ตัวรับส่งสัญญาณทองแดง SFP 10G ใช้พลังงานน้อยกว่า
Dec 09, 2025|
ที่10GBASE-โมดูล SFP+ได้รับการปรับปรุงประสิทธิภาพเชิงความร้อนอย่างมีนัยสำคัญในช่วงห้าปีที่ผ่านมา โดยได้รับแรงหนุนหลักจากความก้าวหน้าของชิป PHY จาก Broadcom และ Marvell รุ่นก่อนๆ ใช้พลังงานได้ตั้งแต่ 5W ถึง 8W ภายใต้ภาระงาน- ซึ่งเป็นตัวเลขที่ทำให้การใช้งานพอร์ตหนาแน่นแทบจะเป็นไปไม่ได้เลยหากไม่มีการปรับเปลี่ยนการระบายความร้อนเชิงรุก โมดูลตัวรับส่งสัญญาณ copper sfp รุ่น-ปัจจุบันที่ใช้ชิปเซ็ต BCM84891 หรือ Marvell AQR113C ปัจจุบันทำงานภายในซองจดหมาย 1.5W ถึง 2.5W ซึ่งเป็นการเปลี่ยนแปลงแคลคูลัสการปรับใช้โดยพื้นฐานสำหรับสถาปนิกเครือข่ายที่ทำงานกับสภาพแวดล้อมโครงสร้างพื้นฐานแบบผสม
วิวัฒนาการของชิปที่ไม่มีใครพูดถึง
ฉันได้ปรับใช้โมดูลเหล่านี้หลายร้อยโมดูลตั้งแต่ปี 2018 และความแตกต่างในด้านการใช้พลังงานไม่ได้เป็นเพียงการปรับปรุงแผ่นข้อมูลจำเพาะ-แต่คุณสามารถสัมผัสได้อย่างแท้จริง โมดูล-รุ่นแรกที่ฉันติดตั้งในอาคารโคโลเคชั่นทำงานร้อนมากจนทีมปฏิบัติการบ่นว่าอุณหภูมิโดยรอบพุ่งสูงขึ้นในทางเดินเย็น เราไม่สามารถเติมพอร์ต SFP+ ที่อยู่ติดกัน ระยะเวลา.
จุดเปลี่ยนมาพร้อมกับการเปิดตัว BCM84891 ของ Broadcom ชิปนั้นลดการใช้พลังงานลงเหลือประมาณ 1.6W ที่ระยะ 30 เมตร และ 2.0W เมื่อขับเคลื่อนเป็นระยะทาง 80- เมตร สำหรับการเปรียบเทียบ Marvell 88X3310 รุ่นเก่า (รุ่นที่ไม่ใช่ P) ยังคงอยู่ที่ประมาณ 3.3W โดยทั่วไป Marvell 88X3310P รุ่นใหม่ลดลงอย่างมาก แม้ว่าความพร้อมใช้งานจะขาด ๆ หาย ๆ เกือบตลอดปี 2023
สิ่งสำคัญที่นี่ไม่ใช่แค่ตัวเลขกำลังไฟฟ้าบนแผ่นข้อมูลเท่านั้น แต่ละวัตต์ใช้ทองแดง 10 กรัมตัวรับส่งสัญญาณ sfpแปลเป็นภาระการทำความเย็นเพิ่มเติมประมาณสองวัตต์ คูณค่านั้นกับสวิตช์ ToR ของพอร์ต 48- แล้วขยายข้ามแร็คหลายร้อยรายการ ความแตกต่างของ OPEX จะกลายเป็นเรื่องสำคัญ
การใช้งานจริง-ในโลกแห่งความเป็นจริง: เมื่อคณิตศาสตร์พังทลายลง
ที่นี่ฉันจะยอมรับบางสิ่งที่เอกสารของผู้ขายจะไม่บอกคุณ แม้จะมีโมดูลต่ำกว่า 2.5W คุณยังคงไม่สามารถเติมพอร์ต SFP+ ทุกพอร์ตด้วยตัวรับส่งสัญญาณทองแดงบนสวิตช์เชิงพาณิชย์ส่วนใหญ่ได้ งบประมาณด้านความร้อนไม่อนุญาต ฉันเคยเห็นสวิตช์ Cisco Nexus 9000 series ที่ฝ่ายสนับสนุนด้านเทคนิคแนะนำอย่างชัดเจนให้เว้นช่องว่างระหว่างพอร์ตที่มีประชากร เอกสารของ Arista สำหรับรุ่น 7050 บางรุ่นแสดงให้เห็นข้อจำกัดที่คล้ายกัน
