Comment le LPO transforme-t-il les émetteurs-récepteurs 800G ?

Face aux défis croissants en matière d’alimentation dans la connectivité des émetteurs-récepteurs 800G, existe-t-il une solution qui réduise la consommation d’énergie et les coûts sans compromettre la flexibilité ? Linear Pluggable Optics (LPO) offre exactement cela. Cet article explore la manière dont LPO transforme les modules optiques 800G et examine les rôles évolutifs de CPO et de LPO dans la définition de l’avenir des réseaux de centres de données.

Quels défis les modules 800G traditionnels rencontrent-ils ?

La mise à niveau de la technologie de communication optique n’est pas une simple augmentation de la vitesse, mais un compromis entre la consommation d’énergie et les performances. Lorsque le débit du réseau passe de 1G à 800G, la complexité du traitement du signal augmente de manière exponentielle, ce qui entraîne une consommation d’énergie plus élevée, des coûts plus élevés et des exigences de dissipation thermique plus strictes.

Les modules optiques, ce composant essentiel, déterminent presque entièrement la consommation d’énergie et les performances de l’ensemble de la liaison du centre de données. Les premiers modules optiques 10G ne consommaient qu’environ 1W, tandis que les modules 800G actuels consomment près de 30W. Un commutateur nécessite souvent des dizaines de modules optiques pour fonctionner ensemble, et la consommation électrique globale peut facilement dépasser le kilowatt, les modules optiques représentant généralement plus de 40% de la consommation totale d’énergie. Cela signifie que chaque augmentation du débit de données pousse les centres de données vers un seuil de consommation énergétique plus élevé.

Par conséquent, dans la tendance visant à rechercher une meilleure efficacité énergétique, des coûts plus faibles et une conception de système plus simple, l’industrie a exploré une solution plus légère : la technologie LPO.

Présentation des émetteurs-récepteurs LPO

Qu’est-ce que la technologie de boîtier LPO ?

Un module LPO, ou module optique enfichable linéaire, est un type de module optique pour centres de données qui réduit la consommation d’énergie et la latence en supprimant le DSP ou le CDR. Au lieu du DSP complexe, les modules LPO utilisent des amplificateurs à transimpédance (TIA) et des pilotes à haute linéarité au sein du module lui-même et s’appuient sur les capacités d’égalisation intégrées à l’ASIC de l’équipement réseau hôte. Cela fait des modules LPO une solution économique et écoénergétique, particulièrement pour les connexions à courte distance au sein d’un centre de données.

Qu’est-ce que le DSP ?

Un DSP (Digital Signal Processor) est une puce spécialisée dans le calcul de signaux numériques à haut débit, chargée de tâches telles que l’égalisation du signal, l’amplification et la correction d’erreurs. Dans les modules optiques traditionnels à haut débit, le DSP compense efficacement l’atténuation du signal lors des transmissions longue distance, mais au prix d’une consommation d’énergie plus élevée et d’un coût global supérieur.

Remarque : tous les modules optiques traditionnels n’utilisent pas de DSP. Cependant, dans les modules haut débit, les DSP sont généralement nécessaires pour garantir des exigences élevées en matière de signal.

Qu’est-ce que le CDR ?

CDR (Clock and Data Recovery) est une technologie de circuit utilisée pour restaurer et resynchroniser les signaux. Dans certains modules optiques à faible débit, le CDR est couramment utilisé pour stabiliser la transmission du signal, mais dans les modules à haut débit, il est généralement intégré au DSP. Dans l’architecture LPO, cette fonction est également supprimée, ce qui se traduit par une conception de module optique plus simple et plus rationalisée.

Modules émetteurs-récepteurs LPO vs modules traditionnels basés sur DSP, quelle est la différence ?

Contrairement aux solutions traditionnelles Modules émetteurs-récepteurs basés sur DSP, la technologie LPO simplifie la conception des modules optiques en supprimant les puces DSP (traitement numérique du signal) et CDR (récupération d’horloge et de données) traditionnelles ; ces modules LPO intègrent les fonctions DSP dans la puce de commutation côté appareil. À la place, les modules LPO conservent des pilotes à haute linéarité (Driver) et des amplificateurs à transimpédance (TIA) qui intègrent des fonctions d’égalisation linéaire en temps continu (CTLE) et d’égalisation (EQ). Cette conception simplifiée réduit considérablement la consommation d’énergie et la latence, bien qu’elle puisse légèrement augmenter les taux d’erreur et limiter les distances de transmission.

Comment LPO transforme-t-il l’émetteur-récepteur à fibre optique 800G ?

Consommation d’énergie réduite

Par rapport aux modules optiques 800G basés sur DSP, les modules 800G LPO peuvent réduire la consommation d’énergie jusqu’à 50 %, offrant un avantage significatif aux centres de données qui cherchent à réduire leur consommation d’énergie et leurs coûts opérationnels. Une consommation d’énergie plus faible signifie également une moindre génération de chaleur dans les commutateurs et les serveurs, contribuant davantage à l’efficacité énergétique globale.

