แบนด์วิธของตัวรับส่งสัญญาณรองรับความต้องการด้านความจุ

 

 

แบนด์วิดท์ของตัวรับส่งสัญญาณจะกำหนดจำนวนข้อมูลที่อุปกรณ์เครือข่ายสามารถส่งและรับได้พร้อมกัน โดยวัดเป็นกิกะบิตต่อวินาที (Gbps) ศูนย์ข้อมูลสมัยใหม่พึ่งพาตัวรับส่งสัญญาณตั้งแต่ 100 Gbps ถึง 1.6 เทราบิตต่อวินาที (Tbps) เพื่อรองรับการประมวลผลบนคลาวด์ ปริมาณงานปัญญาประดิษฐ์ และการขยายการรับส่งข้อมูลเครือข่าย

 

 

สถาปัตยกรรมเบื้องหลังแบนด์วิธของตัวรับส่งสัญญาณ

 

แบนด์วิดธ์ของตัวรับส่งสัญญาณทำงานผ่านสถาปัตยกรรมหลาย-ช่องทางซึ่งแต่ละช่องสัญญาณจะส่งข้อมูลในอัตราเฉพาะ ตัวรับส่งสัญญาณ 400 Gbps ใช้แปดเลนซึ่งทำงานที่ความเร็ว 50 Gbps ในแต่ละเลน เมื่อใช้การส่งสัญญาณ Pulse Amplitude Modulation 4-ระดับ (PAM4) ในขณะที่รุ่น 800G รุ่นใหม่กว่าความจุนี้เป็นสองเท่า การใช้งานจริงขึ้นอยู่กับรูปแบบการปรับ-PAM4 อนุญาตอัตราข้อมูลเป็นสองเท่าเมื่อเทียบกับการปรับแบบไม่-ส่งกลับ-เป็นศูนย์ (NRZ) บนโครงสร้างพื้นฐานทางกายภาพเดียวกัน

อุปกรณ์ Field Programmable Gate Array (FPGA) ได้ปรับปรุงแบนด์วิธของตัวรับส่งสัญญาณรวมอย่างมีนัยสำคัญ โดยเข้าถึงเทราบิตต่อวินาที ความก้าวหน้านี้ส่งผลกระทบโดยตรงต่อการออกแบบเครือข่าย เนื่องจากสวิตช์แฟบริคต้องทำให้แบนด์วิธของตัวรับส่งสัญญาณที่มีอยู่เต็มอิ่ม เพื่อเพิ่มการใช้งานโครงสร้างพื้นฐานให้สูงสุด ความสัมพันธ์ระหว่างเลนไฟฟ้าและความยาวคลื่นแสงทำให้เกิดความซับซ้อน: อุปกรณ์ที่ใช้ PAM4 นับแต่ละเลน 50 Gbps เป็นสองช่องทางในการคำนวณแบนด์วิธ ซึ่งส่งผลต่อการวางแผนความจุทั้งหมด

 

ฟอร์มแฟคเตอร์จะปรับขนาดความจุแบนด์วิธได้อย่างไร

 

ฟอร์มแฟคเตอร์ที่แตกต่างกันจำกัดแบนด์วิธของตัวรับส่งสัญญาณผ่านการออกแบบตัวเชื่อมต่อและการจัดการระบายความร้อน โมดูล QSFP-DD (Quad Small Form-Factor Pluggable Double Density) รองรับสูงสุด 400 Gbps พร้อมช่องสัญญาณ 50 Gbps แปดช่อง ในขณะที่รูปแบบ OSFP ที่ใหญ่กว่ารองรับ 800 Gbps ตัวรับส่งสัญญาณ OSFP ใช้แปดช่องสัญญาณที่มีความสามารถ 100 Gbps ต่อช่อง มีปริมาณงานรวม 800 Gbps โดยมีการพัฒนาช่องสัญญาณ 200 Gbps โดยมีเป้าหมายที่ความจุ 1.6 Tbps

รูปแบบ OSFP-XD จัดการกับช่องว่างทางการตลาดที่เฉพาะเจาะจง ด้วยการเพิ่มช่องทางไฟฟ้าสองเท่าจากแปดเป็นสิบหก OSFP-XD ให้ความหนาแน่น 1.6 Tbps พร้อม 16 เลน 100 Gbps เรื่องนี้สำคัญเนื่องจากสวิตช์ซิลิคอนที่มีอยู่ใช้ช่องทางไฟฟ้า 100G และผู้ปฏิบัติงานจำนวนมากต้องการใช้ประโยชน์จากฐานที่ติดตั้งไว้นั้น แทนที่จะรอ-เทคโนโลยีช่องทาง 200G รุ่นถัดไป

ความเข้ากันได้แบบย้อนหลังเพิ่มอีกชั้นหนึ่ง โมดูล 100G QSFP28 สามารถเสียบเข้ากับพอร์ต QSFP- DD โดยไม่ต้องใช้อะแดปเตอร์เชิงกล แม้ว่าจะต้องกำหนดค่าพอร์ตสำหรับการทำงาน 100G แทนการทำงาน 400G ความยืดหยุ่นนี้ทำให้สามารถอัพเกรดเครือข่ายเพิ่มเติมได้โดยไม่ต้องเปลี่ยนรถยก

 

ความต้องการแบนด์วิธเป็นตัวขับเคลื่อนวิวัฒนาการของศูนย์ข้อมูล

 

มีการเปิดตัวตัวรับส่งสัญญาณออปติคอลใหม่กว่า 70 รุ่นในปี 2567 รองรับมาตรฐานอีเธอร์เน็ต 400G, 600G และ 800G ความเร็วของนวัตกรรมสะท้อนถึงรูปแบบการรับส่งข้อมูลพื้นฐาน-ขณะนี้เซิร์ฟเวอร์คลัสเตอร์ AI ต้องการความเร็วเครือข่าย 400 Gb/s ต่อเซิร์ฟเวอร์ ระบบเซิร์ฟเวอร์ NVIDIA DGX H100 GPU มีพอร์ต 400G สี่พอร์ต ส่งผลให้เครือข่ายสไปน์แฟบริคของ leaf{11}} มีความเร็ว 800 Gb/s

