti kako SerDes stope rastu.
Za AI i HPC mreže ta razlika utječe više od snage sklopke. Mijenja se gdje vlakna ulaze u sustav, kako se upravlja gustoćom prednje ploče, što se može zamijeniti na terenu i kako operateri razmišljaju o čišćenju, proračunima gubitaka, rezervnim dijelovima i održavanju. CPO može poboljšati gustoću propusnosti i smanjiti gubitke u međusobnom električnom povezivanju, ali ne uklanja optičke kablove niti automatski čini zastarjelom priključnu optiku.
CPO vs Pluggable Optics: Razlika u arhitekturi
Najlakši način za usporedbu ovih arhitektura je postaviti jedno pitanje: gdje se događa električna u optička pretvorba u odnosu na glavni ASIC?
Tradicionalna priključna optika temeljena na DSP-u
U konvencionalnom dizajnu koji se može priključiti, ASIC prekidača šalje električne signale velike brzine preko tiskane ploče do uklonjivog modula na prednjoj ploči. Modul sadrži optički odašiljač i prijamnik zajedno s elektronikom potrebnom za oporavak i kondicioniranje električnog signala.
Ova arhitektura ostaje operativno atraktivna jer je modul čista jedinica koja se može zamijeniti u polju. Pokvarena optika se obično može ukloniti bez zamjene prekidača ili linijske kartice. Za mnoge aplikacije za međusobno povezivanje poduzeća, oblaka i podatkovnih centara ovaj je model usluge još uvijek jedan od najjačih razloga za korištenjepriključni optički primopredajnici.
Linearna priključna optika
Linearna priključna optika zadržava optički modul na prednjoj ploči, ali smanjuje ili uklanja neke funkcije obrade signala unutar modula. Cilj je smanjiti snagu modula uz očuvanje poznatog oblika koji se može priključiti.
Ovo je važna razlika: LPO nije CPO. LPO mijenja način na koji modul prednje ploče obrađuje kondicioniranje električnog signala; CPO mijenja fizički odnos između optičkog motora i glavnog ASIC-a.
Near-Package Optika
Optika blizu paketa pomiče optički motor dalje od prednje ploče i bliže glavnom ASIC-u, skraćujući električni put bez potpune integracije optike u isti paket kao i silikonski prekidač. U smislu integracije nalazi se između tradicionalnih priključaka i potpunog zajedničkog pakiranja.
Zapakirana optika
CPO smješta optičke motore unutar istog okruženja paketa kao, ili u neposrednoj blizini, ASIC-a prekidača. Broadcom opisuje svoju CPO platformu kao heterogenu integraciju optike i silicija na pakiranoj podlozi, s ciljem smanjenja gubitka putanje i snage povezane s dugim brzim električnim interkonekcijama. Njegova strujaPregled CPO platformetakođer pokazuje da se CPO može implementirati kao dio mrežnih sustava za povećanje i povećanje.
Arhitektura stoga nije definirana jednim univerzalnim mehaničkim rasporedom. Različiti dobavljači mogu koristiti različite strategije pakiranja, pričvršćivanja vlakana, laserskog izvora i konektora, a da pritom slijede isto osnovno načelo: pomaknite optiku bliže preklopnom siliciju tako da manje signala najveće brzine mora prolaziti kroz PCB električnim putem.
Zašto AI mreže guraju optiku bliže ASIC-u
Kako stope traka rastu, PCB kanali postaju sve teži za vožnju. Skin efekt, dielektrični gubitak, preslušavanje, gubitak paketa i zahtjevi za izjednačavanjem povećavaju cijenu i snagu potrebnu za prijenos električnih signala između ASIC-a i modula prednje ploče.
Taj je problem važniji u klasterima umjetne inteligencije jer preklopnici velikog radiksa skupljaju ogromnu propusnost u ograničeno područje šasije. U isto vrijeme, mreža dijeli isto napajanje i rashladnu ovojnicu kao GPU i drugi računalni hardver.
CPO to rješava skraćivanjem električnog puta i premještanjem većeg dijela interkonekcije velike brzine u optičku domenu. Broadcomov trenutni portfelj CPO prekidača uključuje sustave temeljene na 200G-SerDes, dok NVIDIA-in trenutnisilicijska fotonička mrežna platformatakođer koristi optiku u paketu s 200G SerDes za AI-scale Ethernet i InfiniBand sustave.
