用“OTN處理器+相干DSP”實(shí)現(xiàn)1.6Tbps+ 數(shù)據(jù)中心互聯(lián)平臺(tái)

　　數(shù)據(jù)中心離不開光傳輸網(wǎng)絡(luò)(OTN)，而芯片則是OTN底層的硬件。從芯片角度如何實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心互聯(lián)(DCI)?日前，在北京舉行的“2016中國(guó)光網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)”上，Microsemi公司產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理Kevin So和ClariPhy亞太區(qū)高級(jí)總監(jiān)Andrew Qiu介紹了從器件角度看的DCI挑戰(zhàn)，并推出以OTN處理器和相干DSP為核心技術(shù)開發(fā)出的新一代平臺(tái)設(shè)備。

DCI快速增長(zhǎng)

　　針對(duì)中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)用戶的數(shù)據(jù)顯示，每分鐘有大量的數(shù)據(jù)產(chǎn)生。實(shí)際上，消費(fèi)者和企業(yè)的云業(yè)務(wù)時(shí)時(shí)刻刻都在推動(dòng)著數(shù)據(jù)中心的發(fā)展。

　　數(shù)據(jù)中心(DC)的架構(gòu)包括存儲(chǔ)設(shè)備、服務(wù)器以及大量的交換設(shè)備。和外界互聯(lián)主要有兩種通道：1.去互聯(lián)網(wǎng);2.去另一個(gè)數(shù)據(jù)中心，即數(shù)據(jù)中心的互聯(lián)(DCI)。DCI是本文關(guān)注的內(nèi)容。

　　Facebook(臉書)曾觀測(cè)了數(shù)據(jù)中心24小時(shí)流量，統(tǒng)計(jì)表明，其中58%是內(nèi)部交換，18%是數(shù)據(jù)中心之間的交換(如圖1)。這18%是很可觀的。一般超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心(DC之間 / 東-西向互聯(lián))約有20萬(wàn)服務(wù)器，相當(dāng)于960Tbps DCI帶寬。而傳統(tǒng)的電信運(yùn)營(yíng)商/服務(wù)商的兩個(gè)局端設(shè)備之間流量只有25Tbps。相比之下，數(shù)據(jù)中心的流量是普通電信流量的40倍!這說明數(shù)據(jù)中心之間的流量激增劇烈。

　　推動(dòng)DCI發(fā)展的因素主要是分布式數(shù)據(jù)中心的崛起。數(shù)據(jù)中心的演進(jìn)分為三步。1.傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心，一般建在大樓里;2.大型倉(cāng)庫(kù)規(guī)模數(shù)據(jù)中心，例如這兩年貴州正在興建的大型數(shù)據(jù)中心;3.下一步是城域范圍的分布式數(shù)據(jù)中心，其邏輯上是單個(gè)巨無(wú)霸數(shù)據(jù)中心。而分布式數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架需要大量的光傳輸帶寬。

　　那么，ICP(網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容服務(wù)商)DCI的市場(chǎng)到底有多大?據(jù)Ovum等公司分析，到2019年，光傳輸設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)在150億美元市場(chǎng)規(guī)模。其中數(shù)據(jù)中心會(huì)占到15%。所以DCI會(huì)占可觀的比例(如圖2)。

DCI的需求

　　1.DC內(nèi)部的冷卻要求。

　　數(shù)據(jù)中心(DC)的規(guī)模動(dòng)輒上萬(wàn)、幾十萬(wàn)服務(wù)器/交換機(jī)，功耗越來(lái)越高，因此，散熱非常重要。數(shù)據(jù)中心大多遵循“熱通道和冷通道”的結(jié)構(gòu)布局。為此，DC機(jī)架上的光傳輸設(shè)備必須與散熱結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)。

　　2.數(shù)據(jù)中心的連接通常有兩種方法：暗光纖和租用線。

　　暗光纖相當(dāng)于利用光纖電纜線構(gòu)建私有專網(wǎng)，因此ICP(互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容提供商)需要自己購(gòu)買光傳輸設(shè)備，ICP也需要運(yùn)行維護(hù)自己的網(wǎng)絡(luò)。不過，暗光纖并非隨處可得，與地區(qū)/環(huán)境有關(guān)，例如在北美，城域和長(zhǎng)距離均有穩(wěn)定的保障;在中國(guó)，城域有可能，長(zhǎng)距離基本沒戲。

　　租用線相當(dāng)于向傳統(tǒng)CSP(通信服務(wù)提供商)購(gòu)買波長(zhǎng)或以太網(wǎng)傳輸服務(wù)。

　　通常情況下，ICP會(huì)同時(shí)兼用暗光纖和租用線兩種方式。

　　3.DC間需要物理層加密。

　　自從斯諾登“棱鏡門”事件以后，ICP強(qiáng)制推出新的加密政策以防止數(shù)據(jù)外泄，即數(shù)據(jù)在離開DC的任何時(shí)候要進(jìn)行物理層加密，這驅(qū)動(dòng)了DWDM平臺(tái)的加密需求。