ผู้ดำเนินการศูนย์ข้อมูลต้องเผชิญกับปัญหาสามประการ ได้แก่ ความจุแบนด์วิธ การใช้พลังงาน และราคาต่อกิกะบิต เครื่องรับส่งสัญญาณรุ่นถัดไป-มีการใช้พลังงานน้อยกว่า 10 วัตต์ ในขณะที่รองรับอัตราข้อมูลที่เกิน 100 Gbps ต่อเลน การเพิ่มประสิทธิภาพนี้กลายเป็นสิ่งสำคัญในวงกว้าง- สิ่งอำนวยความสะดวกระดับไฮเปอร์สเกลที่ใช้พอร์ตหลายพันพอร์ตสามารถลดความต้องการโครงสร้างพื้นฐานทางไฟฟ้าลงได้ 30-40% ด้วยออปติกที่มีประสิทธิภาพ

การเปลี่ยนแปลงไปสู่แบนด์วิธตัวรับส่งสัญญาณที่สูงขึ้นนั้นไม่สม่ำเสมอ ส่วนความเร็ว 10 Gbps ถึง 40 Gbps คาดว่าจะมีมูลค่ามากกว่า 15 พันล้านเหรียญสหรัฐภายในปี 2575 ซึ่งบ่งชี้ว่าระบบเดิมและการปรับใช้งานที่คำนึงถึงต้นทุน- จะอยู่ร่วมกับโครงสร้างพื้นฐาน-ที่ล้ำสมัย องค์กรต้องสร้างสมดุลระหว่างไทม์ไลน์การย้ายข้อมูลกับข้อกำหนดของแอปพลิเคชันและข้อจำกัดด้านงบประมาณ

 

มัลติเพล็กซ์แบบแบ่งความยาวคลื่นจะขยายแบนด์วิธที่มีประสิทธิภาพ

 

เทคโนโลยี Dense Wavelength Division Multiplexing (DWDM) จะเพิ่มแบนด์วิธของตัวรับส่งสัญญาณเป็นทวีคูณโดยการส่งสตรีมข้อมูลหลายรายการพร้อมกันบนความยาวคลื่นแสงที่แตกต่างกัน อุปกรณ์รับส่งสัญญาณ DWDM เป็นโซลูชันที่ปรับขนาดได้ซึ่งเพิ่มแบนด์วิดท์ไฟเบอร์ที่ใช้งานได้ให้สูงสุด โดยมีบทบาทสำคัญในการจัดการกับการเติบโตของโครงสร้างพื้นฐานเครือข่ายที่ได้รับแรงหนุนจาก-ความต้องการข้อมูลที่เพิ่มมากขึ้น

เส้นใยเดี่ยวสามารถบรรทุกความยาวคลื่นได้หลายสิบเส้น โดยแต่ละเส้นทำงานที่อัตรา 100G หรือ 400G แนวทางนี้จะรักษาโครงสร้างพื้นฐานไฟเบอร์ที่มีอยู่ในขณะเดียวกันก็ขยายขีดความสามารถ-ซึ่งสำคัญสำหรับเครือข่ายในเมืองและการปรับใช้ในวิทยาเขต ซึ่งการดึงไฟเบอร์ใหม่มีราคาแพงหรือทำไม่ได้ในทางปฏิบัติ การแลกเปลี่ยน-เกี่ยวข้องกับต้นทุนตัวรับส่งสัญญาณที่สูงขึ้นและความซับซ้อนของระบบที่เพิ่มขึ้นสำหรับการจัดการความยาวคลื่น

เครือข่าย IP ผ่าน DWDM ที่ใช้ตัวรับส่งสัญญาณ 400G ZR/ZR+ และตัวกรองมัลติเพล็กเซอร์/ดีมัลติเพล็กเซอร์แบบพาสซีฟสามารถลดความซับซ้อนของเครือข่ายรถไฟใต้ดินแบบจุด{2}}ถึง-จุดสำหรับระยะทางภายใน 80 กิโลเมตรได้อย่างมาก สถาปัตยกรรมนี้ช่วยลดอุปกรณ์การขนส่งแบบออปติกแบบดั้งเดิม ซึ่งช่วยลดทั้งรายจ่ายฝ่ายทุนและความซับซ้อนในการดำเนินงาน

 

เทคนิคการปรับที่เพิ่มประสิทธิภาพแบนด์วิธ

 

PAM4 (Pulse Amplitude Modulation) และเทคนิคการปรับขั้นสูงอื่นๆ ทำให้การรับส่งข้อมูลมีประสิทธิภาพมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ต่างจากการส่งสัญญาณ NRZ ซึ่งใช้ระดับแรงดันไฟฟ้าสองระดับ (แทน 0 และ 1) PAM4 ใช้สี่ระดับในการเข้ารหัสสองบิตต่อสัญลักษณ์ ซึ่งเพิ่มอัตราการส่งข้อมูลเป็นสองเท่าบนแบนด์วิดท์ทางกายภาพเดียวกัน-ช่องสัญญาณไฟฟ้า 25 GHz สามารถรองรับ 50 Gbps ด้วย PAM4 เทียบกับ 25 Gbps ด้วย NRZ

การลงโทษจะปรากฏในคุณภาพสัญญาณ PAM4 ต้องการอัตราส่วนสัญญาณ-ต่อ-สัญญาณรบกวนที่ดีกว่า และการประมวลผลสัญญาณดิจิทัลที่ซับซ้อนมากขึ้นเพื่อถอดรหัสได้อย่างถูกต้อง อัลกอริธึม DSP (การประมวลผลสัญญาณดิจิทัล) ขั้นสูงจัดการกับความซับซ้อนของรูปแบบการมอดูเลตที่สูงขึ้น เพิ่มต้นทุนและการใช้พลังงานในการออกแบบตัวรับส่งสัญญาณ

