โซลูชันทางเทคนิคสำหรับโมดูลออปติคัลสำหรับศูนย์ข้อมูล Mellanox (NVIDIA Mellanox) MMA2P00-AS

เอกสารโซลูชันทางเทคนิคนี้จัดทำขึ้นสำหรับสถาปนิกเครือข่าย วิศวกรฝ่ายขายล่วงหน้า และผู้จัดการฝ่ายปฏิบัติการ โดยให้คำแนะนำที่ครอบคลุมเกี่ยวกับ โมดูลออปติคัลมัลติโหมด Mellanox (NVIDIA Mellanox) MMA2P00-AS 25G SFP28 โดยกล่าวถึงความท้าทายทางวิศวกรรมที่ใช้งานได้จริงในการสร้างสมดุลระหว่างแบนด์วิดท์และระยะทางการส่งสัญญาณในสถานการณ์ศูนย์ข้อมูลระหว่างแร็คและข้ามทางเดิน

ขณะที่ศูนย์ข้อมูลเร่งการเปลี่ยนผ่านจากเลเยอร์การเข้าถึง 10G ไปสู่ 25G ความท้าทายเชิงโครงสร้างได้เกิดขึ้น ในด้านหนึ่ง การเชื่อมต่อเซิร์ฟเวอร์ไปยังสวิตช์ ToR จำเป็นต้องอัปเกรดเป็น 25G เพื่อรองรับเวิร์กโหลดที่มีความหน่วงต่ำและแบนด์วิดท์สูง เช่น คลัสเตอร์ AI, HPC และ NVMe-oF ในทางกลับกัน ระยะทางระหว่างแร็คและข้ามทางเดิน ซึ่งโดยทั่วไปอยู่ระหว่าง 20 ถึง 80 เมตร ไม่สามารถให้บริการได้อย่างคุ้มค่าด้วยสายเคเบิล DAC 25G (จำกัดที่ 5 เมตร) หรือโซลูชัน 25G-LR แบบซิงเกิลโหมด (ซึ่งเพิ่มต้นทุนและต้องการการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างพื้นฐานใยแก้วนำแสง)

ดังนั้น ข้อกำหนดหลักคือโซลูชันออปติคัลที่ให้ประสิทธิภาพอัตราสายเต็ม 25G บนใยแก้วนำแสงมัลติโหมดที่มีอยู่ (OM3/OM4) ด้วยระยะทางสูงสุด 100 เมตร ในขณะที่ยังคงการใช้พลังงานต่ำ ความสามารถในการทำงานร่วมกันที่กว้างขวาง และความน่าเชื่อถือระดับองค์กร NVIDIA Mellanox MMA2P00-AS ตอบสนองข้อกำหนดเหล่านี้โดยตรงในฐานะโมดูล 25GBASE-SR SFP28 ดั้งเดิม

สถาปัตยกรรมที่นำเสนอใช้โทโพโลยีแบบ leaf-spine มาตรฐานพร้อมการเข้าถึงเซิร์ฟเวอร์ 25G ในการออกแบบนี้ เซิร์ฟเวอร์ประมวลผลหรือจัดเก็บข้อมูลแต่ละเครื่องจะเชื่อมต่อกับสวิตช์ leaf แบบ top-of-rack (ToR) โดยใช้ โมดูลทรานซีฟเวอร์ออปติคัล MMA2P00-AS 25G SFP28 ผ่านใยแก้วนำแสงมัลติโหมด OM3/OM4 สำหรับการเชื่อมต่อระหว่างแร็ค ซึ่งสวิตช์ ToR หลายตัวภายในแถวเดียวกันหรือแถวที่อยู่ติดกันจำเป็นต้องรวมเข้ากับสวิตช์ leaf/spine แบบ end-of-row (EoR) หรือ middle-of-row (MoR) โมดูล MMA2P00-AS เดียวกันจะให้การเชื่อมต่อขาขึ้น 25G โดยไม่ต้องใช้ชั้นออปติคัลแยกต่างหาก

สำหรับการเชื่อมต่อข้ามทางเดิน (เช่น การเชื่อมต่อสองแถวที่แยกจากกัน หรือแถวเซิร์ฟเวอร์ไปยังจุดกระจายหลักภายในอาคารเดียวกัน) โมดูลรองรับระยะทางสูงสุด 70 เมตร บน OM3 และ 100 เมตร บน OM4 ซึ่งครอบคลุมช่วงส่วนใหญ่ภายในอาคารศูนย์ข้อมูล สถาปัตยกรรมหลีกเลี่ยงการแปลงใยแก้วนำแสงแบบซิงเกิลโหมดที่เลเยอร์การเข้าถึง โดยรักษาการลงทุนในสายเคเบิลที่มีอยู่

