Tầm quan trọng của module quang trong trung tâm dữ liệu data center

Tổng lưu lượng truy cập trung tâm dữ liệu (tất cả lưu lượng truy cập bên trong và bên ngoài trung tâm dữ liệu) dự kiến ​​sẽ đạt gần 20 Zbyte một năm vào năm 2021, tăng từ chỉ 7 Zbyte vào năm 2016. Lưu lượng trung tâm dữ liệu trên toàn thế giới sẽ tăng với tốc độ gộp hàng năm là 25 % và lưu lượng truy cập trung tâm dữ liệu đám mây sẽ tăng với tốc độ gộp hàng năm là 27%. Từ năm 2016 đến năm 2021, tốc độ tăng là 3,3 lần.

Điều thúc đẩy sự tăng trưởng về lưu lượng truy cập là tốc độ kết nối, như chúng ta đã thấy, từ module SFP 1G, SFP+ 10G lên module quang 40Gb, sau đó lên 100G và bây giờ là 400G. Modun quang có thể cắm 100Gb hiện được triển khai cho các ứng dụng trung tâm dữ liệu quy mô lớn và dự kiến ​​sẽ nâng cấp lên 400G, vì các cổng bộ định tuyến - bộ chuyển mạch hiện được hỗ trợ cho 400G.

Sự tăng trưởng về lưu lượng truy cập "bên trong trung tâm dữ liệu" đã thúc đẩy nhu cầu về thiết bị mạng thế hệ tiếp theo để hỗ trợ mật độ cổng cao hơn và tốc độ chuyển tiếp nhanh hơn. Đến lượt nó, những thiết bị này sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho việc triển khai hàng loạt các modul quang tốc độ cao để kết nối các lớp thiết bị mạng khác nhau.

Khi tốc độ cổng của bộ định tuyến / bộ chuyển mạch tăng lên, giá mỗi bit đã giảm dần do những tiến bộ trong chip (ASICS) và chúng tôi tiếp tục hưởng lợi từ định luật Moore về mặt này. Tuy nhiên, mặc dù chi phí cho mỗi bit của các modul quang có thể cắm được cũng đã giảm, nhưng nó không giảm nhanh như chi phí của bộ định tuyến router / bộ chuyển mạch.switch

Do đó, với sự gia tăng của tốc độ bit, modul quang có thể cắm được chiếm tỷ trọng lớn trong tổng chi phí phần cứng. Ví dụ, với tỷ lệ 10G, modul quang chiếm khoảng 10% tổng chi phí phần cứng mạng trung tâm dữ liệu. Khi chúng tôi nâng cấp lên 400G, modul quang  chiếm hơn 50% tổng chi phí phần cứng.

Với việc tăng tỷ lệ modul quang, độ phức tạp trong thiết kế và sản xuất của modul quang có thể cắm được cũng tăng lên. Ban đầu ở mức 100G, điều này dẫn đến việc các modul quang có thể cắm được làm trễ bộ định tuyến / chuyển mạch ASICS về tính khả dụng và nói chung là việc nâng cấp tốc độ mạng bị trì hoãn để đáp ứng yêu cầu băng thông cao hơn.

Xu hướng tương lai trong trung tâm dữ liệu liên quan đến phát triển bộ định tuyến và switch chuyển mạch thúc đẩy hiệu suất ASIC. Hiệu suất ASIC sẽ tiếp tục tăng từ 10Tb lên 25Tb đến 51Tb và cao hơn, điều này đòi hỏi sự gia tăng tương ứng trong tốc độ tín hiệu điện của mỗi chân I/O (đầu vào / đầu ra) trong ASIC. Tốc độ tín hiệu điện này sẽ tăng từ module quang 25Gb/s hiện tại lên module quang 50Gb/s đến module quang 100Gb/s để hỗ trợ tổng công suất của ASIC đầu vào / đầu ra. Mỗi khi tốc độ này tăng lên thì thách thức truyền tín hiệu điện từ thẻ cáp đến bộ định tuyến / bảng chuyển mạch sẽ tăng lên đáng kể.

Để giải quyết thách thức này, đến một lúc nào đó, ngành công nghiệp sẽ bắt đầu dựa vào tín hiệu quang  thay vì tín hiệu điện, ngay cả khi đường truyền chỉ cách bên trong một card chuyển mạch vài inch. Do đó, việc đóng gói chung modul quang và chip là cấp thiết trong tương lai. Chỉ bằng cách này, sự đổi mới liên tục trong định tuyến và chuyển mạch mới được đảm bảo.

Ngành công nghệ quang vẫn chủ yếu dựa vào các tổ hợp "độc lập" bao gồm quá trình thử nghiệm và lắp ráp rườm rà. Nếu chúng ta được so sánh với ngành công nghiệp bán dẫn (trong ngành bán dẫn, các chức năng cực kỳ phức tạp với sự trợ giúp của các quy trình tự động hóa cao được tích hợp vào chip (ASIC), các quy trình tự động này, ít hoặc không phụ thuộc vào tương tác giữa con người và máy tính) , chúng ta có thể cân nhắc sử dụng quy trình tự động để xử lý "tín hiệu", thay vì "tín hiệu điện" trong quy trình bán dẫn. Hy vọng của module quang tử silicon là sử dụng các quy trình trong ngành công nghiệp bán dẫn để tự động hóa hoàn toàn hơn việc sản xuất modul quang .

Tóm lại, các trung tâm dữ liệu hiện nay chủ yếu dựa vào modul quang cho các ứng dụng khoảng cách rất ngắn (<10m). Modun quang 100G là công nghệ thống trị trong các trung tâm dữ liệu ngày nay và dự kiến ​​sẽ chuyển sang tốc độ modul quang 400G và cao hơn trong tương lai.

Do chi phí cổng thiết bị chuyển mạch và thiết bị định tuyến tiếp tục được hưởng lợi từ sự phát triển của ngành công nghiệp chip, nên modul quang hiện đang chiếm một tỷ trọng lớn trong tổng chi phí, do đó Cisco và Juniper sẽ nghiên cứu và phát triển công nghệ modul quang rất quan trọng, với chip để đảm bảo rằng chúng ta có thể bắt kịp với tốc độ phát triển của hiệu suất chip, để thúc đẩy sự tiến bộ về cả chi phí và hiệu suất.

Chúng tôi biết rằng theo thời gian, chúng tôi sẽ cần phải tích hợp chip và modul quang để liên tục mở rộng hiệu suất của thiết bị chuyển mạch và bộ định tuyến. Cisco và Juniper sẽ tiếp tục đầu tư vào chip và modul quang để đảm bảo rằng chúng tôi có thể cung cấp các giải pháp đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của khách hàng về cải tiến hiệu suất.