การตรวจจับที่สอดคล้องกันแสดงถึงการเพิ่มประสิทธิภาพแบนด์วิธอื่น ตัวรับส่งสัญญาณแบบออปติคัลที่เชื่อมโยงกันรองรับความเร็วในการรับส่งข้อมูลและการเข้าถึงที่มากขึ้น โดยให้ประสิทธิภาพสเปกตรัมที่ดีขึ้นและการใช้พลังงานที่ต่ำกว่าเมื่อเทียบกับตัวรับส่งสัญญาณแบบออปติคอลทั่วไป อุปกรณ์เหล่านี้ครองการใช้งานระยะไกล-โดยที่การเพิ่มความจุสูงสุดต่อไฟเบอร์ถือเป็นสิ่งสำคัญทางเศรษฐกิจ

 

การวางแผนแบนด์วิธสำหรับความต้องการเครือข่ายที่เพิ่มขึ้น

 

การวางแผนกำลังการผลิตเริ่มต้นด้วยการวัดพื้นฐาน แบนด์วิธเครือข่ายคือการวัดที่ระบุความจุสูงสุดของลิงก์การสื่อสารแบบมีสายหรือไร้สายในการส่งข้อมูลผ่านการเชื่อมต่อเครือข่ายในเวลาที่กำหนด ผู้ดูแลระบบต้องแยกแยะระหว่างแบนด์วิธตามทฤษฎี (สิ่งที่ฮาร์ดแวร์สามารถรองรับได้) และปริมาณงานจริง (สิ่งที่เครือข่ายมอบให้ภายใต้สภาวะจริง)

ในทางปฏิบัติแล้ว ปริมาณงานของเครือข่ายจะน้อยกว่าแบนด์วิธของเครือข่ายเสมอ เนื่องจากปัจจัยต่างๆ ที่ส่งผลต่อปริมาณงานของเครือข่าย ค่าใช้จ่ายของโปรโตคอล การส่งสัญญาณซ้ำ และความแออัดล้วนลดกำลังการผลิตที่มีประสิทธิภาพ ตัวรับส่งสัญญาณ 100G อาจให้ปริมาณงานที่ใช้งานได้ 92-95G ในสภาพแวดล้อมการผลิต

ปัจจัยหลายประการมีอิทธิพลต่อข้อกำหนดแบนด์วิธของตัวรับส่งสัญญาณ:

โปรไฟล์แอปพลิเคชันกำหนดความต้องการพื้นฐาน การสตรีมวิดีโอและการถ่ายโอนไฟล์ต้องใช้แบนด์วิดท์-มาก แต่สามารถทนต่อความล่าช้าได้ ปริมาณงานการอนุมาน AI แบบเรียลไทม์-ต้องการทั้งแบนด์วิธสูงและมีเวลาแฝงต่ำอย่างสม่ำเสมอ การจำลองฐานข้อมูลต้องใช้แบนด์วิธปานกลาง แต่ไม่สามารถทนต่อการสูญเสียแพ็กเก็ตได้

การคาดการณ์การเติบโตต้องคำนึงถึงปริมาณการเข้าชมที่เพิ่มขึ้น ตลาดตัวรับส่งสัญญาณแบบออปติคัลคาดว่าจะเติบโต 10.32 พันล้านดอลลาร์สหรัฐในช่วงปี 2567-2571 โดยมีอัตรา CAGR เกือบ 16.68 เปอร์เซ็นต์ การขยายตลาดนี้สะท้อนให้เห็นถึงรูปแบบการเติบโตของปริมาณข้อมูลพื้นฐานที่สถาปนิกเครือข่ายต้องรองรับ

อัตราส่วนการสมัครสมาชิกมากเกินไปปรับสมดุลต้นทุนกับประสิทธิภาพ สวิตช์ 40 พอร์ตที่มีอัปลิงก์ 400G อาจใช้อัตราส่วนการสมัครสมาชิกเกินขนาด 4:1 หรือ 8:1 โดยสมมติว่าพอร์ตการเข้าถึงบางพอร์ตไม่จำเป็นต้องใช้แบนด์วิธเต็มพร้อมกัน อัตราส่วนที่ถูกต้องขึ้นอยู่กับรูปแบบการรับส่งข้อมูลและ SLA ของแอปพลิเคชัน

 

ข้อควรพิจารณาเกี่ยวกับเลเยอร์ทางกายภาพสำหรับแบนด์วิธสูงสุด

 

แบนด์วิดท์ของตัวรับส่งสัญญาณไม่มีอยู่แยกกัน-เนื่องจากสื่อทางกายภาพจะจำกัดอัตราที่ทำได้ สายเคเบิลประเภท 6A อาจมีแบนด์วิธในการทำงาน 500 MHz ในขณะที่เครือข่ายอาจมีแบนด์วิดท์ 10 Gb/s ความสัมพันธ์ระหว่างแบนด์วิธของสายเคเบิล (วัดเป็น MHz) และอัตราข้อมูล (วัดเป็น Gbps) ขึ้นอยู่กับรูปแบบการเข้ารหัส

สายเคเบิลไฟเบอร์ออปติกช่วยลดข้อจำกัดด้านความถี่ สำหรับไฟเบอร์โหมดเดี่ยว แบนด์วิธแบบโมดัลนั้นไม่มีขีดจำกัด และไม่มีค่าแบนด์วิธแบบโมดอลที่มีประสิทธิภาพที่เกี่ยวข้อง เนื่องจากมีโหมดแสงเพียงโหมดเดียวที่เดินทางผ่านไฟเบอร์ อย่างไรก็ตาม การกระจายสี-ความยาวคลื่นที่แตกต่างกันถึงเครื่องรับในเวลาที่แตกต่างกันเล็กน้อย-กลายเป็นปัจจัยจำกัดสำหรับการส่งแบนด์วิดท์ระยะไกล-ทางไกลและสูง-