โมดูล MMA2P00-AS 25GBASE-SR MMF 850nm ทำหน้าที่เป็นจุดปลายออปติคัลแบบรวมสำหรับลิงก์มัลติโหมด 25G ทั้งหมดภายในและระหว่างแร็ค คุณสมบัติทางเทคนิคหลักที่เปิดใช้งานโซลูชันนี้ ได้แก่:

• การออกแบบ VCSEL 850nm ที่ปรับให้เหมาะสม: ให้งบประมาณกำลังแสงที่เชื่อถือได้บนใยแก้วนำแสง OM3/OM4 โดยมีส่วนต่างของลิงก์ทั่วไปเกิน 2dB สำหรับระยะทาง 50 เมตร
• การใช้พลังงานต่ำ (<1W): เปิดใช้งานการ์ดไลน์ความหนาแน่นสูงที่มีพอร์ต SFP28 สูงสุด 48 พอร์ตให้ทำงานภายในขอบเขตความร้อนที่มีอยู่โดยไม่ต้องอัปเกรดระบบระบายความร้อนแบบแอคทีฟ
• การปฏิบัติตาม SFP28 MSA อย่างสมบูรณ์: พฤติกรรม MMA2P00-AS เข้ากันได้ รับประกันความสามารถในการทำงานร่วมกันกับสวิตช์จากผู้จำหน่ายภายนอก เช่น Arista, Cisco, Juniper และผู้จำหน่ายรายใหญ่อื่นๆ
• การวินิจฉัยดิจิทัลในตัว (DOM): การตรวจสอบกำลังส่ง (TX power), กำลังรับ (RX power), อุณหภูมิ, แรงดันไฟฟ้า และกระแสไบอัสแบบเรียลไทม์ ช่วยให้สามารถจัดการสุขภาพของลิงก์เชิงรุกได้

สถาปนิกควรดู เอกสารข้อมูล MMA2P00-AS สำหรับพารามิเตอร์ออปติคัลโดยละเอียด รวมถึงค่าการลดทอนสัญญาณจากการกระจายของตัวส่ง (transmitter dispersion penalty) และความไวของตัวรับ (receiver sensitivity)

การปรับใช้ทั่วไปเป็นไปตามรูปแบบที่มีโครงสร้าง สำหรับแถวที่มี 40 แร็ค (แต่ละแร็คมีสวิตช์ ToR สองตัว) วิศวกรจะคำนวณระยะทางใยแก้วนำแสงสูงสุดจาก ToR แต่ละตัวไปยังจุดรวม หากระยะทางที่ไกลที่สุดคือ ≤70 เมตร บน OM3 MMA2P00-AS สามารถใช้ได้ทั่วไป

สำหรับการขยายขนาดเกินกว่าแถวเดียว โซลูชันทรานซีฟเวอร์ออปติคัล MMA2P00-AS 25G SFP28 สามารถขยายได้โดยใช้โมดูลเป็นการเชื่อมต่อ 25G ไปยังสวิตช์ leaf ซึ่งจะรวมผ่านการเชื่อมต่อขาขึ้น 100G ไปยัง spine เมื่อประเมินการจัดซื้อ ผู้ปฏิบัติงานควรตรวจสอบ ราคา MMA2P00-AS และความพร้อมใช้งานในปัจจุบัน ผู้จัดจำหน่ายหลายรายขณะนี้มี MMA2P00-AS สำหรับขาย ในแพ็คปริมาณมากที่เหมาะสำหรับการปรับใช้ระดับแถว ข้อมูลจำเพาะ MMA2P00-AS ยืนยันว่าโมดูลรองรับช่วงอุณหภูมิเชิงพาณิชย์ (0°C ถึง 70°C) ทำให้เหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมศูนย์ข้อมูลส่วนใหญ่โดยไม่ต้องใช้ระบบระบายความร้อนแบบแอคทีฟ

หลังจากการปรับใช้ ขอแนะนำให้ปฏิบัติตามแนวทางต่อไปนี้เพื่อรักษาสุขภาพของลิงก์:

• การตรวจสอบตาม DOM: กำหนดค่าการสำรวจ SNMP เพื่อติดตามกำลังรับ (RX power) ทุกๆ 5 นาที การลดลงมากกว่า 1.5dB จากค่าพื้นฐานบ่งชี้ถึงการปนเปื้อนของใยแก้วนำแสงหรือการสูญเสียจากการโค้งงอที่อาจเกิดขึ้น
• การตรวจจับลิงก์กระพริบ (Link flap detection): ใช้ syslog ของสวิตช์เพื่อตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงสถานะลิงก์ SFP28 โมดูล MMA2P00-AS โดยทั่วไปจะแสดงอาการกระพริบเป็นศูนย์ภายใต้สภาวะแวดล้อมที่เสถียร
• การรับรองใยแก้วนำแสง: ก่อนปรับใช้สายเคเบิลใหม่ ให้รับรองสายเคเบิล OM3/OM4 โดยใช้ OTDR เพื่อให้แน่ใจว่าการสูญเสียการแทรก (insertion loss) < 0.3dB ต่อคอนเนคเตอร์ และ < 1.5dB การสูญเสียลิงก์ทั้งหมดสำหรับระยะทาง 70 เมตร
• การอัปเดตเฟิร์มแวร์และ EEPROM: ตรวจสอบให้แน่ใจว่าแพลตฟอร์มสวิตช์มีเฟิร์มแวร์ SFP28 ที่อัปเดตแล้ว เพื่ออ่านฟิลด์การวินิจฉัยดิจิทัลของ MMA2P00-AS ได้อย่างถูกต้อง

หากลิงก์ไม่สามารถทำงานได้ รายการตรวจสอบการแก้ไขปัญหาควรรวมถึง: การตรวจสอบว่าปลายทั้งสองใช้การตั้งค่าความเร็ว/ดูเพล็กซ์ที่เหมือนกัน (25G full-duplex เท่านั้น) การตรวจสอบว่าขั้วของใยแก้วนำแสงถูกต้อง (Tx-to-Rx) และการยืนยันว่าระยะทางของลิงก์ไม่เกินขีดจำกัดในตารางข้างต้น เอกสารข้อมูล MMA2P00-AS ให้แผนภาพตาออปติคัลที่คาดหวังและค่าความคลาดเคลื่อนของสัญญาณรบกวน (jitter tolerances) สำหรับการดีบักขั้นสูง

โมดูล MMA2P00-AS นำเสนอโซลูชันมัลติโหมด 25G ที่สมดุลและพร้อมใช้งานจริง ซึ่งตอบสนองข้อจำกัดด้านระยะทางระหว่างแร็คและข้ามทางเดินของศูนย์ข้อมูลสมัยใหม่โดยเฉพาะ ผลลัพธ์มูลค่าหลัก ได้แก่:

• ประสิทธิภาพด้านเงินทุน: ใช้สายเคเบิล OM3/OM4 ที่มีอยู่ใหม่ โดยไม่ต้องติดตั้งใยแก้วนำแสงแบบซิงเกิลโหมดใหม่
• ความเรียบง่ายในการดำเนินงาน: SKU ออปติคัลเดียวสำหรับลิงก์เลเยอร์การเข้าถึง 25G ทั้งหมด ลดสินค้าคงคลังสำรอง
• ประสิทธิภาพที่ขยายขนาดได้: รองรับระยะทางสูงสุด 100 เมตร ครอบคลุม >95% ของช่วงภายในอาคารศูนย์ข้อมูล
• ความยืดหยุ่นของผู้จำหน่าย: MMA2P00-AS เข้ากันได้ กับระบบสวิตช์หลัก ป้องกันการผูกขาด

สำหรับองค์กรที่วางแผนการปรับปรุงเลเยอร์การเข้าถึง 25G การผสมผสานระหว่างการใช้พลังงานต่ำ การวินิจฉัยที่แข็งแกร่ง และประสิทธิภาพมัลติโหมดที่ได้รับการพิสูจน์แล้ว ทำให้ NVIDIA Mellanox MMA2P00-AS เป็นส่วนประกอบออปติคัลระดับอ้างอิง สถาปนิกควรตรวจสอบ ข้อมูลจำเพาะ MMA2P00-AS อย่างเป็นทางการ และปรึกษาตัวแทน NVIDIA Mellanox ของตนสำหรับการคำนวณงบประมาณลิงก์เฉพาะพื้นที่