การปฏิบัติตามมาตรฐาน IEEE 802.3az Energy Efficient Ethernet ช่วยได้บ้าง โมดูลเหล่านี้จะเร่งความเร็วในช่วงเวลาว่าง ซึ่งตามจริงแล้วอาจครอบคลุม 60-70% ของเวลาการดำเนินงานของเครือข่ายองค์กรทั่วไป แต่สถานการณ์การรับส่งข้อมูลระเบิด-หน้าต่างสำรอง การย้าย VM งานการจำลองพื้นที่เก็บข้อมูล ซึ่งยังคงผลักดันโมดูลให้เต็มประสิทธิภาพ
เวลาแฝง: การแลกเปลี่ยนที่ซ่อนอยู่-
ประสิทธิภาพการใช้พลังงานต้องแลกมาด้วยต้นทุน และเป็นสิ่งที่ไม่ค่อยปรากฏในการตัดสินใจซื้อ ตัวรับส่งสัญญาณ copper sfp ขนาด 10g ให้เวลาแฝงประมาณ 2.6μs ต่อการกระโดด เนื่องจากโอเวอร์เฮดการเข้ารหัส IEEE 802.3an โมดูลออปติคอล SFP+ ที่ 850 นาโนเมตร? ประมาณ 0.1μs แม้แต่สายเคเบิล DAC Twinax แบบพาสซีฟก็ยังโอเวอร์คล็อกที่ 0.3μs
สำหรับปริมาณงานขององค์กรส่วนใหญ่ไม่มีใครสนใจ แต่ฉันได้ปรึกษากับบริษัทซื้อขายที่มีความถี่สูง-สองแห่ง โดยที่เวลาแฝงที่สะสมจากฮ็อป 10GBASE-T สามหรือสี่แห่งทำให้ทองแดงไม่ใช่-ผู้เริ่มต้นโดยสิ้นเชิง พวกเขาดึงโมดูลทองแดงทุกอันออกมาภายในหนึ่งเดือนหลังจากใช้งาน
กรณีการใช้งานต่างกัน คำตอบต่างกัน นั่นคือความจริงอันไม่เซ็กซี่ของวิศวกรรมเครือข่าย
การเปรียบเทียบชิป PHY: อะไรเป็นตัวขับเคลื่อนการดึงพลังงาน
ความแปรปรวนในการใช้พลังงานระหว่างแบรนด์ตัวรับส่งสัญญาณ copper sfp ขนาด 10g ที่แตกต่างกันนั้นลดลงเกือบทั้งหมดเนื่องจากการเลือกชิป PHY และโหนดกระบวนการ รายละเอียดโดยย่อตามการทดสอบที่ฉันได้ดำเนินการและข้อมูลผู้ขายที่ฉันเชื่อถือ:
Broadcom BCM84891L ทำงานได้ยอดเยี่ยมที่สุด-โดยทั่วไปคือ 1.5W ที่ 30 ม. ซึ่งขยายได้เพื่อการวิ่งที่ยาวนานขึ้น การลด-คือระยะทางสูงสุด 30 เมตรสำหรับเฟิร์มแวร์รุ่นก่อนๆ แม้ว่าเวอร์ชันที่สามารถใช้งานได้ในปัจจุบันจะอยู่ที่ 80 เมตร-ก็ตาม Marvell AQR113C ใช้พลังงานประมาณ 2.0-2.5W แต่มีความเข้ากันได้ดีกว่าในอุปกรณ์โฮสต์หลากหลายประเภท Realtek RTL8261BE รุ่นเก่าอยู่ระหว่างนั้น แม้ว่าฉันจะเคยเห็นโมดูลน้อยลงที่ใช้ชิปเซ็ตนั้นในตลาดอเมริกาเหนือก็ตาม
โหนดกระบวนการมีความสำคัญอย่างมาก การเพิ่มขึ้นจาก 40 นาโนเมตรเป็น 28 นาโนเมตร การออกแบบ PHY ลดการใช้พลังงานลงประมาณ 40% การออกแบบล่าสุดของ Marvell ที่ 16 นาโนเมตรผลักดันสิ่งนั้นต่อไป แม้ว่าโมดูลที่ใช้ชิปเหล่านี้จะมีราคาสูงกว่ามากก็ตาม
คุณภาพและระยะทางของสายเคเบิล: ผู้ขายตัวแปรประเมินต่ำไป
การใช้พลังงานของโมดูลไม่คงที่-แต่จะปรับขนาดตามความยาวสายเคเบิลและคุณภาพของสายเคเบิล ตัวรับส่งสัญญาณ copper sfp ขนาด 10 กรัมที่เชื่อมต่อด้วยสายเคเบิลหุ้มฉนวน Cat7 ระดับพรีเมียมยาว 10 เมตร จะใช้พลังงานน้อยกว่าโมดูลเดียวกันที่เชื่อมต่อผ่าน Cat6a ระดับปานกลางยาว 25 เมตร