มัลติโหมดไฟเบอร์ใช้แบนด์วิธโมดัลที่มีประสิทธิภาพ (EMB) โดยมีหน่วยเป็น MHz- กม. ไฟเบอร์ที่มี EMB 200 MHz-km สามารถย้ายข้อมูล 200 MHz ได้สูงสุดหนึ่งกิโลเมตร ข้อจำกัดที่ขึ้นอยู่กับระยะทาง-นี้ทำให้มัลติโหมดเหมาะสำหรับการเชื่อมต่อ-ข้อมูล-ภายในศูนย์ (โดยทั่วไปจะต่ำกว่า 500 เมตร) ในขณะที่โหมดเดี่ยวรองรับระยะที่ไกลกว่า

 

 

Silicon Photonics เปิดใช้งานแบนด์วิดท์รุ่นถัดไป-

 

ตัวรับส่งสัญญาณที่เปิดใช้งานซิลิคอนโฟโตนิกส์-จะรวมแหล่งกำเนิดเลเซอร์ โมดูเลเตอร์ และตัวตรวจจับไว้บนแม่พิมพ์ซิลิกอนตัวเดียว ช่วยให้อัตราข้อมูล 1.6 Tbps ในสภาพห้องปฏิบัติการ เทคโนโลยีนี้สัญญาว่าจะลดต้นทุนตัวรับส่งสัญญาณในขณะที่เพิ่มความหนาแน่นของแบนด์วิดท์-ข้อกำหนดหลักสำหรับการปรับขนาดที่ยั่งยืน

ตัวรับส่งสัญญาณแบบดั้งเดิมใช้เลเซอร์อินเดียมฟอสไฟด์ที่ผลิตแยกต่างหากจากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ซิลิคอน ซึ่งต้องมีการประกอบและการจัดตำแหน่งที่แม่นยำ Silicon Photonics ร่วม-ค้นหาส่วนประกอบออปติคอลและอิเล็กทรอนิกส์ ลดการสูญเสียปรสิต และทำให้ระดับการบูรณาการสูงขึ้น ซิลิคอนโฟโตนิกส์และเทคโนโลยี DSP ช่วยตอบสนองความต้องการของศูนย์ข้อมูลไฮเปอร์สเกล

ผลกระทบทางเศรษฐกิจมีนัยสำคัญ เมื่อปริมาณการผลิตเพิ่มขึ้นและผลผลิตการผลิตดีขึ้น ตัวรับส่งสัญญาณซิลิคอนโฟโตนิกส์ควรเป็นไปตามเส้นโค้งต้นทุนที่คล้ายกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เซมิคอนดักเตอร์ แทนที่จะเป็นส่วนประกอบทางแสงเฉพาะทาง สิ่งนี้สามารถเร่งการนำระดับแบนด์วิดท์ 800G และ 1.6T มาใช้ได้เร็วขึ้น

 

การกำหนดค่าแบบแบ่งส่วนเพิ่มการใช้พอร์ตให้สูงสุด

 

เลนส์ 400G สามารถแบ่งออกเป็นอินเทอร์เฟซย่อย-หลายอินเทอร์เฟซพร้อมการแยกส่วน ทำให้มั่นใจได้ว่าแบนด์วิดท์ทั้งหมดยังคงอยู่ที่ 400G ในขณะที่พอร์ตแยกที่มีความเร็วต่ำกว่าจะเป็นอิสระอย่างสมบูรณ์ พอร์ต 400G เดียวสามารถแบ่งออกเป็นพอร์ต 100G สี่พอร์ต พอร์ต 200G สองพอร์ต หรือพอร์ต 50G แปดพอร์ต ขึ้นอยู่กับความสามารถของกระปุกเกียร์

ตัวประมวลผลสัญญาณดิจิตอล (DSP) ของกระปุกเกียร์จัดการการแปลง โดยแปลงคู่ของเลนไฟฟ้า 50 Gbps ให้เป็นเลนไฟฟ้า 100 Gbps เดี่ยว การแปลงระดับไฟฟ้า-นี้แตกต่างจากออปติคัลมัลติเพล็กซ์และเกิดขึ้นภายในตัวรับส่งสัญญาณหรือสวิตช์ ASIC

โหมดฝ่าวงล้อมเน้นเศรษฐศาสตร์ความหนาแน่นของพอร์ต แทนที่จะซื้อตัวรับส่งสัญญาณ 100G แยกต่างหากสำหรับการเชื่อมต่อแต่ละครั้ง ผู้ให้บริการใช้พอร์ต 400G น้อยลงในโหมดแยก ซึ่งช่วยลดทั้งต้นทุนตัวรับส่งสัญญาณและข้อกำหนดพอร์ตสวิตช์ ข้อเสีย-ข้อนี้เกี่ยวข้องกับความเข้ากันได้-ตัวรับส่งสัญญาณ 400G บางรุ่นไม่รองรับการกำหนดค่าแบบแยกทั้งหมด และข้อกำหนดด้านสายเคเบิลจะแตกต่างกัน

 

ความพร้อมใช้งานของแบนด์วิธของ Market Dynamics Shaping

 

คาดว่าจะมีการใช้งานอุปกรณ์ IoT มากกว่า 17 พันล้านเครื่องทั่วโลกภายในสิ้นปี 2567 โดยโดยทั่วไปแล้วโมดูล IoT แต่ละโมดูลจะมีตัวรับส่งสัญญาณไร้สายพลังงานต่ำ-อย่างน้อยหนึ่งตัว แม้ว่าตัวรับส่งสัญญาณ IoT จะทำงานที่แบนด์วิธส่วนบุคคลต่ำกว่าออพติกของศูนย์ข้อมูล แต่ความต้องการความจุรวมก็มีมหาศาล

ข้อจำกัดของห่วงโซ่อุปทานจะจำกัดความพร้อมใช้งานแบนด์วิธของตัวรับส่งสัญญาณเป็นระยะ ความขาดแคลนใน 100 G EML (เลเซอร์มอดูเลตการดูดซับด้วยไฟฟ้า) และ DSP ขนาด 7 นาโนเมตรลดเอาต์พุตโมดูล Q4 2024 โดยระงับคำสั่งซื้อ 800 G ที่ได้วางไว้แล้ว ปัญหาคอขวดเหล่านี้บังคับให้สถาปนิกเครือข่ายต้องชะลอการปรับใช้หรือยอมรับข้อกำหนดอื่น

