随着互联网的高速发展,网路上的数据信息呈爆发式增长,云服务逐渐走入用户的视野,也正是消费者和企业的云业务推动着数据中心向前发展。数据中心和外界互联有两个通道,第一个是数据中心和互联网用户互联,第二个是数据中心之间的互联。数据流量的增长使得数据中心之间互联面临许多问题。2015 年 10 月美高森美斥资 24 亿美元收购了老牌半导体厂商 PMC-Sierra,获得存储、OTN 传输网络、扩展器和控制器等服务能力,如今我们看到,美高森美携手 ClariPhy 帮助超大规模数据中心应对这些挑战。

 

数据中心互联前景可观且快速增长
有人对 Facebook 的数据中心进行了 24 小时监控后发现,其中 60%的数据流量来自数据中心内部的数据交换,18%到 20%是数据中心之间的流量交换。一个超大规模数据中心一般有 20W 台服务器,数据中心之间互联带宽可以达到 960T,这相对于运营商的局之间的数据互联达到了 40 倍的数据增长,由此可见,数据中心之间的流量非常可观。另外,传统的数据中心已经发展到大型仓库规模数据中心,接下来分布式数据中心将会提上日程,数据中心互联就随之变成一个重要的课题。美高森美产品市场经理 Kevin So 解释,“分布式数据中心的网络构架需要大量的光传输带宽,光传输网络的市场规模预计 140 亿到 160 亿美金,数据中心互联大约会占到 15%,市场前景非常可观,并且增长很快。”

 


美高森美产品市场经理 Kevin So

 

光传输进入数据中心面临的挑战

光传输进入数据中心需要和数据中心的冷却方式相匹配。数据中心通常采用冷热通道的冷却结构,机柜之间一般面对面,背对背,面对面的通道称为冷通道,背对背的通道成为热通道。这样冷通道和热通道隔离开来,可以最大效率实现冷却。ClariPhy 亚太区高级总监 Andrew Qiu 指出,“光传输设备如果想进入数据中心内部,通常也会采用从前往后的冷却方式,以至于不会影响数据中心的已有布局。对于光传输设备从下往上的方式排热,如果想进入数据中心需要做相应的优化和改造。”

 

 

数据中心互联通常采用两种方式,一种是暗光纤,一种是租用线路,ICP 会根据网络的实际需求二者兼用。另外,数据外泄问题严重,物理层加密成为必须。对于数据外泄我们记忆最深刻的就是斯诺登事件,据统计每次数据外泄都会造成 3800 万美元的损失,预计到 2019 年每年造成的数据外泄高达 2.1 万亿美元。因此,ICP 强制新的加密政策以防止数据外泄,并强制数据在离开数据中心的时候必须进行物理层加密,这也驱动 DWDM 平台的加密需求。

 

SDN 应用在光传输中不仅要能控制数据中心内部的设备,而且要求扩展到数据中心外部设备,也就是只要被数据中心应用,都要求通过 SDN 的方式进行管理。电信运营要求原有的网关系统明确给出南向接口,而互联网公司要求南向和北向接口都给出。在数据中心和互联网领域,要求 SDN 会直接进入设备内部。

 

相干光技术:未来会是 DCI 网络的首选
针对 DCI 优化的光传输设备需要支持 DC 光模块,DCI 对客户端光模块的的要求不同,电信运营商在 10G 选用 XFP 和 SFP+,在 40G 选用 CFP,在 100G 选用 CFP、CFP2 和 CFP4。而数据中心一般需要采用端口密度比较高的光模块,10G 和 4G 选用 QSFP+,100G 选用 QSFP28。

 

相干光传输是唯一一种在提供大容量传输的同时能够降低每比特成本的技术。相干光传输中的关键器件是 DSP,其会将光域上的传输损伤在电域里通过数字方式进行补偿,这样就会省去昂贵的色散补偿模块(DCM);这样也便于网络管理,可扩展到每波长 400G 或更高,用更大的容量来降低每比特成本,因此相干光技术是业界一致公认的 100G 及以上的传输首选技术。

 

芯片厂商如何支持光传输进入数据中心?
数据中心互联的需求最终会落实到两个器件:相干 DSP 和 OTN 处理器,它们能够满足所有 DCI 的需求。目前,各个光传输设备厂家都针对数据中心互联提供了新一代的光传输平台。他们产品性能和特性的共同点包括:支持 DC 客户端光模块(QSFP,QSFP28 等);支持由前向后的空气流通;支持交直流供电;控制层软件最小化甚至没有;开放的 API 和 OS(Linux,SDN 北向 API 等)。

 

另一个数据中心互联的重点是 OTN 网络协议。OTN 优势在于:可以从 1G 扩展到 100G 或更高;针对波长的 OAM 管理(快速故障隔离,保护倒换);低延时,透明承载所有业务; 用汇聚高效的利用 100G 波长;节省成本:和电信运营商用的同样技术;让线速 / 满带宽加密成为可能。

 

美高森美支持 G.Hao 方案的演示

DCI 流量在运营商网络传输时可利用 OTN 交换的好处,给运营商带来创收的机会。例如:数据中心之间的带宽点播,白天 DC 间开启最小带宽,保证业务支持;夜间 DC 间开启最大带宽(缓存,数据库镜像等)以享受更低的电费的带宽费。有人会问 OTN 交换是如何做到这些的?答案就是用 G.HAO 动态调整 ODUflex 的大小,美高森美的 DIGI 系列是业界第一个支持 G.Hao 的方案。Kevin So 指出,“同时,美高森美的 DIGI-G4 OTN 处理器帮助客户将光传送设备的 100G OTN 端口密度提高一倍,同时实现每 100G 端口功耗减少 50%。此外,客户可以通过重用现有 100G OTN 设计在 DIGI 软件方面的投资,获取显着的上市时间优势。这些基于 DIGI-120G 的设计现已付运用于运营商和超大规模数据中心互连(DCI)网络中。”

 

ClariPhy 是美高森美的合作伙伴,专注于研发相干光通信 DSP 产品。Andrew Qiu 介绍,“ClariPhy 是业界首个量产的 28nm FlexCoherent DSP 的公司,已在全球的电信和 DCI 网络中运行,翻倍光模块上的光纤容量达到每光纤最高 25Tbps,光模块成本减半,OSNR 利用多调制在可及的 OSNR 条件下达到最大容量,具有 200G 16QAM, 100G QPSK 和 40G QPSK;助力 DCI 从城域走向海底电缆。目前我们已经推出了 LightSpeed 系列产品,包括 LightSpeed III–Ultra FlexCoherent,每光纤 70Tbps– 破纪录的性能,每线卡 6.4Tbps;每波长 400G 或以上的成本拦腰对折。LightSpeed II–Flex Coherent DSP 是 业界首个 28nm 单芯片, 200/100/40G 相 DSP, 最先上市的 200G 16QAM SoC;每比特成本降 50%;LightSpeed I Industry’s first DSP 是业界首个单芯片 40/50G 相干 DSP。”

 

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