Réduire la latence de transmission

En supprimant le DSP, les émetteurs-récepteurs LPO éliminent une étape de traitement supplémentaire, ce qui contribue à réduire la latence de transmission des données. Selon une étude de Dell Technologies, les optiques enfichables linéaires peuvent réduire la latence jusqu’à 90 %.

Rentabilité améliorée

Le DSP est le composant le plus coûteux d’un module enfichable traditionnel ; sa suppression peut donc entraîner des économies substantielles.

Remplacement à chaud activé et maintenance facile

Comparée à la solution CPO, la LPO offre une plus grande flexibilité et une maintenance plus facile. Dans un système CPO, si un appareil tombe en panne, toute la carte doit être mise hors tension et remplacée, ce qui est très contraignant. La LPO, quant à elle, conserve une conception traditionnelle enfichable à chaud qui prend en charge le remplacement à chaud, simplifie le câblage en fibre et la maintenance des équipements, et fournit une solution plus conviviale.

Où le LPO est-il appliqué dans des scénarios réels ?

Interconnexions de centres de données à haute densité

Les centres de données hyperscale nécessitent d’énormes quantités d’échanges de données entre les clusters de serveurs. Les puces DSP utilisées pour la compensation du signal dans les modules optiques enfichables traditionnels constituent une source majeure de consommation d’énergie. En supprimant le DSP, LPO réduit considérablement la consommation d’énergie des modules optiques individuels et la latence. Cela réduit la consommation d’énergie des racks dans les déploiements à haute densité, ce qui en fait une technologie essentielle pour permettre les interconnexions de centres de données à haut débit.

Charges de travail d'IA et d'apprentissage automatique

Les tâches d'IA et d'apprentissage automatique nécessitent un échange de données à haut débit et à faible latence. Le module LPO offre une latence extrêmement faible, rationalisant la transmission des données entre les clusters GPU ou les nœuds de serveurs IA et améliorant l'efficacité globale du calcul. Cela le rend particulièrement adapté aux scénarios de communication à haute fréquence.

Quels défis faut-il prendre en compte avec le LPO ?

Distances de transmission limitées

La suppression du DSP présente un inconvénient. Bien que les puces TIA et de pilote ne puissent pas remplacer entièrement les fonctions d’un DSP, cela entraîne un taux d’erreur binaire plus élevé. Par conséquent, les distances de transmission sont naturellement limitées. Le secteur considère généralement que le LPO ne convient qu’à des applications spécifiques à courte portée, telles que les connexions serveur-commutateur au sein d’une baie de centre de données ou les interconnexions entre baies adjacentes. Les premières implémentations LPO prennent en charge des distances allant de quelques mètres à plusieurs dizaines de mètres, avec de possibles extensions futures atteignant jusqu’à 500 mètres.

Dépendance à l’hôte

LPO déporte certaines fonctions de traitement du signal des modules optiques vers les puces ASIC des commutateurs ou des serveurs. Cela signifie que les performances des modules LPO ne sont plus entièrement indépendantes, mais dépendent fortement des capacités de l’hôte. Par conséquent, la mise en œuvre de LPO nécessite une collaboration plus étroite entre les fournisseurs de modules optiques et d’équipements système pour la conception et la vérification, ce qui augmente la complexité et le couplage du système.

Défis d’interopérabilité        

Actuellement, la normalisation LPO en est encore à ses débuts, ce qui peut entraîner des défis d’interopérabilité. Les entreprises qui adoptent le LPO ont besoin d’une expertise technique suffisante pour élaborer des spécifications et des solutions, tester les limites des dispositifs et des modules, et effectuer des tests approfondis d’intégration et de compatibilité.

En d’autres termes, dans des environnements comportant plusieurs fournisseurs, sans contrôle ni coordination solides, des problèmes tels que des responsabilités floues et des rejets de responsabilité peuvent survenir, rendant le déploiement plus compliqué qu’avec les solutions traditionnelles basées sur DSP.

CPO vs LPO : quelle technologie dominera la connectivité optique des centres de données ?

Tout d’abord, nous devons comprendre brièvement ce qu’est le CPO. 

Co-Packaged Optics est une technologie optique avancée qui intègre des composants optiques et électroniques au sein du même boîtier. Cette solution raccourcit les longueurs des liaisons électriques, réduisant ainsi la consommation d’énergie et la latence. Elle permet également une densité de bande passante plus élevée par rapport aux architectures traditionnelles avec des modules optiques enfichables séparés. CPO est particulièrement adapté au calcul haute performance (HPC), aux centres de données pilotés par l’IA et aux environnements cloud hyperscale, où les réseaux à très haute bande passante, faible latence et haute efficacité énergétique sont essentiels.

Le tableau suivant illustrera les différences entre LPO et CPO.