ตลาดตัวรับส่งสัญญาณแบบออปติคัลมีมูลค่ามากกว่า 1 หมื่นล้านเหรียญสหรัฐในปี 2566 และคาดว่าจะมี CAGR มากกว่า 15 เปอร์เซ็นต์ระหว่างปี 2567 ถึง 2575 วิถีการเติบโตนี้บ่งชี้ถึงการลงทุนที่ยั่งยืนในความสามารถแบนด์วิธของตัวรับส่งสัญญาณ ซึ่งขับเคลื่อนโดยการประมวลผลแบบคลาวด์ โครงสร้างพื้นฐาน 5G และปริมาณงาน AI

 

แบนด์วิธของตัวรับส่งสัญญาณในส่วนเครือข่ายต่างๆ

 

ผ้าศูนย์ข้อมูลแสดงถึงการปรับใช้แบนด์วิธที่มีความหนาแน่นสูงสุด ผู้ให้บริการไฮเปอร์สเกลใช้ตัวรับส่งสัญญาณแบบออปติคัล 800G เพื่อรองรับแอปพลิเคชัน โดยมีต้นแบบขนาด 1.6 เทราไบต์ที่จะเกิดขึ้นในปี 2567 สภาพแวดล้อมเหล่านี้ให้ความสำคัญกับความหนาแน่นของแบนด์วิดท์ ประสิทธิภาพการใช้พลังงาน และราคาต่อกิกะบิต

เครือข่ายโทรคมนาคมปรับสมดุลแบนด์วิธให้สอดคล้องกับความต้องการในการเข้าถึง การเปิดตัวตัวรับส่งสัญญาณแบบออปติคัล 800G สำหรับความยาวคลื่นที่ขยายออกไปในระยะทางที่ไกลขึ้นโดยไม่ต้องสร้างใหม่จะขยายขีดความสามารถของเครือข่ายในเมืองใหญ่และระดับภูมิภาค ตัวรับส่งสัญญาณที่เชื่อมโยงกันครองส่วนนี้เนื่องจากงบประมาณพลังงานแสงที่เหนือกว่า

เครือข่ายองค์กรมุ่งเน้นไปที่การอัพเกรดที่เพิ่มขึ้น ภาคองค์กรและโทรคมนาคมกำลังเร่งการใช้งาน 400G ตามความก้าวหน้าที่นำโดยผู้ให้บริการคลาวด์ขนาดใหญ่และขนาดใหญ่ องค์กรเหล่านี้มักจะรักษาโครงสร้างพื้นฐานรุ่นผสม- โดยต้องใช้แบนด์วิดท์ตัวรับส่งสัญญาณที่รวมเข้ากับอุปกรณ์ 100G และ 40G ที่มีอยู่

เครือข่ายการจัดเก็บข้อมูลใช้โปรโตคอลพิเศษ ในขณะที่อีเธอร์เน็ตและ InfiniBand ครองการเชื่อมต่อระหว่างคอมพิวเตอร์ แต่ Fibre Channel ยังคงมีรากฐานอยู่ในเครือข่ายการจัดเก็บข้อมูล ตัวรับส่งสัญญาณเหล่านี้ปรับให้เหมาะสมสำหรับลักษณะเฉพาะที่แตกต่างกัน- เวลาแฝงต่ำและการส่งข้อมูลแบบไม่สูญเสียข้อมูลผ่านแบนด์วิดท์ดิบ

 

โปรโตคอล-การเพิ่มประสิทธิภาพแบนด์วิธเฉพาะ

 

การรับส่งข้อมูล InfiniBand ได้รับการปรับขนาดภายใต้ CAGR ที่แข็งแกร่ง 17.45 เปอร์เซ็นต์ โดยมีตัวรับส่งสัญญาณ NVIDIA LinkX ซึ่งครอบคลุมความเร็ว FDR ถึง NDR บรรจุได้สูงสุด 200 Gb/s ต่อเลน และแบนด์วิดท์รวม 800 Gb/s ออฟโหลด CPU ของ InfiniBand และเวลาแฝงต่ำกว่า 100 นาโนวินาที ทำให้เป็นที่นิยมสำหรับคลัสเตอร์ GPU ขนาดใหญ่ แม้ว่าอีเธอร์เน็ตจะมีข้อได้เปรียบด้านต้นทุนก็ตาม

Ultra Ethernet Consortium กำลังปรับคุณสมบัติการควบคุมโฟลว์และการจัดการความแออัดให้สอดคล้องกับปริมาณงาน AI ซึ่งจะลดช่องว่างเวลาแฝงในอดีตระหว่างอีเธอร์เน็ตและ InfiniBand ให้แคบลง การพัฒนามาตรฐานนี้อาจเปลี่ยนแนวแบนด์วิธเนื่องจากตัวรับส่งสัญญาณอีเทอร์เน็ตรวมคุณลักษณะความหน่วงต่ำ- ซึ่งก่อนหน้านี้มีเฉพาะใน InfiniBand เท่านั้น

CWDM (มัลติเพล็กซ์การแบ่งความยาวคลื่นหยาบ) และตัวรับส่งสัญญาณ DWDM ปรับแบนด์วิธให้เหมาะสมแตกต่างกัน CWDM ใช้ระยะห่างของความยาวคลื่นที่กว้างขึ้น (20 นาโนเมตร) ซึ่งรองรับช่องสัญญาณน้อยลงแต่มีต้นทุนที่ต่ำกว่าและอุปกรณ์ที่ง่ายกว่า DWDM ใช้ระยะห่างที่จำกัด (0.8 นาโนเมตรหรือน้อยกว่า) เปิดใช้งาน 80+ ช่องสัญญาณบนไฟเบอร์เดี่ยว แต่ต้องใช้เลเซอร์ที่ควบคุมอุณหภูมิ-และออปติกที่ซับซ้อนมากขึ้น

 

กลยุทธ์การปรับใช้แบนด์วิธเชิงปฏิบัติ

 

