數(shù)據(jù)中心大規(guī)模并行化

3月，光網(wǎng)絡(luò)與通信研討會(huì)及博覽會(huì)OFC 2023在美國(guó)順利舉辦，其中有個(gè)研討話題：Slow and Wide versus Fast and Narrow: How do we make our Datacenters Green? 討論在數(shù)據(jù)中心內(nèi)，如果以功耗最優(yōu)為目標(biāo)，應(yīng)該采用更高波特率方案？還是采用并行的低波特率方案？這些現(xiàn)象的背后，是帶寬增長(zhǎng)下，香農(nóng)極限(Sharron Limit)的逼近和摩爾定律(Moore Law)的放緩，不得不采用類似計(jì)算領(lǐng)域的并行化思路。討論這種并行化是否是一個(gè)發(fā)展方向？讓我們就這個(gè)議題，來討論下關(guān)于數(shù)據(jù)中心大規(guī)模并行化。

數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，且光纖數(shù)量不是主要問題。主要訴求是大帶寬、低功耗以及低時(shí)延要求。大規(guī)模并行化方案應(yīng)該可以有效解決帶寬增長(zhǎng)需求。大規(guī)模并行方案也可能通過省掉SERDES、CDR等功耗占比高的功能單元，獲得功耗優(yōu)勢(shì)。

在DCN網(wǎng)絡(luò)條件下，傳輸距離一般在2km以內(nèi)，仍然是以IMDD方案為主，受器件帶寬和調(diào)制效率的約束。所謂的100G實(shí)際是4×25G或2×50G，而400G實(shí)際是16×25G、8×50G或4×100G。本質(zhì)上已經(jīng)是并行化思路，但是限于局部傳輸鏈路，且沒有為功耗優(yōu)化。

采用單LANE按功耗優(yōu)化的大規(guī)模并行化的思路有一個(gè)好處，即網(wǎng)絡(luò)可以利用光層開關(guān)特性，以較低粒度的單LANE速率進(jìn)行調(diào)度，形成一個(gè)可重構(gòu)的光層網(wǎng)絡(luò)。

Google在SIGCOMM 2022上的介紹了Jupiter Evolving思路，該思路的核心是將SPINE用MEMS光交叉替代掉，以達(dá)到DCN整體容量可以持續(xù)擴(kuò)容的目的。Jupiter采用的光模塊是40G：4×10G NRZ, 100G：4×25G NRZ， 400G：8×50G PAM4，要求高速模塊具有兼容低速模塊的能力。該方案以端口為調(diào)度顆粒，但技術(shù)上應(yīng)可以實(shí)現(xiàn)以單LANE速率為單位進(jìn)行調(diào)度。

總的來說，在數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中，由于帶寬需求增長(zhǎng)仍然很快，功耗壓力持續(xù)增大。與此同時(shí)，業(yè)界和學(xué)術(shù)界都在嘗試將光開關(guān)技術(shù)應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心。兩種趨勢(shì)可能推動(dòng)在數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中大規(guī)模并行方案的發(fā)展。

審核編輯：湯梓紅