DSP ou LPO ? Comprendre les deux voies qui façonnent l’optique haut débit de nouvelle génération

Avec la croissance rapide de l’IA et du calcul haute performance (HPC), les centres de données font face à des exigences croissantes en matière de bande passante et d’efficacité énergétique. Le passage de 400G à 800G, ainsi que l’ère 1.6T à venir, rendent le choix de la bonne technologie de transcepteur particulièrement important. Avec cette tendance, deux approches différentes sont devenues les principaux sujets de discussion : les transcepteurs optiques traditionnels basés sur DSP et la solution LPO (Linear-Driven Pluggable Optical Module) en plein essor.

Cet article explore les principes de fonctionnement du LPO, décrit les principales différences par rapport aux architectures DSP et explique comment sélectionner des solutions d’émetteurs-récepteurs appropriées pour divers environnements de déploiement afin d’obtenir des performances réseau plus efficaces et stables.

Comprendre les modules LPO

Lorsque la vitesse de transmission est faible, chaque module optique consomme généralement 1–3W (10G/25G) ou 5–8W (100G), ce qui représente une petite partie de la consommation électrique totale d’un switch. Mais à mesure que les réseaux sont passés aux niveaux 400G et 800G, la consommation électrique par module a fortement augmenté. Le traditionnel modules 800G utilisant des architectures DSP peuvent atteindre une consommation électrique de crête de 16–18W, tandis que les modules basés sur DSP consomment généralement plus d’énergie à des débits de données plus élevés. Les progrès de la conception DSP ont également permis d’obtenir des modules 400G à plus faible consommation. Dans les centres de données à grande échelle, des vitesses plus élevées signifient une consommation d’énergie accrue et une gestion thermique plus difficile, ce qui augmente les coûts opérationnels et réduit l’efficacité globale des équipements.

Par conséquent, la réduction de la consommation d’énergie des modules demeure un objectif central dans la conception des modules optiques. Dans ce contexte, LPO, une architecture légère éliminant les circuits DSP complexes, offre une nouvelle approche pour équilibrer la bande passante haut débit avec l’efficacité énergétique et le coût.

Les modules optiques enfichables à pilotage linéaire (LPO) représentent une architecture de transcepteur pour les interconnexions à haut débit qui réduit la consommation d’énergie et la latence en éliminant les processeurs de signal numérique (DSP). Contrairement aux approches traditionnelles, les LPO n’effectuent pas de traitement complexe du signal numérique au sein du module lui-même. Ils s’appuient plutôt sur des pilotes laser hautement linéaires et des amplificateurs transimpédance (TIA) pour l’amplification de base du signal, en transférant les tâches de traitement critiques telles que l’égalisation et la récupération d’horloge vers l’ASIC côté commutateur. Cette conception impose des exigences plus élevées en matière de linéarité et d’immunité au bruit des SerDes du commutateur. Les avancées récentes de la technologie des procédés CMOS ont accéléré la maturité des SerDes haute performance, faisant des LPO une solution viable pour répondre aux exigences d’expansion à haut débit des centres de données.

Comparaison des émetteurs-récepteurs basés sur DSP et des émetteurs-récepteurs LPO

Émetteurs-récepteurs à processeur de signal numérique (DSP)

L’architecture DSP constitue depuis longtemps la base dominante des communications optiques à haut débit, permettant aux émetteurs-récepteurs de maintenir un fonctionnement stable dans des environnements de liaison complexes et très bruités. En ajoutant le DSP au module, les émetteurs-récepteurs prennent en charge des tâches numériques clés telles que l’égalisation, la correction d’erreurs directe (FEC) et la récupération d’horloge. Ces tâches aident à compenser les problèmes de connexion, tels que la perte de signal, la diaphonie (interférence entre signaux) et la dispersion (variations de l’intensité et de la synchronisation du signal). Les solutions DSP sont mieux à même de résister et de maintenir la fiabilité lors de transmissions longue distance et en présence de multiples sources d’interférences.

Ces modules optiques équipés de DSP sont largement utilisés dans les réseaux métropolitains, de dorsale et d’interconnexion de centres de données, où la distance et l’interopérabilité sont réellement importantes. Ils représentent également la principale voie technologique pour les déploiements 400G et les premiers modules 800G. Cependant, cette chaîne complète de traitement du signal entraîne un coût important : la consommation d’énergie du DSP augmente régulièrement à mesure que les débits de données augmentent. Dans les conceptions visant la génération 1.6T, cette caractéristique accentue encore la consommation d’énergie et les contraintes de gestion thermique au sein des centres de données.

Émetteurs-récepteurs optiques enfichables linéaires (LPO)

Émetteurs-récepteurs LPO diffèrent des modules optiques basés sur DSP car ils effectuent moins de traitement numérique interne. Leur conception est plus simple, car ils n’ont pas besoin d’un processeur de signal numérique. Ce changement significatif apporte au module des avantages clés en matière d’efficacité énergétique et de latence réduite. Les modules LPO utilisent des composants analogiques hautement linéaires, de sorte que la tâche critique du conditionnement complexe du signal est transférée au sérialiseur/désérialiseur (SerDes) au sein du commutateur hôte.

Cette conception fait des modules optiques enfichables linéaires (LPO) un excellent choix pour les applications à courte portée et à large bande passante dans les clusters d’IA et les environnements de calcul haute performance. Dans ces environnements, il est essentiel de maintenir une faible latence et une faible consommation d’énergie. En ce qui concerne le coût, les émetteurs-récepteurs LPO peuvent coûter plus cher au départ que les modules basés sur DSP. Cependant, ils consomment moins d’énergie et nécessitent moins de gestion thermique, ce qui réduit leur coût à long terme. Cela signifie qu’ils coûteront moins cher au fil du temps lorsqu’ils seront utilisés à grande échelle. Cela en fait un excellent choix pour concilier performances techniques et objectifs de durabilité.