เริ่มต้นด้วยการวิเคราะห์การเข้าชม เครื่องมือตรวจสอบควรบันทึกการใช้งานสูงสุด การผสมผสานแอปพลิเคชัน และแนวโน้มการเติบโตในช่วงหลายเดือน ลิงก์ที่มีการใช้งานเกิน 70 เปอร์เซ็นต์อย่างต่อเนื่องจำเป็นต้องอัปเกรดแบนด์วิดท์-การรอจนอิ่มตัวจะทำให้ประสิทธิภาพลดลงและการหยุดทำงาน

พิจารณากำหนดเวลาในการปรับใช้ ราคาตัวรับส่งสัญญาณลดลงเมื่อคนรุ่นใหม่เติบโตเต็มที่ การนำ 800G มาใช้ตั้งแต่เนิ่นๆ ช่วยเพิ่มพื้นที่ว่างสูงสุดในอนาคต แต่มีราคาระดับพรีเมียม โดยทั่วไปการรอประมาณ 12-18 เดือนจะช่วยลดต้นทุนลงได้ 30-40 เปอร์เซ็นต์ เนื่องจากขนาดการผลิตและการแข่งขันเพิ่มขึ้น

ประเมินต้นทุนการเป็นเจ้าของทั้งหมด ตัวรับส่งสัญญาณแบนด์วิธที่สูงกว่ามักจะให้ต้นทุนต่อกิกะบิตที่ดีกว่า แม้จะมีราคาสูงกว่าก็ตาม ตัวรับส่งสัญญาณ 400G ที่ราคา 3,000 เหรียญสหรัฐฯ มีราคา 7.50 เหรียญสหรัฐฯ/Gbps ในขณะที่ตัวรับส่งสัญญาณ 100G สี่ตัวที่ราคา 800 เหรียญสหรัฐฯ แต่ละตัวที่ราคา 8 เหรียญสหรัฐฯ/Gbps- อีกทั้งโซลูชัน 400G ต้องใช้พอร์ตสวิตช์น้อยลง เดินสายน้อยลง และใช้พลังงานน้อยลง

ทดสอบความเข้ากันได้อย่างละเอียด หากคุณต้องการ-ช่วงสั้น, โหมดหลาย-, 10G ออปติกพร้อมพอร์ต LC คุณอาจกำลังมองหา SFP-10G-SR เนื่องจากผู้จำหน่ายหลายรายใช้การเข้ารหัสเฉพาะ ตัวรับส่งสัญญาณของบริษัทอื่นอาจทำงานได้ แต่ต้องมีการตรวจสอบกับเวอร์ชันเฟิร์มแวร์ของสวิตช์และคุณลักษณะเฉพาะ เช่น การวัดและส่งข้อมูลทางไกลขั้นสูง

วางแผนโครงสร้างพื้นฐานไฟเบอร์อย่างระมัดระวัง ผู้ปฏิบัติงานศูนย์ข้อมูลสามารถหลีกเลี่ยงค่าใช้จ่ายมหาศาลและความยุ่งยากได้เป็นเวลาหลายปี หากพวกเขาได้ติดตั้งโรงงานเคเบิลไฟเบอร์มัลติโหมด OM4 ที่ได้รับการปรับปรุง และวางแผนที่จะอัปเกรดเป็น 40 หรือ 100 Gb โดยใช้ตัวรับส่งสัญญาณแบบออปติคอล BiDi ตัวรับส่งสัญญาณ BiDi ใช้มัลติเพล็กซ์แบบแบ่งความยาวคลื่นบนไฟเบอร์ดูเพล็กซ์ เพื่อหลีกเลี่ยงการปรับเปลี่ยนไฟเบอร์แบบขนานที่มีราคาแพง

 

การแก้ไขปัญหาข้อจำกัดแบนด์วิธ

 

เมื่อแบนด์วิธของ ttransciver ไม่ได้ให้ประสิทธิภาพตามที่คาดหวัง อาจมีปัจจัยหลายประการที่ต้องรับผิดชอบ ตรวจสอบการตั้งค่าความเร็วและดูเพล็กซ์ที่กำหนดค่าไว้-การเจรจาอัตโนมัติ-ในบางครั้งอาจเลือกพารามิเตอร์ที่ไม่ถูกต้อง โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับ-ออพติกของบุคคลที่สาม

ตรวจสอบระดับพลังงานแสง ตัวรับส่งสัญญาณระบุความไวในการรับ (กำลังขั้นต่ำ) และกำลังอินพุตสูงสุด ช่วงของกำลังแสงที่ได้รับจะแสดงช่วงที่ตัวรับส่งสัญญาณสามารถจัดการได้ ในขณะเดียวกันก็รักษาอัตราข้อผิดพลาดบิตให้ต่ำและอยู่ภายในพารามิเตอร์บางตัว สัญญาณที่อยู่นอกช่วงนี้ทำให้เกิดข้อผิดพลาดซึ่งทำให้แบนด์วิดท์ที่มีประสิทธิภาพลดลง

ตรวจสอบตัวนับข้อผิดพลาด ข้อผิดพลาด CRC ข้อผิดพลาดสัญลักษณ์ และการละทิ้งบ่งชี้ปัญหาเลเยอร์ทางกายภาพที่ทำให้ปริมาณงานลดลง อัตราข้อผิดพลาดแม้แต่น้อย (0.01 เปอร์เซ็นต์) ก็สามารถกระตุ้นให้เกิดค่าใช้จ่ายในการส่งข้อมูลซ้ำจำนวนมากในโฟลว์ TCP ซึ่งลดแบนด์วิดท์ที่มีประสิทธิภาพลง 50 เปอร์เซ็นต์หรือมากกว่า

อุณหภูมิมีความสำคัญ ตัวรับส่งสัญญาณมีการระบุช่วงการทำงาน โดยทั่วไปคือ 0-70 องศา การระบายความร้อนของชั้นวางที่ไม่เพียงพอทำให้เกิดการควบคุมความร้อนโดยที่อุปกรณ์ลดกำลังส่งลงเพื่อป้องกันความเสียหาย ลดระยะขอบของลิงก์และแบนด์วิดท์ที่มีอยู่