Te implementacije dobavljača pokazuju zašto CPO dobiva pozornost, ali njihova objavljena povećanja snage ili pouzdanosti ne bi se trebala tretirati kao fiksne vrijednosti za svaku arhitekturu. Granice sustava, pretpostavke hlađenja, postavljanje lasera, doseg, dizajn sklopke i prometni model mogu promijeniti usporedbu.
CPO u odnosu na priključnu optiku: Što se zapravo mijenja?
| Područje dizajna | Zapakirana optika | Priključna optika |
|---|---|---|
| Položaj optike | Integriran ili postavljen vrlo blizu ASIC-a prekidača | Odvojivi modul na prednjoj ploči |
| Električni put velike brzine | Kraći | Duži PCB put od ASIC-a do prednje ploče |
| Gustoća propusnosti | Može pomaknuti više optičkih ulaza/izlaza bliže rubu paketa | Ograničeno kavezima prednje ploče i korakom modula |
| Strategija moći | Smanjuje ovisnost o dugim električnim kanalima i povezanom kondicioniranju signala | Ovisi o modulu DSP, retimerima, kvaliteti glavnog kanala i dosegu |
| Toplinski dizajn | Pomiče veću toplinsku složenost prema dizajnu paketa i sustava za hlađenje | Toplina se distribuira preko zamjenjivih modula prednje ploče |
| Zamjenjivost na terenu | Ovisi o optičkom motoru, konektoru i arhitekturi vanjskog lasera | Pojedinačni primopredajnici obično se mogu zamijeniti na radnom mjestu |
| Ulazna točka vlakana | Vlakna moraju doprijeti do optičkih motora unutar ili blizu paketa | Vlakna završavaju na modulima prednje ploče |
| Najbolje danas | AI/HPC sustavi vrlo velike propusnosti gdje snaga i gustoća opravdavaju čvršću integraciju | Širok raspon aplikacija za poduzeća, oblak, DCI, pohranu i skaliranje AI aplikacija |
Eliminira li CPO optičke kablove?
Ne. CPO se mijenja tamo gdje se događa pretvorba električnog u optički; ne uklanja optički put između sustava.
Fiber i dalje mora povezivati priključke sklopke, police, klastere, polja za krpanje i druge mrežne krajnje točke. U CPO platformi, problem kabliranja zapravo može postati osjetljiviji jer će vlakna možda morati ući u šasiju i doći do optičkih motora koji se nalaze mnogo bliže paketu prekidača.
To čini dizajn odsklopovi optičkih kabela, staze usmjeravanja, sučelja konektora, servisne petlje, pristup za čišćenje i kontrola savijanja dio je dizajna CPO sustava, a ne zasebna naknadna misao.
Interno usmjeravanje vlakana postaje sve važnije
U sustavu koji se može priključiti, većina pristupa uslugama odvija se na prednjoj ploči. Kod CPO-a, neki se putevi vlakana mogu protezati dublje u kućište. Stvarno usmjeravanje ovisi o platformi, ali inženjerska pitanja su dosljedna:
- Može li unutarnji put vlakana zadržati minimalni radijus savijanja određen za sklop kabela?
- Mogu li tehničari doći do ispravnih spojnih točaka bez ometanja susjednih vlakana?
- Izbjegava li ruta ventilatore, hladne ploče, oštre rubove i pokretnu opremu?
- Može li šasija održati organizaciju vlakana kako se broj priključaka povećava?
Ova su pitanja važna jer su arhitektura konektora i kabela sada bliže povezani s mehaničkim dizajnom sklopke.
Gustoća konektora pomiče se prema gore na popisu prioriteta
CPO sustavi s velikim radiksom trebaju veliku količinu optičkih I/O u ograničenom području prednje ploče. To stvara potražnju za kompaktnim konektorskim sustavima s više vlakana i vrlo malog oblika, ali ne postoji niti jedan konektor koji definira sve CPO implementacije.
