用“OTN處理器+相干DSP”實(shí)現1.6Tbps+ 數據中心互聯(lián)平臺

　　數據中心離不開(kāi)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)現數據中心互聯(lián)(DCI)?日前，在北京舉行的“2016中國光網(wǎng)絡(luò )研討會(huì )”上，Microsemi公司產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理Kevin So和ClariPhy亞太區高級總監Andrew Qiu介紹了從器件角度看的DCI挑戰，并推出以OTN處理器和相干DSP為核心技術(shù)開(kāi)發(fā)出的新一代平臺設備。

DCI快速增長(cháng)

　　針對中國互聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)的數據顯示，每分鐘有大量的數據產(chǎn)生。實(shí)際上，消費者和企業(yè)的云業(yè)務(wù)時(shí)時(shí)刻刻都在推動(dòng)著(zhù)數據中心的發(fā)展。

　　數據中心(DC)的架構包括存儲設備、服務(wù)器以及大量的交換設備。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)數據中心，即數據中心的互聯(lián)(DCI)。DCI是本文關(guān)注的內容。

　　Facebook(臉書(shū))曾觀(guān)測了數據中心24小時(shí)流量，統計表明，其中58%是內部交換，18%是數據中心之間的交換(如圖1)。這18%是很可觀(guān)的。一般超大規模數據中心(DC之間 / 東-西向互聯(lián))約有20萬(wàn)服務(wù)器，相當于960Tbps DCI帶寬。而傳統的電信運營(yíng)商/服務(wù)商的兩個(gè)局端設備之間流量只有25Tbps。相比之下，數據中心的流量是普通電信流量的40倍!這說(shuō)明數據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據中心的崛起。數據中心的演進(jìn)分為三步。1.傳統數據中心，一般建在大樓里;2.大型倉庫規模數據中心，例如這兩年貴州正在興建的大型數據中心;3.下一步是城域范圍的分布式數據中心，其邏輯上是單個(gè)巨無(wú)霸數據中心。而分布式數據中心的網(wǎng)絡(luò )構架需要大量的光傳輸帶寬。

　　那么，ICP(網(wǎng)絡(luò )內容服務(wù)商)DCI的市場(chǎng)到底有多大?據Ovum等公司分析，到2019年，光傳輸設備市場(chǎng)規模預計在150億美元市場(chǎng)規模。其中數據中心會(huì )占到15%。所以DCI會(huì )占可觀(guān)的比例(如圖2)。

DCI的需求

　　1.DC內部的冷卻要求。

　　數據中心(DC)的規模動(dòng)輒上萬(wàn)、幾十萬(wàn)服務(wù)器/交換機，功耗越來(lái)越高，因此，散熱非常重要。數據中心大多遵循“熱通道和冷通道”的結構布局。為此，DC機架上的光傳輸設備必須與散熱結構對應。

　　2.數據中心的連接通常有兩種方法：暗光纖和租用線(xiàn)。

　　暗光纖相當于利用光纖電纜線(xiàn)構建私有專(zhuān)網(wǎng)，因此ICP(互聯(lián)網(wǎng)內容提供商)需要自己購買(mǎi)光傳輸設備，ICP也需要運行維護自己的網(wǎng)絡(luò )。不過(guò)，暗光纖并非隨處可得，與地區/環(huán)境有關(guān)，例如在北美，城域和長(cháng)距離均有穩定的保障;在中國，城域有可能，長(cháng)距離基本沒(méi)戲。

　　租用線(xiàn)相當于向傳統CSP(通信服務(wù)提供商)購買(mǎi)波長(cháng)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(xiàn)兩種方式。

　　3.DC間需要物理層加密。

　　自從斯諾登“棱鏡門(mén)”事件以后，ICP強制推出新的加密政策以防止數據外泄，即數據在離開(kāi)DC的任何時(shí)候要進(jìn)行物理層加密，這驅動(dòng)了DWDM平臺的加密需求。

　　另一個(gè)要求是SDN的控制與管理。當前每個(gè)設備商會(huì )有網(wǎng)管系統，都有特殊的接口。普通電信運營(yíng)商用自己的網(wǎng)管系統?；ヂ?lián)網(wǎng)ICP客戶(hù)不僅有北向接口，還有南向接口。這要求設備內部之間支持開(kāi)放性的標準。因此對DCI端口協(xié)議和端口速率提出要求，預測如圖3所示。10G以太網(wǎng)會(huì )繼續成為連接DC交換機的主流速率和協(xié)議;40GE僅限于少數ICP(比如Microsoft/Azure);100G端口今年才在市場(chǎng)出現，因為QSFP28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DCI優(yōu)化的光傳輸設備需要支持DC光模塊。

相干光傳輸是100G及以上傳輸的首選

　　目前，業(yè)界一致公認相干光是100G及以上傳輸的首選，可以在100G和超100G上實(shí)現最低總擁有成本(TCO)。方法是關(guān)鍵器件采用DSP，因為基于CMOS的DSP可對光纖噪聲損耗進(jìn)行數字補償;可免去昂貴的色散補償模塊(DCM);而且可以方便網(wǎng)絡(luò )管理，支持多種傳輸方式，靈活的架構適合光纖長(cháng)度的變化;采用新DSP可擴展到每波長(cháng)400G或更高，用更大的容量來(lái)降低每比特成本;另外，可以節省成本，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升級到70Tbps的唯一選擇。 相干WDM光模塊演進(jìn)趨勢如圖4所示。

　　超大規模DC的趨勢和要求促使OEM(原始設備生產(chǎn)商)開(kāi)發(fā)出新一代DCI優(yōu)化平臺，其特點(diǎn)是：支持DC客戶(hù)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(méi)有;開(kāi)放的API和OS(Linux、SDN北向API等)。

　　在產(chǎn)品規格方面，客戶(hù)端速率有10G、40G和100G。WDM線(xiàn)路側速率：相干100G和200G。尺寸是與服務(wù)器類(lèi)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

　　為何數據中心互聯(lián)選擇OTN做網(wǎng)絡(luò )協(xié)議?好處是可以從1G擴展到100G或更高;具有針對波長(cháng)的OAM管理(快速故障隔離和保護倒換);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(cháng);節省成本(因為和電信運營(yíng)商采用的是同樣的技術(shù));讓線(xiàn)速/滿(mǎn)帶寬加密成為可能。

　　DCI流量在運營(yíng)商網(wǎng)絡(luò )傳輸時(shí)可利用OTN交換的好處是：1.給運營(yíng)商帶來(lái)創(chuàng )收機會(huì );2.可帶來(lái)新的應用，例如數據中心之間的帶寬點(diǎn)播;3.白天，DC間開(kāi)啟最小帶寬(保證業(yè)務(wù)支持)，夜間，DC間開(kāi)啟最大帶寬(緩存數據庫鏡像等)，以享受更低電費的帶寬費。

　　OTN交換是如何做到這些的?主要是用G.HAO動(dòng)態(tài)調整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(mǎn)足DCI要求

　　由于ICP對傳輸的要求與運營(yíng)商不同，因此OEM需要以OTN處理器和相干DSP為核心技術(shù)開(kāi)發(fā)出為DCI優(yōu)化的新一代平臺設備。Microsemi和ClariPhy可助力1.6Tbps+ 優(yōu)化的DCI平臺。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)源于中國科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2016年第6期第77頁(yè)，歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用，并注明出處。