 

ประสิทธิภาพแบนด์วิธผ่านการบีบอัดและการเพิ่มประสิทธิภาพ

 

แม้ว่าแบนด์วิดธ์ของตัวรับส่งสัญญาณจะกำหนดความจุทางกายภาพ แต่เทคนิคของเลเยอร์แอปพลิเคชัน-ก็สามารถเพิ่มความจุที่มีประสิทธิผลได้ อุปกรณ์เพิ่มประสิทธิภาพ WAN ใช้การขจัดข้อมูลซ้ำซ้อนและการบีบอัดข้อมูลเพื่อลดไบต์ที่ส่งลง 50-90 เปอร์เซ็นต์สำหรับรูปแบบการรับส่งข้อมูลบางอย่าง

การปรับขนาดหน้าต่าง TCP และการตอบรับแบบเลือกจะปรับปรุงการใช้แบนด์วิดท์บนลิงก์ระยะไกล- พารามิเตอร์ TCP เริ่มต้นสิ้นเปลืองแบนด์วิดท์บนเส้นทางที่มีเวลาแฝงสูง- เนื่องจากผู้ส่งต้องรอการตอบรับก่อนที่จะส่งข้อมูลเพิ่มเติม การปรับพารามิเตอร์เหล่านี้จะกู้คืนความจุ 40-60 เปอร์เซ็นต์บนลิงก์ข้ามทวีป

นโยบายคุณภาพการบริการ (QoS) ให้ความสำคัญกับการรับส่งข้อมูลที่สำคัญ การกำหนดการรับประกันแบนด์วิดท์ให้กับแอปพลิเคชันที่มีความละเอียดอ่อน- ช่วยให้มั่นใจได้ถึงประสิทธิภาพเชิงโต้ตอบ แม้ว่าการถ่ายโอนจำนวนมากจะใช้ความจุที่เหลืออยู่ก็ตาม สิ่งนี้ไม่เพิ่มแบนด์วิธของตัวรับส่งสัญญาณ แต่ปรับปรุงงานที่เป็นประโยชน์ต่อกิกะบิต

 

ความสัมพันธ์ระหว่างแบนด์วิธและเวลาแฝง

 

แบนด์วิธและเวลาแฝงของตัวรับส่งสัญญาณมีความเป็นอิสระแต่เกี่ยวข้องกัน แบนด์วิธที่สูงขึ้นจะช่วยลดความล่าช้าในการซีเรียลไลเซชัน-เวลาในการวางบิตบนสาย แพ็กเก็ตขนาด 1,500 ไบต์ต้องใช้เวลา 120 ไมโครวินาทีในการส่งที่ความเร็ว 100 Mbps แต่เพียง 12 ไมโครวินาทีที่ 1 Gbps

ความล่าช้าในการแพร่กระจาย (ความเร็วของแสงในไฟเบอร์) ยังคงที่โดยไม่คำนึงถึงแบนด์วิธ แสงเดินทางด้วยเส้นใยประมาณ 5 ไมโครวินาทีต่อกิโลเมตร ลิงก์ 100 กม. มีความล่าช้าในการแพร่กระจาย 500 ไมโครวินาที ไม่ว่าจะใช้ตัวรับส่งสัญญาณ 100G หรือ 400G

แอปพลิเคชัน AI มุ่งเน้นไปที่เวลาแฝง ความสม่ำเสมอของเวลาแฝง และเวลาเสร็จสิ้นงาน ทำให้การปรับใช้ 800G ส่วนใหญ่คาดว่าจะเข้าถึงได้น้อย- การเข้าถึงระยะสั้นไม่ได้เกี่ยวกับความล่าช้าในการแพร่กระจาย-แต่เป็นเพราะปริมาณงานของ AI ต้องการแบนด์วิดท์ขนาดใหญ่ซึ่งการเชื่อมต่อโดยตรงระหว่างชั้นวางเท่านั้นที่สมเหตุสมผล

 

ประสิทธิภาพการใช้พลังงานในตัวรับส่งสัญญาณแบนด์วิธสูง-

 

การใช้พลังงานจะปรับขนาดตามแบนด์วิดท์แต่ไม่ได้สัดส่วน. 1.6สายเคเบิลเชื่อมต่อโดยตรงแบบพาสซีฟของ T OSFP ใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยีออปติคอล 200G ต่อเลน ทำให้ได้รับความเร็วการส่งข้อมูลสูงสุด 1.6 Tbps ที่การใช้พลังงานต่ำเป็นพิเศษ- สายเคเบิลแบบพาสซีฟไม่ใช้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ทำงานอยู่ โดยกินไฟเป็นศูนย์วัตต์ในขณะที่ให้แบนด์วิธเต็มรูปแบบสำหรับระยะทางสั้นๆ

สายออปติคัลแบบแอคทีฟ (AOC) ใช้พลังงาน 2-4 วัตต์สำหรับตัวรับส่งสัญญาณ 100G และ 8-12 วัตต์สำหรับรุ่น 400G ตัวรับส่งสัญญาณ 800G QSFP-DD ของ Cisco สำหรับศูนย์ข้อมูลไฮเปอร์สเกล ให้ความจุ 2 เท่าต่อพอร์ต โดยใช้พลังงานน้อยกว่า 9W ประสิทธิภาพนี้ได้รับ-แบนด์วิดท์เพิ่มขึ้นสองเท่าในขณะที่เพิ่มพลังงานเพียง 50 เปอร์เซ็นต์ ทำให้ 800G น่าสนใจสำหรับโรงงานที่มีข้อจำกัดด้านพลังงาน

Linear Pluggable Optics (LPO) ช่วยลดพลังงานเพิ่มเติมโดยการย้ายการประมวลผลสัญญาณดิจิทัลไปที่สวิตช์โฮสต์ ASIC ตัวรับส่งสัญญาณออปติคอล Linear Drive จะลบฟังก์ชันการประมวลผลสัญญาณดิจิทัลออกจากสวิตช์ ASIC ซึ่งแสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพในการลดการกระจายพลังงานและต้นทุน ตัวรับส่งสัญญาณ LPO ใช้พลังงานน้อยกว่าปลั๊กแบบเดิมถึง 40-50 เปอร์เซ็นต์ที่แบนด์วิธที่เท่ากัน