Ovisno o platformi, vanjsko postrojenje vlakana može koristiti konvencionalna dvostruka sučelja, konektore s više vlakana, odvojive sklopove vlakana ili novije formate konektora visoke gustoće. PostojećiMPO/MTP sklopovi kabelaostaju relevantni tamo gdje sklopka ili dizajn strukturnog kabliranja koristi paralelna sučelja ili sučelja s velikim brojem vlakana, ali ne treba ih smatrati konektorom za svaki CPO sustav.
Gubitak umetanja i refleksija i dalje su važni
Svaki konektor, adapter, spojnica, kazeta i unutarnje optičko sučelje troši dio proračuna veze. Premještanje optičkog motora bliže ASIC-u ne uklanja te pasivne gubitke.
Za dizajne CPO-a, inženjeri moraju uzeti u obzir kompletan optički put od optičkog motora preko internog vlakna, sučelja šasije, strukturnog kabliranja i udaljenog prijemnika. Ako je višestrukokonektori za optička vlaknai ako su adapteri prisutni, njihove specificirane performanse unesenog gubitka i povratnog gubitka trebale bi biti uključene u izračun kanala, a ne zamijenjene jednim generičkim dopuštenjem za konektor.
Adapteri i Blind-Mate sučelja trebaju servisni pristup
CPO platforme mogu koristiti odvojiva ili blind-mate optička sučelja kako bi gusto unutarnje vlakno bilo praktično. Ova sučelja mogu poboljšati montažu i mogućnost servisiranja, ali također čine poravnanje, kontrolu kontaminacije i mehanički pristup važnim čimbenicima dizajna.
Ako kućište koristi uklonjiva optička sučelja, sustav uparivanja treba ocijeniti zajedno s vanjskimadapteri za optička vlaknai arhitektura krpanja tako da održavanje ne ovisi o nedostupnim točkama povezivanja.
Vanjski laserski izvori Promijenite model usluge
Jedan od najvažnijih izbora dizajna CPO-a je mjesto gdje se nalazi laser. OIF-aOkvir zajedničkog pakiranjanapominje da silicij-fotonički optički motori mogu koristiti integrirane ili vanjske laserske izvore. S vanjskim laserskim izvorom, laser se može smjestiti u zamjenjivi modul prednje ploče dok se svjetlo kontinuiranog vala isporučuje dodatnom optičkom motoru.
Ovo je važno jer laser više nije automatski povezan s istom jedinicom koja se može zamijeniti na terenu kao ASIC sklopke. OIF posebno identificira poboljšanu mogućnost servisiranja i toplinsko odvajanje kao potencijalne prednosti vanjskih laserskih arhitektura, dok također napominje dodatni optički gubitak koji uvodi put laserske isporuke.
Neki CPO sustavi stoga koristekomponente vlakana koje održavaju polarizacijuili druge kontrolirane optičke staze za isporuku svjetlosti iz vanjskog laserskog izvora u paket. Točan zahtjev ovisi o optičkom motoru i arhitekturi lasera, a ne o CPO kao kategoriji.
Mogućnost servisiranja: CPO mijenja domenu kvara
Priključna optika ima jednostavnu operativnu prednost: primopredajnik je mala, standardizirana jedinica zamjenjiva na terenu. Ako modul pokvari, tehničari mogu normalno zamijeniti taj modul bez ometanja ostatka prekidača.
CPO mijenja taj model, ali to ne znači uvijek da se mora zamijeniti cijela šasija. Granica usluge ovisi o platformi.
NVIDIA, na primjer, postavlja lasere u dostupne vanjske module izvora lasera i koristi odvojiva sučelja s vlaknima u svojim silicij-fotoničkim prekidačima. Broadcom također koristi priključne laserske izvore u trenutnim CPO sustavima. Ovi su dizajni pokušaji da se komponente s velikim brojem kvarova ili servisno osjetljive komponente zadrže zamjenjivima iako je sam optički motor mnogo čvršće integriran sa sklopnim silicijem.
Praktično pitanje za operatere stoga nije jednostavno "Može li se CPO servisirati?" to je:
- Koje su optičke komponente zamjenjive na terenu?
- Mogu li se vanjski laseri samostalno zamijeniti?
- Mogu li se sklopovi vlakana odvojiti bez uklanjanja linijske kartice?
- Što se događa ako unutarnji optički motor zakaže?
- Koju strategiju rezervnih jedinica zahtijeva platforma?