Mais l’architecture à commande linéaire présente certaines limitations. Sans la chaîne complète de récupération et de compensation du signal fournie par les DSP, les émetteurs-récepteurs LPO ont généralement une distance de transmission effective inférieure à 500 mètres sur des fibres multimodes standard, même si cela peut varier selon les performances du SerDes hôte et la qualité de la fibre. De plus, ces modules nécessitent côté hôte un SerDes doté d’une linéarité et d’une immunité au bruit suffisantes pour fonctionner correctement. Les modules LPO sont plus sensibles à la compatibilité que les émetteurs-récepteurs standard basés sur DSP. Ils doivent souvent être associés à des modèles de commutateurs spécifiques pour bien fonctionner. Il reste donc important de s’assurer que votre appareil hôte est compatible avant le déploiement.

Quand faut-il choisir des émetteurs-récepteurs basés sur DSP ?

Lorsque vous recherchez des performances optimales, des liaisons solides et une solution compatible avec une large gamme d’équipements, les émetteurs-récepteurs équipés de DSP sont l’option privilégiée.

Voici les exigences universelles en matière de liaison : les émetteurs-récepteurs DSP offrent de bonnes performances dans diverses conditions, qu’il s’agisse de connexions courte distance au sein des centres de données ou de liaisons longue distance dans les zones métropolitaines. Ces modèles sont parfaits pour les situations qui nécessitent un traitement du signal de premier ordre et une grande fiabilité.

Environnements multifournisseurs : l'architecture DSP est standard dans l'industrie. Lorsque vous travaillez avec des switchs ou des routeurs de différents fournisseurs, une forte interopérabilité peut réduire considérablement les risques et les coûts de déploiement.

Conditions de liaison complexes ou dégradées : dans les environnements présentant un bruit élevé ou des connexions complexes, le DSP peut maintenir un signal fort grâce aux technologies d’égalisation, de correction et de récupération d’horloge. Cela les rend parfaitement adaptés à la transmission multi-sauts ou aux systèmes de fibre vieillissants.

Lorsque la fiabilité est l’objectif principal : pour les réseaux où un fonctionnement stable est un indicateur clé, tels que les réseaux d’opérateurs ou les systèmes critiques, une architecture DSP mature et robuste offre une sécurité et une prévisibilité renforcées.

Quand faut-il choisir des émetteurs-récepteurs basés sur LPO ?

Les modules optiques enfichables à pilotage linéaire (LPO) sont mieux adaptés aux scénarios où la consommation d’énergie est une préoccupation et où des connexions efficaces sont nécessaires avec des ressources limitées :

Pour les liaisons vers des centres de données à haute efficacité, les modules LPO consomment peu d’énergie et présentent une faible latence, ce qui les rend utiles dans les conceptions à haute densité alors que les besoins en bande passante continuent de croître. Ils constituent la solution idéale pour les centres de données qui souhaitent économiser de l’énergie.

Dans les environnements de déploiement soumis à des contraintes d’alimentation et de dissipation thermique, tels que les centres de données périphériques à espace limité et les scénarios de colocation avec une redondance d’alimentation limitée, les modules LPO réduisent considérablement les charges de dissipation thermique et de distribution électrique des équipements, permettant un câblage à plus haute densité.

Exigences de construction écologique et écoénergétique : Dans les déploiements à grande échelle, les LPO réduisent efficacement la consommation globale d’énergie et la production de chaleur, contribuant à optimiser l’efficacité de l’utilisation de l’énergie (PUE) et à réduire les coûts d’exploitation. Leurs caractéristiques d’économie d’énergie sont également étroitement alignées sur les exigences actuelles des centres de données en matière de durabilité et d’exploitation écologique.

Des liaisons pérennes à faible consommation d'énergie : à mesure que les réseaux évoluent vers 800G et 1.6T, la faible consommation d'énergie, la haute linéarité et la conception compacte de LPO le rendent bien adapté aux technologies d'interconnexion haut débit de nouvelle génération. C'est un choix clé pour les futures conceptions haut débit et basse consommation, car il équilibre la qualité du signal et l'efficacité énergétique.

Conclusion

À mesure que les centres de données progressent vers le 400G, le 800G et la future ère du 1.6T, les émetteurs-récepteurs optiques basés sur DSP et les émetteurs-récepteurs LPO continueront de jouer des rôles essentiels dans leurs domaines respectifs. Les solutions DSP restent les meilleures pour les liaisons longue distance et complexes, ainsi que pour les environnements avec des produits de différents fournisseurs, tandis que le LPO présente des avantages évidents dans les applications d’IA et de HPC à courte distance, car il consomme peu d’énergie et offre une faible latence. Le choix doit reposer sur une évaluation équilibrée de l’architecture réseau spécifique, des scénarios de déploiement et du coût global.

QSFPTEK propose désormais une gamme complète de transceivers optiques basés sur DSP, capables de prendre en charge des débits allant jusqu’à 200G, 400G, 800G et 1.6T. Ces transceivers sont compatibles avec les réseaux Ethernet et InfiniBand. De plus, les modules 800G LPO de QSFPTEK ont été testés par des professionnels et ont démontré qu’ils pouvaient fonctionner de manière fiable sur leur propre plateforme de commutation LPO, ce qui témoigne de leur excellente fiabilité et de leur efficacité énergétique. Choisir QSFPTEK permet de bénéficier de solutions d’interconnexion durables et de haute qualité, qui équilibrent les besoins actuels de mise à niveau avec les exigences d’évolutivité future.