DSP или LPO? Понимание двух направлений, формирующих оптику нового поколения с высокой скоростью передачи данных

В связи с быстрым развитием ИИ и высокопроизводительных вычислений (HPC) центры обработки данных сталкиваются с растущими требованиями к пропускной способности и энергоэффективности. Переход от 400G к 800G, а также приближение эры 1.6T делают выбор правильной технологии трансиверов особенно важным. На этом фоне основными темами обсуждения стали два различных подхода: традиционные оптические трансиверы на базе DSP и набирающее популярность решение LPO (линейно управляемый подключаемый оптический модуль).

В этой статье рассматриваются принципы работы LPO, описываются ключевые различия между ним и архитектурами DSP, а также обсуждается выбор подходящих трансиверных решений для различных условий развертывания с целью обеспечения более эффективной и стабильной работы сети.

Общие сведения о модулях LPO

При низкой скорости передачи каждый оптический модуль обычно потребляет 1–3W (10G/25G) или 5–8W (100G), что составляет небольшую долю общего энергопотребления коммутатора. Однако по мере перехода сетей на уровни 400G и 800G энергопотребление каждого модуля значительно возросло. Традиционный Модули 800G архитектуры на базе DSP могут достигать пикового энергопотребления 16–18 Вт, при этом модули на базе DSP обычно потребляют больше энергии при более высоких скоростях передачи данных. Развитие технологий DSP также позволило создать модули 400G с более низким энергопотреблением. В крупномасштабных центрах обработки данных более высокие скорости означают большее энергопотребление и более сложное управление температурным режимом, что увеличивает эксплуатационные расходы и снижает общую эффективность оборудования.

Таким образом, снижение энергопотребления модулей остается одной из главных целей при проектировании оптических модулей. В этом контексте LPO, облегченная архитектура, устраняющая необходимость в сложной схеме DSP, предлагает новый подход к балансированию высокоскоростной пропускной способности, энергоэффективности и стоимости.

Линейные подключаемые оптические модули (LPO) представляют собой архитектуру трансивера для высокоскоростных соединений, которая снижает энергопотребление и задержку за счет исключения цифровых сигнальных процессоров (DSP). В отличие от традиционных решений, LPO не выполняют сложную цифровую обработку сигнала непосредственно внутри модуля. Вместо этого они используют высоколинейные лазерные драйверы и усилители с трансимпедансным входом (TIA) для базового усиления сигнала, перенося критически важные задачи обработки, такие как эквализация и восстановление тактового сигнала, на ASIC коммутатора. Такая конструкция предъявляет более высокие требования к линейности и помехоустойчивости SerDes коммутатора. Последние достижения в технологии производства CMOS ускорили развитие высокопроизводительных SerDes, сделав LPO жизнеспособным решением для удовлетворения требований центров обработки данных к высокоскоростному расширению.

Сравнение трансиверов на базе DSP и трансиверов LPO

Трансиверы цифрового сигнального процессора (DSP)

Архитектура DSP долгое время служила основой высокоскоростных оптических коммуникаций, позволяя трансиверам сохранять стабильную работу в сложных каналах с высоким уровнем шума. Добавление DSP в модуль позволяет трансиверам выполнять такие ключевые цифровые задачи, как эквализация, прямая коррекция ошибок (FEC) и восстановление тактового сигнала. Эти задачи помогают компенсировать проблемы соединения, такие как потеря сигнала, перекрестные помехи (взаимные помехи между сигналами) и дисперсия (изменения силы и временных характеристик сигнала). Решения на основе DSP лучше выдерживают такие условия и сохраняют надежность при передаче на большие расстояния и наличии нескольких источников помех.

Эти оптические модули с DSP широко используются в городских, магистральных сетях и сетях межсоединения центров обработки данных, где особенно важны расстояние и совместимость. Они также представляют собой основной технологический путь для развертывания 400G и первых модулей 800G. Однако эта комплексная цепочка обработки сигналов сопряжена со значительными затратами: энергопотребление DSP постепенно увеличивается с ростом скорости передачи данных. В конструкциях, ориентированных на поколение 1.6T, эта особенность еще больше усиливает давление на энергопотребление и управление тепловыделением в центрах обработки данных.

Линейные подключаемые оптические трансиверы (LPO)

Трансиверы LPO отличаются от оптических модулей на базе DSP тем, что выполняют меньше внутренней цифровой обработки. Они имеют более простую конструкцию, поскольку им не требуется цифровой сигнальный процессор. Это значительное изменение обеспечивает ключевые преимущества модуля с точки зрения энергоэффективности и меньшей задержки. Модули LPO используют высоколинейные аналоговые компоненты, поэтому критически важная задача сложной обработки сигнала переносится на сериализатор/десериализатор (SerDes) внутри хост-коммутатора.

Такая конструкция делает линейные подключаемые оптические модули (LPO) отличным выбором для приложений с короткой дальностью передачи и высокой пропускной способностью в кластерах ИИ и средах высокопроизводительных вычислений. В таких средах крайне важно поддерживать низкие задержку и энергопотребление. Что касается стоимости, трансиверы LPO могут изначально стоить дороже модулей на базе DSP. Однако они потребляют меньше энергии и не требуют столь интенсивного терморегулирования, поэтому со временем обходятся дешевле. Это означает, что при масштабном использовании их стоимость со временем будет ниже. Благодаря этому они отлично подходят для сочетания технической производительности с целями устойчивого развития.

