미래의 데이터 센터를 위해 진화하는 광학 모듈

광 트랜시버는 데이터 센터에서 중요한 역할을 하며, 스트리밍 비디오, 클라우드 컴퓨팅 및 스토리지 또는 애플리케이션에 의해 증가하는 대역폭 수요를 충족하기 위해 서버 액세스 및 스위치 간 상호 연결이 점점 더 빠른 속도를 요구함에 따라 그 중요성은 계속해서 커질 것입니다. 가상화. 오늘날 대규모 데이터 센터에는 일반적으로 40G 스위칭 패브릭과 인터페이스하는 10G 액세스 포트가 있지만 가까운 미래에는 액세스 포트가 25G로, 스위칭 패브릭이 100G로 증가할 것입니다. 여기에서는 광학 모듈의 데이터 센터 애플리케이션에서 발생하는 과제를 검토하고 업계가 수요를 충족하기 위해 어떻게 대응하고 있는지 설명합니다.

고도로 중복된 수평 메시로 상호 연결된 100,000대의 서버를 수용하는 단일 메가 데이터 센터에는 비슷하게 많은 수의 광 링크가 필요합니다. 각 링크는 광 트랜시버에 의해 양쪽 끝에서 종료되어야 하므로 트랜시버 수는 광 링크 수의 두 배 이상이며 광 브레이크아웃 구성을 사용하는 경우 더 많은 수에 도달할 수 있습니다. 이러한 높은 볼륨은 이러한 모듈이 높은 데이터 속도의 최전선에서 작동하더라도 광 트랜시버의 비용을 낮출 수 있습니다. 더 긴 범위에 대해 10달러/Gbps부터 더 짧은 범위에 대해 1달러/Gbps까지의 가격 책정은 공급업체에 대한 과제로 제시되었습니다. 이는 오늘날의 가격이 비록 5배에서 10배 더 높지만 분명히 야심 찬 목표입니다. 다른 데이터 속도 또는 다른 애플리케이션 공간.

모듈 설계 및 제조에 대한 입증된 접근 방식을 약간만 개선하는 것만으로는 이 순서의 비용 절감을 달성하기 어렵습니다. 최대 작동 온도 낮추기, 작동 온도 범위 축소, 제품 사용 수명 단축, 순방향 오류 정정(FEC) 사용 허용 등 완화된 사양은 모듈 공급업체가 채택할 수 있으므로 모듈 비용 절감에 도움이 될 수 있는 예입니다. 더 높은 수준의 광학 통합, 비밀폐형 패키징, 비냉각식 작동 또는 단순화된 테스트를 갖춘 저렴한 디자인입니다.

광모듈의 용도를 결정하는 중요한 요소는 폼팩터이다. 오늘날의 데이터 센터는 서버 액세스를 위한 SFP 폼 팩터의 트랜시버와 스위치 간 상호 연결을 위한 QSFP 트랜시버를 중심으로 통합되었습니다. DAC(직접 연결 구리) 케이블은 일반적으로 액세스 포트까지의 거리가 5m 미만일 때 사용되며, 더 긴 도달 거리에는 광 모듈 또는 AOC(액티브 광 케이블)가 사용됩니다. 10G 액세스 포트는 SFP+ 모듈을 사용하지만 액세스 속도가 25G로 증가하면 SFP28로 전환됩니다. 서버 액세스에는 100m 이상의 도달 거리가 필요하지 않으므로 이러한 모듈은 일반적으로 다중 모드 광섬유(MMF)를 통해 작동하는 VCSEL 기반 트랜시버로 제한됩니다. 그러나 25G 레인 주변의 생태계는 차세대 엔터프라이즈 네트워크와 같은 애플리케이션에서 활용되어 10km~40km 범위의 단일 모드 광섬유(SMF)를 통해 작동하는 SFP28 모듈에 대한 수요를 촉진할 것으로 예상됩니다.

클라우드 데이터센터 네트워크 토폴로지와 서버 액세스 및 스위칭 패브릭의 데이터 속도에 대한 예상 업그레이드 경로입니다.

QSFP 모듈은 4개의 전기 입력 레인을 수용하고 해당 SFP 모듈의 데이터 속도의 4배로 작동합니다. 오늘날 40G QSFP+는 데이터 센터 스위칭 패브릭에 널리 배포됩니다. 광학 인터페이스에는 병렬 단일 모드 광섬유(PSM)와 코스 파장 분할 다중화(CWDM)라는 두 가지 다소 경쟁적인 방식이 있습니다. PSM은 8개의 SMF 리본 케이블을 통해 작동하며, 각 광학 레인은 이중 광섬유 쌍을 차지합니다. PSM은 파장 다중화가 필요하지 않기 때문에 모듈 비용이 저렴하다는 잠재적 이점이 있지만 케이블 및 커넥터 비용이 이중 방식보다 훨씬 높기 때문에 광섬유 플랜트 비용이 더 많이 듭니다.

4세대 100G 플러그형 클라이언트측 트랜시버: CFP, CFP2, CFP4 및 QSFP28(왼쪽에서 오른쪽으로).

CWDM은 이중 SM 케이블링을 통해 작동하며 파장 분할 다중화를 사용하여 하나의 광섬유에 4개의 레인을 결합합니다. 여기서 40GBASE-LR4 이더넷 표준은 광 인터페이스에 대한 참조 사양으로 존재합니다. 레인은 단일 광섬유 가닥으로 이동하기 때문에 CWDM 링크는 데이터 센터 트래픽 관리 및 재구성에 사용할 수 있는 전광 스위칭과 호환됩니다. CWDM 모듈의 과제는 광 멀티플렉서 또는 디멀티플렉서와 ​​같은 추가 구성 요소가 필요하기 때문에 일반적으로 PSM보다 비용이 높다는 것입니다. 그러나 전송 거리를 10km(LR4)에서 2km(MR4)로 줄이면 상당한 비용 절감을 실현할 수 있습니다. 또는 LR4-Lite).