CPO može povećati ovisnost o platformi
Standardni ekosustav koji se može priključiti daje operaterima široku slobodu u nabavi kompatibilnih modula odvojeno od platforme prekidača. CPO čvršće integrira optiku sa silikonskim i mehaničkim sustavom, tako da model nabave može postati specifičniji za platformu.
To ne znači da svaki CPO dizajn stvara istu razinu ovisnosti o dobavljaču. Interoperabilni vanjski laserski izvori, standardizirana sučelja za upravljanje, odvojivi optički konektori i uobičajena optička sučelja mogu smanjiti tu ovisnost. TheOIF CMIS 5.3 specifikacija, na primjer, uključuje odredbe nadzora za CPO podsustave i vanjske laserske ulaze.
Za timove za nabavu relevantna pitanja su podrška u životnom ciklusu, dostupnost rezervnih jedinica, kompatibilnost konektora, podrška za praćenje i mogu li se optičke komponente nabaviti ili servisirati neovisno o platformi preklopnika.
Tko bi sada trebao brinuti o CPO-u?
Hyperscale AI i HPC mreže
CPO zaslužuje hitnu pažnju arhitekture jer radix sklopke, SerDes klase 200G, gustoća snage i veličina klastera čine arhitekturu koja se može priključiti na prednjoj ploči teškom za skaliranje. Broadcom već nudi CPO switch platforme, a NVIDIA je najavila Spectrum-X i Quantum-X sustave temeljene na CPO-u, tako da ovo više nije samo laboratorijski koncept.
Za ove implementacije, mrežni arhitekti bi trebali procijeniti CPO u isto vrijeme kao i hlađenje prekidača, rute strukturiranih vlakana, gustoću konektora, pristup vanjskim laserskim uslugama i postupke održavanja na razini stalka.
Postojeći podatkovni centri 400G i 800G
Većina postojećih poslovnih mreža i mreža u oblaku ne treba redizajnirati oko CPO-a samo zato što tehnologija postoji. Priključna optika ostaje zrela, laka za zamjenu, široko interoperabilna i dobro razumljiva operativnim timovima.
Za ova okruženja, CPO je bolje tretirati kao razmatranje plana. Timovi se mogu pripremiti poboljšanjem gustoće vlakana, dokumentiranjem proračuna gubitaka umetanja, standardiziranjem visokokvalitetnog krpanja i izbjegavanjem izbora kablova koji nepotrebno otežavaju buduće promjene na razini šasije.
CPO u odnosu na priključnu optiku: Kontrolni popis za praktičnu odluku
- Gustoća propusnosti:Ograničava li gustoća modula na prednjoj ploči dizajn sklopke?
- Vlast:Je li napajanje električnog kanala i priključnog modula materijalno ograničeno na ljestvicu stalka?
- Hlađenje:Može li platforma podržati toplinski dizajn koji zahtijeva čvrsto integrirana optika?
- Mogućnost servisiranja:Koje optičke komponente ostaju zamjenjive na terenu?
- Usmjeravanje vlakana:Može li šasija podržavati gusta unutarnja vlakna bez kršenja zahtjeva za savijanje, pristup ili čišćenje?
- Arhitektura konektora:Jesu li vanjska i unutarnja optička sučelja definirana i podržana?
- Proračun veze:Jesu li uključeni svi unutarnji i vanjski optički gubici?
- Životni ciklus:Je li model platforme rezervni, popravak i podrška dobavljača prihvatljiv?
Final Takeaway
CPO i priključnu optiku ne treba tretirati kao jednostavan izbor stare protiv nove tehnologije. Priključna optika zadržava optički modul na prednjoj ploči i čuva zreli servisni model koji se može mijenjati bez prekida rada. CPO skraćuje električni put najveće brzine integracijom optike mnogo bliže s ASIC-om prekidača, poboljšavajući mogućnosti skaliranja za sustave vrlo velike propusnosti.
Kompromis je čvršća veza između preklopnog silicija, optičkih motora, hlađenja, konektora i postrojenja za vlakna. Za podatkovne centre umjetne inteligencije ključno pitanje stoga nije eliminira li CPO optičko kabliranje. To je način na koji se arhitektura optičkog kabliranja mora promijeniti kada se optička pretvorba pomakne s uklonjivog modula prednje ploče na samu platformu preklopnika.