　　另一個(gè)要求是SDN的控制與管理。當(dāng)前每個(gè)設(shè)備商會(huì)有網(wǎng)管系統(tǒng)，都有特殊的接口。普通電信運(yùn)營(yíng)商用自己的網(wǎng)管系統(tǒng)。互聯(lián)網(wǎng)ICP客戶不僅有北向接口，還有南向接口。這要求設(shè)備內(nèi)部之間支持開放性的標(biāo)準(zhǔn)。因此對(duì)DCI端口協(xié)議和端口速率提出要求，預(yù)測(cè)如圖3所示。10G以太網(wǎng)會(huì)繼續(xù)成為連接DC交換機(jī)的主流速率和協(xié)議;40GE僅限于少數(shù)ICP(比如Microsoft/Azure);100G端口今年才在市場(chǎng)出現(xiàn)，因?yàn)镼SFP28模塊的供給困難限制了早期的推廣;不同垂直市場(chǎng)的DC要求更多的協(xié)議，例如金融/政府偏向光纖通道，因此會(huì)喜歡采用光模塊;海底電纜采用OTU4，中小企業(yè)采用POS/STM-64。因此，要求針對(duì)DCI優(yōu)化的光傳輸設(shè)備需要支持DC光模塊。

相干光傳輸是100G及以上傳輸?shù)氖走x

　　目前，業(yè)界一致公認(rèn)相干光是100G及以上傳輸?shù)氖走x，可以在100G和超100G上實(shí)現(xiàn)最低總擁有成本(TCO)。方法是關(guān)鍵器件采用DSP，因?yàn)榛贑MOS的DSP可對(duì)光纖噪聲損耗進(jìn)行數(shù)字補(bǔ)償;可免去昂貴的色散補(bǔ)償模塊(DCM);而且可以方便網(wǎng)絡(luò)管理，支持多種傳輸方式，靈活的架構(gòu)適合光纖長(zhǎng)度的變化;采用新DSP可擴(kuò)展到每波長(zhǎng)400G或更高，用更大的容量來(lái)降低每比特成本;另外，可以節(jié)省成本，和電信網(wǎng)絡(luò)用的是同樣的技術(shù);未來(lái)是單光纖(L+C波段)從10Tbps升級(jí)到70Tbps的唯一選擇。 相干WDM光模塊演進(jìn)趨勢(shì)如圖4所示。

　　超大規(guī)模DC的趨勢(shì)和要求促使OEM(原始設(shè)備生產(chǎn)商)開發(fā)出新一代DCI優(yōu)化平臺(tái)，其特點(diǎn)是：支持DC客戶端光模塊(QSFP、QSFP28等);支持由前向后的空氣流通;支持交直流供電;控制層軟件最小化甚至沒有;開放的API和OS(Linux、SDN北向API等)。

　　在產(chǎn)品規(guī)格方面，客戶端速率有10G、40G和100G。WDM線路側(cè)速率：相干100G和200G。尺寸是與服務(wù)器類似的1~2RU。另外，DCI特殊性能是加密和便于SDN控制的LLDP。

OTN是DCI首選的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

　　為何數(shù)據(jù)中心互聯(lián)選擇OTN做網(wǎng)絡(luò)協(xié)議?好處是可以從1G擴(kuò)展到100G或更高;具有針對(duì)波長(zhǎng)的OAM管理(快速故障隔離和保護(hù)倒換);低延時(shí)，透明承載所有業(yè)務(wù);用匯聚高效地利用100G波長(zhǎng);節(jié)省成本(因?yàn)楹碗娦胚\(yùn)營(yíng)商采用的是同樣的技術(shù));讓線速/滿帶寬加密成為可能。

　　DCI流量在運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)可利用OTN交換的好處是：1.給運(yùn)營(yíng)商帶來(lái)創(chuàng)收機(jī)會(huì);2.可帶來(lái)新的應(yīng)用，例如數(shù)據(jù)中心之間的帶寬點(diǎn)播;3.白天，DC間開啟最小帶寬(保證業(yè)務(wù)支持)，夜間，DC間開啟最大帶寬(緩存數(shù)據(jù)庫(kù)鏡像等)，以享受更低電費(fèi)的帶寬費(fèi)。

　　OTN交換是如何做到這些的?主要是用G.HAO動(dòng)態(tài)調(diào)整ODUflex的大小。Microsemi公司的DIGI系列芯片是支持G.Hao方案的OTN 處理器。

相干DSP + OTN 處理器可以滿足DCI要求

　　由于ICP對(duì)傳輸?shù)囊笈c運(yùn)營(yíng)商不同，因此OEM需要以O(shè)TN處理器和相干DSP為核心技術(shù)開發(fā)出為DCI優(yōu)化的新一代平臺(tái)設(shè)備。Microsemi和ClariPhy可助力1.6Tbps+ 優(yōu)化的DCI平臺(tái)。Microsemi有高密度的單芯片Nx10/40/100G OTN處理器——DIGI4，不僅每端口功耗減半，還具備OTN加密功能。ClariPhy公司的LightSpeed II作為業(yè)界第一款40/100/200G FlexCoherent DSP已經(jīng)量產(chǎn)。

本文來(lái)源于中國(guó)科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2016年第6期第77頁(yè)，歡迎您寫論文時(shí)引用，并注明出處。