Однако архитектура с линейным управлением имеет некоторые ограничения. Без полной цепи восстановления и компенсации сигнала, обеспечиваемой DSP, эффективная дальность передачи трансиверов LPO обычно составляет менее 500 метров по стандартным многомодовым волокнам, хотя это значение может варьироваться в зависимости от характеристик SerDes хост-устройства и качества волокна. Кроме того, для корректной работы этим модулям требуется SerDes хост-устройства с достаточной линейностью и помехоустойчивостью. Модули LPO более чувствительны к совместимости, чем стандартные трансиверы на базе DSP. Для эффективной работы их часто необходимо использовать с определенными моделями коммутаторов. Поэтому перед внедрением по-прежнему важно убедиться, что ваше хост-устройство совместимо.

Когда следует выбирать трансиверы на основе DSP?

Если вам нужны максимальная производительность, стабильные соединения и совместимость с широким спектром оборудования, трансиверы с DSP — оптимальный выбор.

Вот универсальные требования к линиям связи: трансиверы DSP демонстрируют высокую производительность в различных условиях, будь то короткие соединения внутри центров обработки данных или дальние линии связи в мегаполисах. Эти модели идеально подходят для ситуаций, требующих первоклассной обработки сигнала и надежности.

Мультивендорные среды: архитектура DSP является стандартной для всей отрасли. При работе с коммутаторами или маршрутизаторами разных производителей высокая совместимость может значительно снизить риски и затраты на развертывание.

Сложные или ухудшенные условия работы линии: в средах с высоким уровнем шума или сложными соединениями DSP может поддерживать сильный сигнал с помощью технологий эквализации, коррекции и восстановления тактовой частоты. Это делает DSP отличным решением для многоскачковой передачи или устаревших волоконно-оптических систем.

Когда надежность является основной целью: для сетей, где стабильная работа служит ключевым показателем, например для сетей операторов связи или критически важных систем, зрелая и надежная архитектура DSP обеспечивает повышенную безопасность и предсказуемость.

Когда следует выбирать трансиверы на базе LPO?

Линейно управляемые подключаемые оптические модули (LPO) лучше подходят для сценариев, в которых важны энергопотребление и эффективные соединения при ограниченных ресурсах:

Для соединений в высокоэффективных центрах обработки данных модули LPO потребляют мало энергии и характеризуются низкой задержкой, что делает их полезными в конструкциях с высокой плотностью размещения по мере роста требований к пропускной способности. Это идеальное решение для центров обработки данных, стремящихся экономить энергию.

В условиях развертывания с ограничениями по электропитанию и тепловыделению, например в компактных периферийных центрах обработки данных и сценариях размещения оборудования в дата-центрах с ограниченным резервированием питания, модули LPO значительно снижают тепловую нагрузку на оборудование и нагрузку на распределение питания, обеспечивая более высокую плотность кабельной инфраструктуры.

Требования к экологичному и энергоэффективному строительству: при крупномасштабных развертываниях LPO эффективно снижают общее энергопотребление и тепловыделение, помогая оптимизировать показатель эффективности использования энергии (Power Usage Effectiveness, PUE) и сократить эксплуатационные расходы. Их энергосберегающие характеристики также полностью соответствуют современным требованиям центров обработки данных к устойчивому развитию и экологичной эксплуатации.

Перспективные линии связи с низким энергопотреблением: по мере развития сетей в направлении 800G и 1.6T низкое энергопотребление, высокая линейность и компактная конструкция LPO делают его хорошо подходящим для технологий высокоскоростных межсоединений нового поколения. Это ключевой выбор для будущих высокоскоростных решений с низким энергопотреблением, поскольку он обеспечивает баланс между качеством сигнала и энергоэффективностью.

Заключение

По мере перехода центров обработки данных к эпохе 400G, 800G и будущей 1.6T оптические трансиверы на базе DSP и трансиверы LPO продолжат играть важную роль в своих соответствующих областях. Решения на базе DSP по-прежнему являются оптимальным выбором для дальних и сложных соединений, а также сред с оборудованием разных производителей, тогда как LPO имеет явные преимущества в приложениях AI и HPC на коротких расстояниях благодаря низкому энергопотреблению и малой задержке. Выбор следует основывать на сбалансированной оценке конкретной сетевой архитектуры, сценариев развертывания и общей стоимости.

QSFPTEK теперь предлагает полный ассортимент оптических трансиверов на базе DSP, поддерживающих скорости до 200G, 400G, 800G и 1.6T. Эти трансиверы совместимы с сетями Ethernet и InfiniBand. Кроме того, модули QSFPTEK 800G LPO прошли профессиональное тестирование и продемонстрировали надежную автономную работу на собственной платформе коммутаторов LPO, что подтверждает их отличную надежность и энергоэффективность. Выбирая QSFPTEK, вы получаете высококачественные устойчивые решения для межсоединений, которые учитывают текущие потребности в модернизации и требования к масштабируемости в будущем.