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          云數據中心光模塊/光器件需求類型

          作者:武漢昱升光器件有限公司 日期:2020-09-08 08:48:50 點擊數:

                  隨著云計算的滲透,傳統 IT 架構向云架構遷移,傳統數據中心將逐步被云數據中心取代,催生海量的高速光模塊需求。

                  1)傳統數據中心內部網絡光纖滲透率低,云數據中心服務器接入仍存在銅纜(DAC),交換機互聯已全面使用光纖傳輸;

                 2)傳統數據中心主要在采用 1G/10G 低速光模塊,云數據中心主要使用 40G/100G高速光模塊;

                 3)傳統數據中心以南北向流量為主,云數據中心東西向流量崛起,催生大量的東西向連接,大幅拉升單服務器光模塊使用量。目前,高速光模塊需求以北美為主,北美云巨頭亞馬遜、微軟和互聯網巨頭谷歌、Facebook 已基本轉向 25G/100G 平臺,而國內國內 BAT 正從 10G/40G 向 25G/100G 平臺升級,相比北美互聯網巨頭,需求量相對還較小。

                 為什么云數據中心對光模塊的需求如此大

          傳統數據中心主要承載是客戶機/服務器模式的應用,其流量以南北向(客戶機與服務器之間)為主,網絡是典型的三層架構,包括接入、匯聚和核心。在該架構下,數據中心內不在同一網段上的服務器間通信必須通過接入層-匯聚層-核心層-匯聚層-接入層的路徑。

          如果把云數據中心類比為超級大腦,其內部高速光互聯即是其強大的神經網絡。云數據中心要求服務器間的數據交互,流量以數據中心內部服務器之間交互的東西向流量為主,根據思科,云數據中心中 76%的流量為東西向流量。數據中心流量由“南北”為主轉變為“東西”為主,推動數據中心向便于東西向傳輸的葉脊(leaf -Spine)網絡結構演進,該結構主要由葉交換層和脊交換層兩部分組成,集群內每一個葉交換節點都與每一個脊交換節點相連,集群內部不同機架中任意兩臺服務的通信,只需要經過 ToR-->集群交換機-->ToR,減少阻塞、降低延遲、提升了服務器間的交互效率,同時,便于根據業務需要逐漸增加交換機和網絡設備進行擴容,擴展性強。

                  傳統三層網絡架構下,單個集群規模小,匯聚層和核心層的連接有限,而葉脊(leaf-Spine)網絡架構支持超大規模服務器集群,2014 年 Facebook 宣稱其 Altoona 數據中心一個服務器集群可支持 10 萬臺服務器,大規模集群中葉交換節點和脊交換節點互聯,大大增加了云數據中心光纖連接數,從而衍生海量的光模塊需求。

                   粗略測算,同樣出口流量的云數據中心光模塊用量為傳統數據中心的 5 倍以上。出口流量即為南北流量,對于傳統數據中心,以內部流量以南北流量為主,內部流量與出口流量相當;對于云數據中心,東西流量崛起,以思科的數據測算,東西向流量是南北向流量的 4.5 倍(76%/17%),粗略測算,相當于需新增 4.5 倍的光模塊需求。
           

                 數據中心光模塊類型
                 云數據中心內部連接包括兩層,一層是服務器接入,即服務器到架頂交換機(Server-TOR),一層是交換機互聯(包括 ToR、Leaf 、Spine、Core 交換機)。而數據中心間的互聯,即 DCI,主要是不同數據中心間 Core交換機的連接。目除服務器接入仍然有部分在使用 DAC(Direct Attach Cable,直連銅纜)外,光連接已經全面滲透云數據中心。

          從速率來說,數據中心光模塊產品有 10G、25G、40G、100G(封裝形式分別主要為 SFP/SFP+、SFP28、QSFP+、QSFP28),且已有廠商推出 200G、400G 產品。一般而言,交換機互聯使用的接口帶寬是服務器接入的 4 倍,在 10G/40G 平臺,服務器接入使用 10G DAC(Direct Attach Cable,直連銅纜)或 10G AOC(Active OpticalCable,有源光纜),交換機互聯采用 40G 光模塊,在 25G/100G 平臺,服務器接入使用 25G DAC 或 25G AOC,交換機互聯采用 100G 光模塊。

                 數據中心互連場景的多樣化及客戶需求的個性化特征,催生對不同類型光模塊的需求。為滿足不同傳輸距離和布線的要求,同一速率產品又分為多種品類,以 100G 產品為例主流的品類有:AOC(Active Optical Cable)、SR4(Short Reach 4 lanes)、PSM4(Paralell Single Mode 4 lanes)、CWDM4/CLR4(Coarse Wavelength Division Multiplexing 4 lanes)、LR4(Long Reach 4 lanes)。服務器到 ToR 的連接主要使用 DAC/AOC,ToR 到 Leaf 主要使用 AOC/SR4/PSM4,Leaf 到 Spine 主要使用 PSM4/CWDM4,Spine 到 Core 主要使用 CWDM4/LR4,DCI 主要使用 LR4/ER4/相干。


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