ชิป PHY ทำงานหนักขึ้นเพื่อรักษาความสมบูรณ์ของสัญญาณตลอดระยะเวลาการใช้งานที่ยาวนานและสายเคเบิลที่มีเสียงรบกวนมากขึ้น อัลกอริธึมการแก้ไขข้อผิดพลาดใช้รอบการประมวลผล วงจรการประมวลผลใช้พลังงาน ความสัมพันธ์ที่เรียบง่าย แต่เป็นความสัมพันธ์ที่ทีมจัดซื้อมักเพิกเฉยเมื่อต้องระบุสายเคเบิลควบคู่ไปกับการซื้อเครื่องรับส่งสัญญาณ
ฉันวัดความแตกต่าง 0.3W ถึง 0.4W ระหว่างโมดูลที่เหมือนกันโดยพิจารณาจากตัวเลือกสายเคเบิลเพียงอย่างเดียว ฟังดูเหมือนไม่มากนักจนกว่าคุณจะเติมพอร์ต 500 พอร์ตในการปรับใช้
ช่วงอุณหภูมิและตัวแปรทางอุตสาหกรรม
ช่วงการทำงานของข้อมูลจำเพาะโมดูล 10GBASE เชิงพาณิชย์มาตรฐาน- T คือ 0 องศาถึง 70 องศา รูปแบบทางอุตสาหกรรมผลักดันสิ่งนั้นเป็น -40 องศาถึง 85 องศา ซึ่งสำคัญสำหรับกระท่อมโทรคมนาคม ตู้กลางแจ้ง และการใช้งานในพื้นการผลิต โมดูลอุตสาหกรรมมีราคาสูงกว่า-โดยทั่วไปแล้วจะอยู่ที่ 30-40% และโปรไฟล์การใช้พลังงานยังคงเทียบเคียงได้
สิ่งที่เปลี่ยนแปลงคือพฤติกรรมการเริ่มต้น สถานการณ์การสตาร์ทเย็น-ที่อุณหภูมิต่ำมากอาจทำให้พลังงานพุ่งขึ้นชั่วคราวเนื่องจากชิป PHY มีความเสถียร โมดูลที่ทันสมัยส่วนใหญ่มีเฟิร์มแวร์การจัดการระบายความร้อนที่จัดการเรื่องนี้ได้อย่างสวยงาม แต่สต็อกอุตสาหกรรมรุ่นเก่าอาจแสดงการกระพือลิงค์ในระหว่างการอุ่นเครื่องครั้งแรกในสภาพแวดล้อมที่เย็น
การเจรจาอัตโนมัติหลาย-อัตรา-และผลกระทบด้านอำนาจ
โมดูลตัวรับส่งสัญญาณ copper sfp สมัยใหม่ขนาด 10g รองรับการเจรจาอัตโนมัติหลาย-อัตรา-10G/5G/2.5G/1G-ผ่านการเชื่อมต่อ RJ45 เดียว มาตรฐาน IEEE 802.3bz เข้ารหัสความเร็วระดับกลาง และโมดูล-เจนเนอเรชั่นปัจจุบันส่วนใหญ่ก็สอดคล้องกัน ต่อไปนี้คือสิ่งสำคัญจากมุมมองของพลังงาน: การลดไปที่โหมด 2.5GBASE-T หรือ NBASE-T ลดการดึงพลังงานลงประมาณ 15-20% เมื่อเทียบกับการทำงาน 10GBASE-T เต็มรูปแบบ
การปรับใช้บางอย่างจงใจใช้ประโยชน์จากสิ่งนี้ ผู้ดูแลระบบพื้นที่จัดเก็บข้อมูลที่ฉันร่วมงานด้วยเมื่อปีที่แล้วกำหนดค่าลิงก์ NAS ของเธอที่ 5G แทนที่จะเป็น 10G- ข้อกำหนดการรับส่งข้อมูลจริงไม่เกิน 4Gbps อย่างยั่งยืน และการประหยัดพลังงานในโมดูล 24 โมดูลคิดเป็นพลังงานทั้งหมดประมาณ 8W ไม่ใช่การเปลี่ยนแปลง แต่มีความหมายสำหรับโรงงานขนาดเล็กที่มีความจุ PDU ที่จำกัด
การตรวจสอบการวินิจฉัยทางดิจิทัล SFF-8472 ที่มีอยู่ในโมดูลที่สอดคล้อง ช่วยให้คุณสามารถติดตามการดึงพลังงานแบบเรียลไทม์ควบคู่ไปกับอุณหภูมิและคุณภาพของสัญญาณ คุ้มค่าที่จะเปิดใช้งานบนสวิตช์ที่รองรับ
ค่าผิดปกติ 1.1W: SWaP-แอปพลิเคชันที่มีข้อจำกัด