 

มาตรฐานอุตสาหกรรมที่ช่วยให้สามารถทำงานร่วมกันได้

 

ข้อตกลงหลาย-แหล่งที่มา (MSA) ช่วยให้มั่นใจว่าข้อกำหนดแบนด์วิดท์ของตัวรับส่งสัญญาณทำงานได้กับผู้จำหน่าย คณะทำงาน QSFP-DD MSA ก่อตั้งขึ้นในเดือนมีนาคม 2016 เพื่อตอบสนองความต้องการของตลาดสำหรับ-รุ่นต่อไป มีความหนาแน่นสูง-มีรูปแบบโมดูลที่เข้ากันได้ความเร็วสูง- กลุ่มอุตสาหกรรมเหล่านี้กำหนดขนาดทางกล อินเทอร์เฟซทางไฟฟ้า และข้อกำหนดด้านความร้อน

มาตรฐาน IEEE ควบคุมอัตราอีเธอร์เน็ตและการส่งสัญญาณ มาตรฐาน 400G Ethernet (IEEE 802.3bs) ระบุตัวแปรฟิสิคัลเลเยอร์หลายแบบ: 400GBASE-SR8 สำหรับไฟเบอร์มัลติโหมด, 400GBASE-DR4 สำหรับไฟเบอร์โหมดเดี่ยวสูงถึง 500 ม. และ 400GBASE-FR4 สำหรับระยะทาง 2 กม. แต่ละตัวแปรใช้แบนด์วิธของตัวรับส่งสัญญาณที่แตกต่างกันซึ่งปรับให้เหมาะกับแอปพลิเคชันเฉพาะ

การใช้สถาปัตยกรรมเครือข่ายระดับไฮเอนด์- 5G ที่บูรณาการเข้ากับตัวรับส่งสัญญาณแบบออปติคัลเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการพัฒนา-เครือข่ายที่มีแบนด์วิธสูง. 5 ลิงก์ G fronthaul และ backhaul ใช้อินเทอร์เฟซแบนด์วิดท์ของตัวรับส่งสัญญาณมาตรฐาน (รุ่น 25G และ 100G) เพื่อให้แน่ใจว่าอุปกรณ์จากผู้ขายที่แตกต่างกันจะเชื่อมต่อถึงกันอย่างถูกต้อง

 

คำถามที่พบบ่อย

 

ฉันจะคำนวณแบนด์วิธ ttransciver ที่จำเป็นสำหรับการออกแบบสวิตช์ได้อย่างไร

แบนด์วิดท์เท่ากับอัตราข้อมูลต่อช่องคูณด้วยจำนวนช่อง โดยลิงก์ PAM4 นับเป็นสองช่องต่อช่องทางทางกายภาพ รวมอัตราข้อมูลตัวรับส่งสัญญาณที่ใช้งานอยู่ทั้งหมด โดยใช้ตัวคูณ 2x สำหรับช่อง PAM4 เพื่อกำหนดแบนด์วิดท์สะสม อยู่ต่ำกว่าค่าสูงสุดของอุปกรณ์เพื่อหลีกเลี่ยงข้อผิดพลาด

ฉันสามารถผสมตัวรับส่งสัญญาณแบนด์วิธที่แตกต่างกันในเครือข่ายเดียวกันได้หรือไม่

ใช่ แต่จงวางแผนอย่างรอบคอบ ลิงก์แบนด์วิธที่สูงกว่า-สามารถเชื่อมต่อกับอุปกรณ์ที่มีแบนด์วิธที่ต่ำกว่า-ได้ หากสวิตช์รองรับโหมดแยกหรือโดยการยอมรับความเร็วที่ไม่ตรงกัน กำหนดค่า QoS เพื่อป้องกันความแออัดที่จุดคอขวดซึ่งเป็นจุดที่ลิงก์เร็วและช้ามาบรรจบกัน ตรวจสอบให้แน่ใจว่าโปรโตคอลที่สอดคล้องกันและความเข้ากันได้ของความยาวคลื่น

ฉันสามารถคาดหวังการเพิ่มแบนด์วิธอะไรได้บ้างจากการอัพเกรดตัวรับส่งสัญญาณ 100G เป็น 400G

แบนด์วิธทางกายภาพเพิ่มขึ้น 4 เท่า แต่ความจุที่เพิ่มขึ้นอย่างมีประสิทธิภาพนั้นขึ้นอยู่กับการสมัครใช้งานมากเกินไปและการผสมผสานแอปพลิเคชัน หากลิงก์ 100G ในปัจจุบันมีการใช้งานเฉลี่ย 60 เปอร์เซ็นต์ คาดว่ารูปแบบการรับส่งข้อมูลเดียวกันจะใช้ 15 เปอร์เซ็นต์ของความจุ 400G พิจารณาการเติบโตก่อนประกาศกำลังการผลิตส่วนเกิน

การทำงานของไฟเบอร์ที่นานขึ้นจะลดแบนด์วิธของตัวรับส่งสัญญาณที่มีอยู่หรือไม่

ไม่มี-แบนด์วิธคงที่ แต่ข้อจำกัดในการเข้าถึงอาจทำให้-ตัวรับส่งสัญญาณมีอัตราต่ำกว่า ตัวรับส่งสัญญาณ 400G-DR4 ทำงานได้ไกลถึง 500 ม. ในขณะที่ 400G-FR4 ขยายได้ถึง 2 กม. โดยใช้ออปติกที่แตกต่างกัน การลดทอน การกระจายตัว และงบประมาณด้านพลังงานจำกัดระยะทาง ไม่ใช่แบนด์วิดท์เอง เลือกตัวรับส่งสัญญาณที่ได้รับการจัดอันดับสำหรับการเข้าถึงที่ต้องการ