ผู้ผลิตรายหนึ่ง-BotBlox-อ้างสิทธิ์ในโมดูล 1.1W 10GBASE-T SFP ที่ออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับโดรน หุ่นยนต์ และการใช้งานใต้ทะเล ข้อจำกัดด้านขนาด น้ำหนัก และพลังงาน (SWaP) ในสภาพแวดล้อมเหล่านี้ทำให้โมดูล 2.5W มาตรฐานไม่สามารถใช้งานได้ ฉันไม่ได้ทดสอบหน่วยเหล่านี้เป็นการส่วนตัว ดังนั้นฉันจึงไม่สามารถรับรองประสิทธิภาพที่แท้จริง-ได้ แต่แนวทางนี้ก็สมเหตุสมผล: ออกแบบวงจรภายในใหม่ทั้งหมด แทนที่จะรอให้กระบวนการชิปถัดไปหดตัวลง
สิ่งเหล่านี้จะไม่แทนที่การปรับใช้ศูนย์ข้อมูล แต่พวกเขาแสดงให้เห็นว่าพื้น 2-2.5W ไม่ใช่ขีดจำกัดทางฟิสิกส์พื้นฐาน แต่เป็นจุดเพิ่มประสิทธิภาพทางเศรษฐกิจสำหรับตลาดกระแสหลัก
เมื่อทองแดงยังขาดทุน
แม้จะมีการปรับปรุงด้านพลังงาน แต่ตัวรับส่งสัญญาณ copper sfp ขนาด 10g ยังคงไม่เหมาะสมสำหรับหลายสถานการณ์ การใช้งานตัวยกแนวตั้งภายในอาคาร-ข้อจำกัดด้านความยาวสายเคเบิลและการพิจารณา EMI จะสนับสนุนไฟเบอร์ กระดูกสันหลังของวิทยาเขตเชื่อมโยงเกินกว่า 100 เมตร-เห็นได้ชัดว่าเป็นอาณาเขตของไฟเบอร์ การใช้งานใดๆ ที่ต้องการเวลาแฝงต่ำกว่า 1μs ต่อการกระโดด
โมดูลเหล่านี้ไม่เคยได้รับความเท่าเทียมด้านราคากับออปติก 10G-SR ตัวรับส่งสัญญาณ 10GBASE-T ที่มีคุณภาพใช้งานประมาณ 6-8 เท่าของราคาของโมดูล 850nm SFP+ ที่เทียบเท่ากัน สมการต้นทุนจะสมเหตุสมผลก็ต่อเมื่อโครงสร้างพื้นฐาน Cat6a/Cat7 ที่มีอยู่ชดเชยค่าพรีเมียมต่อพอร์ต หรือเมื่อการเชื่อมต่อปลายทาง RJ45 ขับเคลื่อนความต้องการ
ทิศทางในอนาคต: 25GBASE-T และการปรับขนาดกำลัง
อุตสาหกรรมกำลังผลักดันไปสู่ 25GBASE-T และข้อบ่งชี้เบื้องต้นแนะนำว่าการใช้พลังงานจะอยู่ที่ประมาณ 3W ถึง 5W สำหรับโมดูลรุ่นแรก- ประวัติศาสตร์ชี้ให้เห็นว่าตัวเลขจะลดลงอย่างมากภายใน 3-4 ปีเมื่อการออกแบบชิปเติบโตเต็มที่
สำหรับตอนนี้ 10GBASE-T ที่ต่ำกว่า-2.5W แสดงถึงจุดที่น่าสนใจ-ประสิทธิภาพการใช้พลังงานที่เพียงพอในทางปฏิบัติสำหรับการปรับใช้ที่มีความหนาแน่นปานกลาง ความเข้ากันได้ในวงกว้างกับโครงสร้างพื้นฐานสายเคเบิลที่มีอยู่ และซิลิคอนที่เติบโตเพียงพอจนการหยุดชะงักของห่วงโซ่อุปทานมีความเสถียรอย่างมาก
โมดูลไม่สมบูรณ์แบบ พวกเขาจะไม่มีวันเป็น แต่การปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้พลังงานตั้งแต่ปี 2018 ได้ย้ายจาก "โซลูชันเคส Edge เป็นครั้งคราว" ไปเป็น "ตัวเลือกแรก-ที่ถูกต้องตามกฎหมาย" สำหรับการเชื่อมต่อชั้นวางภายใน-และชั้นวางที่อยู่ติดกัน- ในสภาพแวดล้อมที่มีการรันด้วยทองแดงที่เป็นที่ยอมรับ
นั่นเป็นการเปลี่ยนแปลงที่มีความหมาย แม้ว่าการสนทนาทางเทคนิคจะไม่ค่อยได้รับความสนใจเท่าที่ควรก็ตาม